DE102014200896A1

DE102014200896A1 - Spurwechselassistenz für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014200896A1
Application number: DE102014200896.4A
Authority: DE
Inventors: Patrick Pascheka; Markus Schaper
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2015-07-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Fahrerassistenz für einen bevorstehenden Fahrspurwechsel eines Eigenfahrzeugs (14). Eine Fahrerassistenzvorrichtung (28) des Eigenfahrzeugs (14) hält zum Spurwechselzeitpunkt (t0) während des Fahrspurwechsels bei einem Einscheren des Eigenfahrzeugs (14) vor einem Partnerfahrzeug (22) eine Zeitlücke (T) ein, die mindestens gleich einer vorbestimmten Mindestzeitlücke (Tmin) ist. Vorher ermittelt die Fahrerassistenzvorrichtung (28) eine zum Spurwechselzeitpunkt (t0) benötigte, ein vorbestimmtes Sicherheitskriterium erfüllende Eigengeschwindigkeit (Vef) und abhängig von der benötigten Eigengeschwindigkeit (Vef) eine Mindestbeschleunigung (Amin) zum Erreichen der Eigengeschwindigkeit (Vef). Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einem Fahrer bei einem bevorstehenden Fahrspurwechsel zu unterstützen, damit potentielle Spurwechselmöglichkeiten effizient genutzt werden können. Die Fahrerassistenzvorrichtung prädiziert hiezu eine zukünftige Partnergeschwindigkeit (Vpf) und eine zukünftige Partnerbeschleunigung (Apf) des Partnerfahrzeugs (22) für den Spurwechselzeitpunkt (t0) und ermittelt die benötigte Eigengeschwindigkeit (Vef) in Abhängigkeit von der Partnergeschwindigkeit (Vpf) und der Partnerbeschleunigung (Apf).

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrerassistenzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren, um mittels der Fahrerassistenzvorrichtung einem Fahrer bei einem bevorstehenden Fahrspurwechsel zu assistieren. Das mit der Fahrerassistenzvorrichtung ausgestattete Kraftfahrzeug wird im Folgenden auch als Eigenfahrzeug bezeichnet. Um den Fahrer zu unterstützen, wird eine Mindestbeschleunigung ermittelt, die nötig ist, um eine Eigengeschwindigkeit für den Fahrspurwechsel zu erreichen, mit der sicher vor einem Partnerfahrzeug eingeschert werden kann.
In der DE 10 2011 106 746 A1 ist ein Spurwechselassistenzsystem beschrieben, welches Fahrzeuge auf einer benachbarten Fahrbahnspur sowie Lücken zwischen den Fahrzeugen detektiert und qualitativ bewertet. In diese qualitative Bewertung fließt ein, mit welcher Geschwindigkeit sich eine Lücke, d.h. die lückenbildenden Fahrzeuge, bewegen. Dabei wird bestimmt, ob im Rahmen vorgegebener Systemgrenzen ein Erreichen dieser Geschwindigkeit durch das Eigenfahrzeug möglich ist, um dann in eine Lücke einscheren zu können.
In der DE 10 2012 006 882 A1 ist beschrieben, eine Autobahnauffahrt mit einer stationären Messeinrichtung auszurüsten, um Informationen für vorbeifahrende Fahrzeuge bereitzustellen.
Aus der DE 10 2011 016 770 A1 ist ein Verfahren für einen Fahrspurwechsel bekannt, bei welchem das Fahrzeug vor dem eigentlichen Fahrspurwechsel außerfahrstreifenmittig, mittenversetzt gefahren wird, nachdem der Fahrer signalisiert hat, dass er einen Fahrspurwechsel wünscht.
Systeme zur Unterstützung oder automatischen Durchführung des Einfädelns in den fließenden Verkehr, beispielsweise der Wechsel des Fahrstreifens oder das Auffahren auf eine Autobahn, haben mit sensorischen Grenzen zu kämpfen. Beispielsweise werden für Spurwechselassistenzsysteme in der Regel Radarsensoren genutzt, deren Reichweite zur Detektion rückwärtiger Verkehrsteilnehmer regelmäßig 100 m unterschreitet. Darüber hinaus ist es äußerst schwierig, Lücken im rückwärtigen Verkehr, auch auf benachbarten Fahrstreifen, zu erkennen. Im Regelfall steht daher nur die Information über höchstens ein Fahrzeug im rückwärtigen Verkehrsraum zur Verfügung, das überdies erst dann erkannt wird, wenn es innerhalb der Sensorreichweite liegt.
Weiterhin sind beim Einfädeln in den fließenden Verkehr, insbesondere beim Auffahren auf eine Autobahn, teilweise hohe Geschwindigkeitsdifferenzen zu überwinden. Schon ein Lastkraftwagen ist im Regelfall etwa 40 km/h schneller als das auffahrende Kraftfahrzeug am Beginn des Beschleunigungsstreifens, wenn der Lastkraftwagen durch die Umfeldsensorik erkannt werden kann.
Es werden also sensorisch bedingt erst spät Fahrzeuge, die sich von hinten annähern, erkannt, und diese können sich mit hoher Relativgeschwindigkeit annähern. Aufgrund der beschränkten Sensorreichweite und der hohen Geschwindigkeitsdifferenz werden so häufig hohe Beschleunigungen erforderlich, um ein Einfädeln zu ermöglichen. Diese können – je nach Systemausprägung – selbst gesetzte Komfortgrenzen (bei informierenden Systemen) oder Beschränkungen der ACC-Norm ISO 15622 (2,5 m/s², bei automatischer Längsführung) überschreiten, sodass eine Einfädelassistenz häufig nicht möglich sein wird.
Gleichzeitig ist es aber so, dass viele Teilnehmer am Straßenverkehr sich kooperativ gegenüber anderen Verkehrsteilnehmern verhalten. So ist regelmäßig zu beobachten, dass Fahrer auf dem rechten Fahrstreifen einer Bundesautobahn ihr Fahrzeug verlangsamen, beschleunigen oder den Fahrstreifen wechseln, um einem Fahrer auf dem Beschleunigungsstreifen das Einfädeln zu ermöglichen oder zu erleichtern.
Aus der EP 2 042 398 B1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines auf das Einhalten der aktuellen Fahrspur eines Kraftfahrzeugs bezogenen Fahrerassistenzsystems bekannt. Das Fahrerassistenzsystem kann eine erkannte Fahrsituation im Hinblick auf Differenzgeschwindigkeit, Abstände zu Fremdfahrzeugen, Zeitlücken, eine Änderung der Zeitlücken, eine voraussichtliche Zeit bis zu einer Kollision, eine Differenz zwischen einer Wunsch- und einer Ist-Geschwindigkeit, das Vorhandensein einer Ausweichspur und die Position von Fremdfahrzeugen analysieren.
Aus der DE 10 2009 046 826 A1 ist zum Optimieren eines Verkehrsflusses ein Verfahren bekannt, bei welchem zwei Fahrzeuge mit annähernd gleicher Geschwindigkeit hintereinander fahren und dann das eine Fahrzeug beschleunigt und das andere abbremst derart, dass eine Lücke entsteht, in die eingeschert werden kann. Damit ist eine Unterstützung eines Fahrers beim Einfädeln gemäß dem Reißverschlussverfahren möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Fahrer bei einem bevorstehenden Fahrspurwechsel zu unterstützen, damit potentielle Spurwechselmöglichkeiten effizient genutzt werden können.
Die vorliegende Erfindung bietet hierzu ein Verfahren, damit ein kooperatives Entgegenkommen anderer Verkehrsteilnehmer erkannt und algorithmisch berücksichtigt werden kann, um die Verfügbarkeit der Fahrerassistenz zu steigern, ohne dabei zwingend auf Fahrzeug-zu-Fahrzeug-(Car-to-Car) oder Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation angewiesen zu sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Fahrerassistenzvorrichtung, um eine Fahrerassistenz für einen bevorstehenden Fahrspurwechsel von einer Eigenspur auf eine Nachbarspur bereitzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren geht dabei davon aus, dass auf der Nachbarspur ein Fremdfahrzeug oder Partnerfahrzeug fährt, vor dem durch den Fahrspurwechsel eingeschert werden soll.
Während des Fahrspurwechsels soll beim Einscheren des Eigenfahrzeugs vor das Partnerfahrzeug zum und nach dem Spurwechselzeitpunkt eine Zeitlücke eingehalten werden können, die mindestens gleich einer vorbestimmten Mindestzeitlücke ist. Dies gilt sowohl für den Fall, dass der Fahrer selbst fährt, als auch für eine Fahrzeugführung durch einen Autopiloten. Unter dem Begriff „Zeitlücke“ wird hier das aus dem Stand der Technik bekannte Maß zum Angeben eines geschwindigkeitsproportionalen Abstandes zwischen zwei Fahrzeugen verstanden. Mit anderen Worten wird durch die Fahrerassistenzvorrichtung sichergestellt, dass während des Fahrspurwechsels ein geschwindigkeitsabhängiger Sicherheitsabstand oder Mindestabstand, der durch die Mindestzeitlücke definiert ist, eingehalten wird.
Durch eine Fahrerassistenzvorrichtung wird vor dem Fahrspurwechsel eine zum Spurwechselzeitpunkt mindestens benötigte Eigengeschwindigkeit ermittelt, d. h. die Eigengeschwindigkeit muss ein vorbestimmtes Sicherheitskriterium erfüllen. Beispielsweise würde eine viel zu geringe Eigengeschwindigkeit das Partnerfahrzeug sofort ausbremsen. Bevorzugt wird durch das Sicherheitskriterium deshalb vorgegeben, dass die Zeitlücke im zeitlichen Verlauf nach dem Spurwechselzeitpunkt nicht sinkt. Bevorzugt soll nach dem Sicherheitskriterium sowohl zum als auch nach dem Spurwechselzeitpunkt die Zeitlücke stets gleich der oder größer als die Mindestzeitlücke sein.
Abhängig von der ermittelten Eigengeschwindigkeit wird dann durch die Fahrerassistenzvorrichtung eine Mindestbeschleunigung zum Erreichen der Eigengeschwindigkeit ermittelt. Die Beschleunigung muss dabei auf der Eigenspur durchgeführt werden, die in der Regel nur noch eine begrenzte verfügbare Weglänge aufweist, weil beispielsweise auf einer Autobahnauffahrt beschleunigt werden muss oder auf der Eigenspur ein langsameres Fremdfahrzeug vorausfährt.
Um nun auch solche Einschermöglichkeiten vor ein Partnerfahrzeug nutzen zu können, die auf den ersten Blick nicht genutzt werden sollten, weil sich dann beim Einscheren beispielsweise ein zu geringer Fahrzeugabstand zu ergeben scheint, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass durch die Fahrerassistenzvorrichtung eine zukünftige Fahrgeschwindigkeit und eine zukünftige Fahrzeugbeschleunigung des auf der Nachbarspur fahrenden Partnerfahrzeugs für den Spurwechselzeitpunkt prädiziert oder vorhergesagt oder geschätzt wird. Diese Werte werden im Folgenden als Partnergeschwindigkeit und Partnerbeschleunigung bezeichnet.
Die Fahrerassistenzvorrichtung ermittelt die genannte benötigte Eigengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Partnergeschwindigkeit und der Partnerbeschleunigung. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Eigengeschwindigkeit zum zukünftigen Spurwechselzeitpunkt genauer an die dann vorliegende Fahrsituation angepasst ist und hierdurch auch Spurwechselmöglichkeiten genutzt werden können, die ohne die prädizierte Partnergeschwindigkeit und die prädizierte Partnerbeschleunigung nicht erkannt würden. Das Eigenfahrzeug kann entlang der Eigenspur auf einer vorausliegend noch verfügbaren Weglänge beschleunigt werden, und es besteht mit größerer Wahrscheinlichkeit dann tatsächlich am Ende des Beschleunigungsvorgangs die Möglichkeit, auf die Nachbarspur vor das Partnerfahrzeug einzuscheren, ohne dass beim Einscheren die Zeitlücke kleiner als die Mindestzeitlücke ist.
Bevorzugt ermittelt die Fahrerassistenzvorrichtung die Eigengeschwindigkeit derart, dass im Spurwechselzeitpunkt ein zeitlicher Verlauf der Zeitlücke eine mathematische Ableitung nach der Zeit aufweist, deren Wert gleich Null oder größer als Null ist. Dann ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass sich auch für die Zeit unmittelbar nach dem Spurwechselzeitpunkt keine Verkehrssituation ergibt, bei welcher die Mindestzeitlücke unterschritten wird.
Besonders bevorzugt ist die Eigengeschwindigkeit Vef des Eigenfahrzeugs die prädizierte Partnergeschwindigkeit Vpf des Partnerfahrzeugs zuzüglich dem Produkt aus der vorgegebenen Mindestzeitlücke Tmin und der prädizierten Partnerbeschleunigung Apf, also Vef = Vpf + Tmin·Apf. Die Partnerbeschleunigung Apf ist bei entschleunigendem Partnerfahrzeug kleiner als Null. Verlangsamt das Partnerfahrzeug seine Fahrt, so ergibt sich für die Partnerbeschleunigung Apf ein negativer Wert, so dass also die Eigengeschwindigkeit Vef kleiner als die Partnergeschwindigkeit Vpf ist. Mit anderen Worten kann also das Eigenfahrzeug auf die Nachbarspur vor das Partnerfahrzeug einscheren, obwohl es langsamer als das Partnerfahrzeug fährt. Dennoch wird die Zeitlücke im zeitlichen Verlauf nicht kleiner als die Mindestzeitlücke. Diese Spurwechselmöglichkeit wird von aus dem Stand der Technik bekannten Fahrerassistenzsystemen nicht genutzt. Genauso wird aber bei einem beschleunigenden Partnerfahrzeug dessen Geschwindigkeitszunahme nach dem Fahrspurwechsel berücksichtigt und eine entsprechend größerer räumlicher Abstand durch eine entsprechend größere Eigengeschwindigkeit sichergestellt.
Zum Prädizieren der Partnergeschwindigkeit und/oder der Partnerbeschleunigung ermittelt die Fahrerassistenzvorrichtung bevorzugt zumindest einen beobachteten Fahrgeschwindigkeitswert des Partnerfahrzeug und/oder zumindest einen beobachteten Beschleunigungswert des Partnerfahrzeugs, also Werte, die sich auf die Vergangenheit und/oder die Gegenwart beziehen, also z. B. tatsächliche Messwerte. Beispielsweise kann ein Geschwindigkeitswert und/oder ein Beschleunigungswert mittels eines Radarsensors in bekannter Weise ermittelt werden. Um mehrere Fahrgeschwindigkeitswerte und/oder mehrere Fahrbeschleunigungswerte zu berücksichtigen, kann ein Mittelwert aus mehreren beobachteten Werten gebildet werden. Diese Mittelwertbildung kann in vorteilhafter Weise ein gewichtetes Mittel sein, das den zuletzt beobachteten Messwert höher gewichtet als vorangegangene, ältere Messwerte, die beispielsweise eine Sekunde zurückliegen. Zum Ermitteln eines Fahrgeschwindigkeitswerts und/oder eines Beschleunigungswerts kann auch auf eine Car-to-Car-Kommunikation zurückgegriffen werden.
Als geeignete Prädiktion der Partnergeschwindigkeit und/oder der Partnerbeschleunigung hat es sich erwiesen, dass davon ausgegangen wird, dass das Partnerfahrzeug seine Beschleunigung bis zum Fahrspurwechsel nicht ändert. Dies entspricht einem typischen Verhalten eines Fahrers eines Partnerfahrzeugs, der bei einem Fahrspurwechsel kooperiert. Mit anderen Worten wird bevorzugt der jeweilige aktuelle Messwert oder der aktuelle Mittelwert der Partnerbeschleunigung für die Prädiktion der Partnergeschwindigkeit verwendet.
Durch die Erfindung wird zum anderen ein Verfahren vorgestellt, wie eine Bestätigung an andere Verkehrsteilnehmer kommuniziert werden kann, damit ein kooperatives Entgegenkommen des Partnerfahrzeugs ausgelöst oder ein erkanntes kooperatives Entgegenkommen des Partnerfahrzeugs angenommen wird, ohne dass hierzu auf die funkbasierte Car-to-Car-Kommunikation zurückgegriffen werden muss. Stattdessen signalisiert eine Steuereinrichtung der Fahrerassistenzvorrichtung, also ein Autopilot oder zumindest eine für die selbsttätige Querführung des Kraftfahrzeugs ausgelegte Steuereinrichtung, vor dem Fahrspurwechsel dem Partnerfahrzeug den Fahrspurwechsel. Insbesondere führt die Steuereinrichtung das Eigenfahrzeug hierzu spurmittenversetzt auf der Eigenspur des Eigenfahrzeugs. Mit anderen Worten wird der geplante Fahrspurwechsel durch eine Querablage des Eigenfahrzeugs bezüglich der Fahrspurmitte und insbesondere hin zur Nachbarspur signalisiert.
Um den Fahrer nicht in eine unerwünscht riskante Fahrsituation zu bringen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fahrerassistenzvorrichtung überprüft, ob die ermittelte Mindestbeschleunigung größer als eine vorbestimmte Komfortbeschleunigung ist, beispielsweise größer als 2,5 m/s². Ist dies der Fall, ist also die Mindestbeschleunigung größer, so wird der Fahrspurwechsel abgebrochen. Beispielsweise kann hierzu eine Selbstbremsung eingeleitet werden oder der Fahrer gewarnt werden, dass er nicht vor dem Partnerfahrzeug einscheren soll.
Vor der Planung des Spurwechsel kann als eine weitere Sicherheitsüberprüfung durch die Fahrerassistenzvorrichtung überprüft werden, ob eine vorausliegend noch verfügbare Weglänge auf der Eigenspur kleiner als eine vorbestimmtes Mindestweglänge ist. Der Beschleunigungsweg kann beispielsweise auf einer Autobahnauffahrt oder bei einer Fahrspurverengung begrenzt sein, oder auch bei einem Überholvorgang durch ein vorausfahrendes, langsameres Fremdfahrzeug. Wäre der Beschleunigungsweg zu lang, so wird für diesen Fall der Fahrspurwechsel ebenfalls abgebrochen.
Um bei Abbruch eines Fahrspurwechsels dennoch einen zügige Weiterfahrt zu ermöglichen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fahrerassistenzvorrichtung nach dem Abbrechen des Fahrspurwechsels eine Folgelücke sucht, also das besagte Partnerfahrzeug passieren lässt und für ein nachfolgendes, nächstes Partnerfahrzeug erneut dessen Partnergeschwindigkeit und Partnerbeschleunigung prädiziert und daraus eine neue Eigengeschwindigkeit und Mindestbeschleunigung berechnet.
Zu der Erfindung gehört auch eine Fahrerassistenzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die erfindungsgemäße Fahrerassistenzvorrichtung ist dazu ausgelegt, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Ebenfalls zur Erfindung gehört ein Kraftfahrzeug, das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrerassistenzvorrichtung aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
2 ein Flussschaubild zu einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es durch das Kraftfahrzeug von 1 durchgeführt werden kann,
3 ein Skizze zur Veranschaulichung einer Zeitlücke,
4 vier Diagramme zur Veranschaulichung von Quantitäten, die bei dem Verfahren von 2 berücksichtigt werden, und
5 eine Skizze zur Veranschaulichung eines Verfahrenschrittes des Verfahrens von 2.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In 1 ist eine Fahrsituation 10 gezeigt, bei welcher auf einer Autobahn 12 ein Kraftfahrzeug 14 auf einem Einfädelstreifen 16 einer Autobahnauffahrt fährt und einen Fahrspurwechsel auf eine rechte Fahrspur 18 vornehmen möchte, bevor ein Fahrspurende 20 des Einfädelstreifens 16 erreicht ist. Die rechte Fahrspur 18 stellt eine Nachbarspur 18 zum Einfädelstreifen 16 da. Der Einfädelstreifen 16 stellt eine Eigenspur 16 des Kraftfahrzeugs 14 dar. Auf der rechten Fahrspur 18 fährt ein Kraftfahrzeug 22, vor dem das Kraftfahrzeug 14 bei dem Fahrspurwechsel auf die rechte Fahrspur 18 einscheren möchte. Des Weiteren ist eine Überholspur 24 dargestellt.
Bei dem Kraftfahrzeug 14 handelt es sich um eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs. Es stellt ein Eigenfahrzeug 14 dar. Das Kraftfahrzeug 22 stellt bezüglich des Eigenfahrzeugs 14 ein Partnerfahrzeug 22 dar.
Das Eigenfahrzeug 14 kann eine Sensoreinrichtung 26, ein Fahrerassistenzsystem 28, eine Ausgabeeinrichtung 30 und eine Aktoreinrichtung 32 zum fahrerunabhängigen Führen des Eigenfahrzeugs 14 aufweisen.
Die Sensoreinrichtung 26 kann beispielsweise einen Radarsensor aufweisen, um im Erfassungsbereich 34 der Sensoreinrichtung 26 von dem Partnerfahrzeug 22 beispielsweise einen Abstand und/oder eine Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung ermitteln. Die Sensoreinrichtung 26 kann Sensordaten S an die Fahrerassistenzvorrichtung 28 ausgeben.
Die Fahrerassistenzvorrichtung 28 kann beispielsweise durch ein Steuergerät und/oder ein Programmmodul für eine Prozesseinrichtung des Eigenfahrzeugs 14, z. B. ein Infotainmentsystem oder eine zentrale Recheneinrichtung des Eigenfahrzeugs 14, realisiert sein. Die Fahrerassistenzvorrichtung 28 kann beispielsweise eine Trajektorienplanung 36 und eine Steuereinheit 38 zum Ansteuern der Aktoreinrichtung 32 aufweisen. Die Fahrerassistenzvorrichtung 28 kann auch dazu ausgebildet sein, die Anzeigevorrichtung 30 anzusteuern. Die Anzeigevorrichtung 30 kann beispielsweise einen Bildschirm in einer Mittelkonsole des Eigenfahrzeugs 14 umfassen. Über die Anzeigeeinrichtung 30 kann die Fahrerassistenzvorrichtung 28 einen Fahrer des Eigenfahrzeugs 14 beispielsweise einen Hinweis betreffend eine ermittelte Mindestbeschleunigung geben, damit der Fahrer das Eigenfahrzeug 14 auf dem Einfädelstreifen 16 ausreichend beschleunigt, bevor er vor dem Partnerfahrzeug 22 auf die Nachbarspur 18 einschert.
Die Fahrerassistenzvorrichtung 28 kann hierzu beispielsweise das in 2 veranschaulichte Verfahren durchführen. In dem Flussschaubild von 2 bedeutet das Pluszeichen (+) „ja“ und das Minuszeichen (–) „nein“.
Zunächst wird ein Einfädelassistenzsystem des Fahrerassistenzsystems 28 aktiviert. Eine Aktivierung kann automatisch erfolgen, sobald das Befahren der Autobahnauffahrt 16, beispielsweise durch den Abgleich einer Ortung (beispielsweise GPS-basiert) mit Informationen aus einer digitalen Straßenkarte, erkannt wird. Alternativ kann in dieser Situation eine manuelle Aktivierung durch den Fahrer angeboten und erlaubt werden.
In einem Schritt S10 kann eine noch verfügbare Weglänge Deffs auf dem aktuell befahrenen Fahrstreifen, dem Einfädelstreifen 16, z. B. aus einer digitalen Straßenkarte (DATA) oder aus einer mittels einer in Fahrtrichtung auf die Straße gerichteten Kamera, wie sie beispielsweise in Spurhalteassistenten zur Anwendung kommt, erkannt werden. Ist die Weglänge Deffs kleiner als ein vorbestimmter Mindestwert, also keine ausreichende Weglänge Deffs vorhanden, so kann in einem Schritt S12 ein Anhaltemanöver BRK ausgelöst werden, was durch die Trajektorienplanung 36 geplant und durch Ansteuern der Steuereinheit 38 mittels der Aktoreinrichtung 32 umgesetzt werden kann oder dem Fahrer mittels der Anzeigeeinrichtung 30 empfohlen werden kann.
Bei ausreichender Weglänge Deffs wird in einem Schritt S14 mithilfe der Sensoreinrichtung 26 (z. B. einer Radarsensorik) der rückwärtige Verkehr beobachtet und die Position und Geschwindigkeit von Verkehrsteilnehmern auf dem benachbarten Fahrstreifen, d. h. der Nachbarspur 18, bestimmt. Dabei wird das nächstgelegene rückwärtige Fahrzeug auf dem Zielfahrstreifen als Partnerfahrzeug 22, PF, identifiziert. Bei freier oder leerer Nachbarspur 18 kann unmittelbar in einem Schritt S16 der Fahrspurwechsel (LC – Lane Change) initiiert werden, was wiederum durch die Trajektorienplanung 36 geplant werden kann.
Bei erkanntem Partnerfahrzeug 22 kann in einem Schritt S18 eine Mindestbeschleunigung Amin’ bestimmt werden, die erforderlich ist, um bis zum Ende der verfügbaren Weglänge Deffs in einem geschwindigkeitsabhängigen Minimalabstand, d. h. mit einer Minimalzeitlücke Tmin, bspw. 0,8 s, vor dem Partnerfahrzeug 22 einzuscheren, sofern dieses seine aktuelle Geschwindigkeit beibehält. Die Eigengeschwindigkeit Vef des Eigenfahrzeugs 14 beim Einfädelvorgang soll dabei zunächst die Partnergeschwindigkeit Vpf des Partnerfahrzeugs 22 möglichst nicht unterschreiten. Dadurch wird erreicht, dass die Zeitlücke T nach dem Einfädelvorgang jedenfalls nicht sinkt.
Sodann wird überprüft, ob die in Schritt S18 bestimmte erforderliche Mindestbeschleunigung Amin’ zulässig ist. Hierzu wird sie mit einer zulässigen Maximalbeschleunigung (z. B. entweder aus Komfortgründen oder im Hinblick auf Konformität mit der ISO 15622, beispielsweise 2,5 m/s²) verglichen. Unterschreitet die erforderliche Beschleunigung den zulässigen Maximalwert, wird ein Einfädelmanöver vor das Partnerfahrzeug 22 im Schritt S16 geplant. Ein kooperatives Entgegenkommen des Partnerfahrzeugs durch Fahrstreifenwechsel oder Verzögerung ist in diesem Falle nicht erforderlich.
Es kann jedoch sein, dass die erforderliche Mindestbeschleunigung aus Schritt S18 die zulässige Maximalbeschleunigung überschreitet. In diesem Falle kann ein Einfädeln vor dem Partnerfahrzeug 22 dennoch möglich sein, wenn das Partnerfahrzeug 22 in Form einer moderaten Verzögerung (beispielsweise durch das Ausrollenlassen des Fahrzeugs) kooperativ entgegenkommt.
Daher wird in einem Schritt S20 die Absicht des Partnerfahrzeugs 22, unseren Einfädelvorgang zu unterstützen, identifiziert und in der Planung berücksichtigt, also eine Kooperationsbereitschaft COOP des Partnerfahrzeugs 22 überprüft. In dem Schritt S20 wird (zeitgleich zu Schritt S18) aus der Beobachtung der Geschwindigkeit des Partnerfahrzeugs 22 auf dessen Beschleunigung geschlossen. Diese Beschleunigungsinformation wird z. B. teilweise von den Radarsensoren selbst generiert und ausgegeben. Aus dieser Beschleunigung wird z. B. über einen vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise 2 s, ein Mittelwert gebildet. Diese Mittelwertbildung kann vorteilhafterweise ein gewichtetes Mittel sein, das die aktuelle Beschleunigung höher gewichtet als die z. B. 1 s zurückliegende Beschleunigung. Unterschreitet dieser Mittelwert einen definierten Grenzwert A_koop_min, wird eine kooperative Absicht des Partnerfahrzeugs identifiziert.
In einem Schritt S22 wird erneut eine erforderliche Mindestbeschleunigung Amin berechnet. Grundlage ist wiederum die zur Verfügung stehende Restwegstrecke im eigenen Einfädelstreifen 16 sowie eine gleichmäßig verzögerte Bewegung des Partnerfahrzeugs. Es wird angenommen, dass das Partnerfahrzeug aus seiner aktuellen Geschwindigkeit heraus mit einer konstanten Verzögerung Apf bis hin zum Spurwechselzeitpunkt verzögert. Hierzu ist in 3 eine Skizze zur Veranschaulichung dargestellt. 3 zeigt eine von der Fahrerassistenzvorrichtung 28 durchgeführte Prädiktion, bei welcher sich das Partnerfahrzeug 22 zu einem Einfädelzeitpunkt t0 in einem Abstand vor einem Einfädelpunkt Xlc befindet, wobei der Abstand Dlc der Mindestzeitlücke Tmin entspricht.
Es wird für das Eigenfahrzeug 14 diejenige Mindestbeschleunigung Amin berechnet, die erforderlich ist, um bis zum Ende 20 des Einfädelstreifens 16 mit einer Zeitlücke T = Tmin·Vpf vor dem Partnerfahrzeug einzuscheren.
Im Falle eines kooperativen Einfädelvorgangs kann aufgrund der Verzögerung Apf des Partnerfahrzeugs 22 die eigene Geschwindigkeit Vef zum Zeitpunkt t0 des Einfädelns um Tmin·Apf geringer sein als die prädizierte Geschwindigkeit Vpf des Partnerfahrzeugs 22 zum Einfädelzeitpunkt t0, ohne dass die Zeitlücke T nach dem Einfädelvorgang sinkt. Es muss daher nur bis auf eine Geschwindigkeit beschleunigt werden, die noch unterhalb der prädizierten Partnergeschwindigkeit Vpf des Partnerfahrzeugs 22 zum Spurwechselzeitpunkt t0 liegt, sofern das Partnerfahrzeug 22 unserem Einfädelwunsch durch ein kooperatives Verzögerungsmanöver mit der Partnerverzögerung Apf entgegenkommt.
Die explizite Berücksichtigung von dessen kooperativer Absicht ermöglicht also ein komfortableres Einfädelmanöver. Deshalb kann sie in einem optionalen Schritt S22’ auch für den Fall genutzt werden, dass das Eigenfahrzeug 14 auf ein kooperatives Fahrverhalten des Partnerfahrzeugs 22 nicht angewiesen ist.
Ein beispielhaftes Manöver mit kooperativem Partnerfahrzeug und geringerer Geschwindigkeit vom Einfädeln ist in 4 dargestellt. Diagramm a) zeigt die X-Position über der Zeit t. Diagramm b) zeigt die Zeitlücke T über der Zeit t und die konstante Mindestzeitlücke Tmin. Diagramm c) zeigt die Fahrgeschwindigkeit V über der X-Position X. Diagramm d) zeigt die Fahrgeschwindigkeit V über der Zeit t. Graphen des Eigenfahrzeugs 14 sind mit EF, Graphen des Partnerfahrzeugs 22 sind mit PF gekennzeichnet.
Trotz einer um eine Differenzgeschwindigkeit dVlc geringeren Fahrgeschwindigkeit V des Eigenfahrzeugs 14 gegenüber dem Partnerfahrzeug 22 zum Einfädelzeitpunkt t0 steigt die Zeitlücke T zwischen dem Partnerfahrzeugs 22 und dem Eigenfahrzeug 14 an. Liegt die in Schritt S22 berechnete erforderliche Mindestbeschleunigung Amin im Falle eines kooperativen Entgegenkommens unterhalb der zulässigen Maximalbeschleunigung, wird ein entsprechendes Einfädelmanöver gemäß Schritt S16 geplant.
Gleichzeitig kann die Erkennung der kooperativen Absicht des Partnerfahrzeugs 22 und die Botschaft, auch tatsächlich vor dem Partnerfahrzeug 22 einfädeln zu wollen, in vorteilhafter Weise durch das Eigenfahrzeug 14 kommuniziert werden. Der Blinker selbst ist hierzu kein geeignetes Kommunikationsmedium; er ist in der Regel schon zu Beginn des Beschleunigungsstreifens aktiv.
In 5 ist veranschaulicht, wie im Falle einer automatisierten Längs- und Querführung, z. B. durch die Steuereinrichtung 38, das Eigenfahrzeug 14 jedoch durch eine positive Querablage Ya im eigenen Fahrstreifen (d. h. ein außermittiges Fahren auf der Eigenspur 16, näher an der Nachbarspur 18) eine Bestätigungs-Botschaft oder Acknowledge-Botschaft an das Partnerfahrzeug senden kann, um eine gemeinsame Absicht zu kommunizieren.
Überschreitet jedoch auch die in Schritt S22 unter Berücksichtigung einer kooperativen Absicht des Partnerfahrzeugs berechnete erforderliche Mindestbeschleunigung Amin den zulässigen Maximalwert, wird das Partnerfahrzeug verworfen, d. h. der Fahrspurwechsel in einem Schritt S24 abgebrochen und der dem Partnerfahrzeug 22 nachfolgende Verkehr (TRFC – Traffic) beobachtet. In diesem Falle wird keine Aknowledge-Botschaft über eine veränderte Querablage kommuniziert; ein Beschleunigungsmanöver wird nicht eingeleitet, das eigene Fahrzeug fährt mit konstanter Geschwindigkeit weiter auf dem eigenen Fahrstreifen.
Wird in einem Schritt S26 ein nachfolgendes Fahrzeug im Zielfahrstreifen erkannt, beginnt der Algorithmus mit Schritt S18 von vorne, nachdem in einem Schritt S28 die geeignete Relativlage der nächsten Fahrzeuglücke abgewartet wurde (WAIT).
Ist innerhalb der Sensorreichweite kein Fahrzeug erkennbar, wird ein virtuelles Fahrzeug im Abstand der Sensorreichweite hinter dem eigenen Fahrzeug erzeugt, das sich mit einer Lkw-typischen Geschwindigkeit (bspw. 90 km/h) bewegt, und es erfolgt stattdessen in einem Schritt S30 eine Manöverplanung im Hinblick auf das virtuelle Fahrzeug.
Schließlich stellt beispielsweise im Falle eines Einfädelstreifens das Ende des eigenen Fahrstreifens eine zusätzliche Randbedingung dar. Daher wird während der gesamten Dauer der Einfädelassistenz berechnet, ob ein Halt noch im Einfädelfahrstreifen möglich ist. Dabei werden Randbedingungen an die maximale Beschleunigung berücksichtigt (beispielsweise – 3,5 m/s², ISO 15622). Sofern ein Halt im Einfädelstreifen gerade noch möglich ist, wird in einer automatischen Ausprägung des Systems ein Nothalt im eigenen Fahrstreifen durchgeführt, da ein Befahren des Standstreifens unzulässig sein kann. Mit anderen Worten wird der Schritt S10 durchgehen wiederholt, was in 2 nicht dargestellt ist.
Insgesamt soll ermittelt werden, ob das Eigenfahrzeug 14 (EF) unter Berücksichtigung eines kooperativen Entgegenkommens des Partnerfahrzeugs 22 (PF) vor diesem Einfädeln kann. Dazu wird gefordert, dass eine minimale Zeitlücke Tmin (z. B. 0,8 Sekunden) im zeitlichen Verlauf des Spurwechselmanövers beachtet wird.
Dazu wird in zwei Schritten geprüft:

1) Liegt die Zeitlücke T zum Spurwechselzeitpunkt t0 über Tmin? Dazu wird angenommen, dass das Partnerfahrzeug mit der ermittelten Verzögerung Apf weiterfährt, das Eigenfahrzeug 14 beschleunigt dabei beispielsweise mit einer Eigenbeschleunigung Aef = 2,5 m/s² also der Grenze aus ISO 15622. Das Eigenfahrzeug 14 muss sich dann mindestens im Abstand Vpf·Tmin vor dem Partnerfahrzeug 22 befinden.
2) Wird die Zeitlücke T unmittelbar nach dem Fahrspurwechsel größer? Die Zeitlücke T wird dann größer, wenn ihre zeitliche Ableitung positiv ist. Das ist der Fall, wenn die Geschwindigkeit Vef des Eigenfahrzeugs 14 beim Fahrspurwechsel mindestens Vpf + Tmin·Apf beträgt. Bei Verzögerung (Apf < 0) ist Vef dann kleiner als Vpf.

Das heißt: Obwohl nur mit Minimalabstand, d. h. bei der Mindestzeitlücke Tmin, vor dem Partnerfahrzeug 22 eingefädelt wird, darf die Eigengeschwindigkeit Vef dennoch (um Apf·Tmin) niedriger sein als die des Partnerfahrzeugs 22. Dann wird zwar der Abstand im nächsten Augenblick kleiner, nicht aber die Zeitlücke T. Und auf die kommt es an.
Im Folgenden ist die Herleitung der Berechnungsformel Vef = Vpf + Tmin·Apf erläutert, d. h. die Minimalgeschwindigkeit Vef zum Zeitpunkt t = t0.
Für die Zeit nach dem Einfädelmanöver soll die Zeitlücke T wachsen, d. h. ihre zeitliche Ableitung soll zum Spurwechselzeitpunkt t0 positiv sein: d/dt(T) > 0, wobei d/dt() der Ableitungsoperator für die mathematische Ableitung nach der Zeit t ist.
Die Zeitlücke T wird durch den Quotienten aus Abstand Dlc zwischen Folge- und Führungsfahrzeug und der Geschwindigkeit Vpf des Folgefahrzeugs beschrieben. Das Folgefahrzeug stellt in diesem Betrachtungsfall das Partnerfahrzeug 22 dar: T = Dlc / Vpf.
Somit ergibt sich die obige Formel zu: d/dt(Dlc/Vpf) = ((Vef - Vpf)·Vpf – Dlc·Apf) / Vpf² > 0.
Es gilt: Vpf² > 0 für Vpf ungleich Null.
Der Abstand Dlc im Spurwechselzeitpunkt t0 lässt sich durch die geforderte Minimalzeitlücke Tmin formulieren als: Dlc = Tmin·Vpf.
Damit ergibt sich für den Spurwechselzeitpunkt t0: (Vef – Vpf)·Vpf – Tmin·Vpf·Apf > 0
Da Vpf > 0 ergibt sich weiterhin: Vef – Vpf – Tmin·Apf > 0
Und damit folgt die herzuleitende Berechnungsformel: Vef > Vpf + Tmin·Apf
Die erfindungsgemäße Lösung kann drei vorteilhafte Unterschiede zu bekannten Lösungsansätzen bringen:

1. Es wird aus der Beschleunigung des Partnerfahrzeugs auf dessen Absicht eines kooperatives Entgegenkommens geschlossen. Hierzu wird ein zeitlicher Mittelwert der Beschleunigung des Partnerfahrzeugs mit einem Grenzwert verglichen und daraus eine kooperative Absicht identifiziert. Insbesondere bedarf es vorteilhafterweise keiner besonderen Kommunikation (z. B. Car-to-Car-Kommunikation), um diese Absichten zu identifizieren. Zwar ist denkbar, die Absichtserkennung durch die Nutzung direkter Kommunikation weiter zu verbessern, sie ist jedoch nicht erforderlich. Insofern bedarf es keiner besonderen Infrastruktur.
2. Durch ein außerfahrstreifenmittiges Fahren im Einfädelstreifen kann dem kooperationswilligen Fahrer auf dem Zielfahrstreifen gezielt eine Art "Aknowledge-Botschaft" übermittelt werden. Dem Fahrer des Partnerfahrzeugs kann so – wiederum ohne die Nutzung von Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation – bestätigt werden, dass seine kooperative Absicht erkannt wurde und eine gemeinsame Absicht (Einfädeln vor dem Partnerfahrzeug) vorliegt.
3. Es wird ermöglicht, mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Geschwindigkeit des Partnerfahrzeugs vor diesem einzuscheren. Unter Berücksichtigung kooperativer Verzögerung (z. B. Ausrollenlassen) ist es nämlich möglich, mit einer um Tmin·Apf geringeren Geschwindigkeit vor das Partnerfahrzeug zu wechseln. Es reduziert sich dadurch im Anschluss an den Spurwechsel zwar anfänglich der absolute Abstand zwischen den Fahrzeugen, aufgrund der Verzögerung des Partnerfahrzeugs sinkt jedoch nicht die Zeitlücke.

Insgesamt ergeben sich damit eine Erweiterung des Handlungsspielraums durch die Berücksichtigung kooperativer Absichten anderer Verkehrsteilnehmer und ein autarkes System, das nicht auf die Ausstattung anderer Fahrzeug mit Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtungen oder die besondere Ausprägung der Infrastruktur angewiesen ist. Durch die Kommunikation einer Aknowledge-Botschaft an andere Fahrzeuge werden Unklarheiten im Straßenverkehr vermieden. Die Botschaft ist für alle Verkehrsteilnehmer sichtbar.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Fahrerassistenzsystem zum automatischen Einfädeln unter Berücksichtigung kooperativen Verhaltens anderer Verkehrsteilnehmer realisiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011106746 A1 [0002]
DE 102012006882 A1 [0003]
DE 102011016770 A1 [0004]
EP 2042398 B1 [0009]
DE 102009046826 A1 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ACC-Norm ISO 15622 [0007]
ISO 15622 [0046]
ISO 15622 [0060]
ISO 15622 [0062]

Claims

Verfahren zum Bereitstellen einer Fahrerassistenz für einen bevorstehenden Fahrspurwechsel eines Eigenfahrzeugs (14), um während des Fahrspurwechsels bei einem Einscheren des Eigenfahrzeugs (14) vor einem Partnerfahrzeug (22) zum und nach einem Spurwechselzeitpunkt (t0) eine Zeitlücke (T) einzuhalten, die mindestens gleich einer vorbestimmten Mindestzeitlücke (Tmin) ist, wobei vor dem Fahrspurwechsel eine Fahrerassistenzvorrichtung (28) des Eigenfahrzeugs (14) eine zum Spurwechselzeitpunkt (t0) mindestens benötigte, ein vorbestimmtes Sicherheitskriterium erfüllende Eigengeschwindigkeit (Vef) und abhängig von der benötigten Eigengeschwindigkeit (Vef) eine Mindestbeschleunigung (Amin) zum Erreichen der Eigengeschwindigkeit (Vef) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrerassistenzvorrichtung eine zukünftige Partnergeschwindigkeit (Vpf) und eine zukünftige Partnerbeschleunigung (Apf) des Partnerfahrzeugs (22) für den Spurwechselzeitpunkt (t0) prädiziert und die benötigte Eigengeschwindigkeit (Vef) in Abhängigkeit von der Partnergeschwindigkeit (Vpf) und der Partnerbeschleunigung (Apf) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sicherheitskriterium vorgibt, dass im Spurwechselzeitpunkt (t0) ein zeitlicher Verlauf der Zeitlücke (T) eine mathematische Ableitung nach der Zeit (t) aufweist, deren Wert gleich Null oder größer als Null ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als die Eigengeschwindigkeit Vef die Partnergeschwindigkeit Vpf zuzüglich dem Produkt aus Mindestzeitlücke Tmin und Partnerbeschleunigung Apf gesetzt wird, also Vef = Vpf + Tmin·Apf.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eigengeschwindigkeit (Vef) kleiner als die Partnergeschwindigkeit (Vpf) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrerassistenzvorrichtung (28) die Partnergeschwindigkeit (Vpf) und/oder die Partnerbeschleunigung (Apf) jeweils auf der Grundlage von zumindest einem beobachteten Fahrgeschwindigkeitswert des Partnerfahrzeugs (22) und/oder zumindest einem beobachteten Beschleunigungswert des Partnerfahrzeugs (22) ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinrichtung (38) der Fahrerassistenzvorrichtung (28) vor dem Fahrspurwechsel dem Partnerfahrzeug (22) den Fahrspurwechsel signalisiert und hierzu insbesondere die Steuereinrichtung (38) das Eigenfahrzeug (14) spurmittenversetzt auf einer Fahrbahnspur (16) des Eigenfahrzeugs (14) führt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrerassistenzvorrichtung (28) überprüft, ob die Mindestbeschleunigung (Amin) größer als eine vorbestimmte Komfortbeschleunigung ist (S22), und gegebenenfalls den Fahrspurwechsel abbricht (S24).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrerassistenzvorrichtung (28) überprüft (S10), ob eine vorausliegend noch verfügbare Weglänge (Deffs) kleiner als eine vorbestimmtes Mindestweglänge ist, und gegebenenfalls den Fahrspurwechsel abbricht (S12).
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Fahrerassistenzvorrichtung (28) nach dem Abbrechen des Fahrspurwechsels eine Folgelücke sucht (S26).
Fahrerassistenzvorrichtung (28) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Fahrerassistenzvorrichtung (28) dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Kraftfahrzeug (14) mit einer Fahrerassistenzvorrichtung (28) nach Anspruch 10.