DE102016212917A1

DE102016212917A1 - Verfahren zum Bestimmen von Fahrtrajektorien eines Fahrzeugs, Fahrstabilisierungsverfahren, Steuerungsmodul und Speichermedium

Info

Publication number: DE102016212917A1
Application number: DE102016212917.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Lauer; Thomas Raste
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Fahrtrajektorien eines Fahrzeugs, wobei diese Bestimmung auf einer Position und auf Bewegungsparametern des Fahrzeugs basiert. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein zugehöriges Fahrstabilisierungsverfahren, ein zugehöriges Steuerungsmodul und ein zugehöriges Speichermedium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Fahrtrajektorien eines Fahrzeugs sowie ein Fahrstabilisierungsverfahren, welches ein solches Verfahren zum Bestimmen von Fahrtrajektorien eines Fahrzeugs verwendet. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Steuerungsmodul und ein Speichermedium zum Ausführen solcher Verfahren.
Aktive, elektronisch ansteuerbare Fahrdynamikregelsysteme wie beispielsweise ESC (Electronic Stability Control, elektronische Stabilitätskontrolle) halten zunehmend Einzug in die moderne Automobiltechnik und sind vielfach schon gesetzlich vorgeschrieben. Mit ihrer Hilfe kann das Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs gezielt beeinflusst werden. Ein Fahrdynamikregelsystem steht nunmehr vor der Aufgabe, die Stabilisierungseingriffe so rechtzeitig einzuleiten, dass ein Abkommen von der Fahrbahn äußerst unwahrscheinlich ist.
Stand der Technik sind Systeme, welche die Fahrstabilität bewahren, indem sie automatisch radindividuelle Bremseingriffe erzeugen, das Antriebsmoment reduzieren oder gezielt in die Lenkung eingreifen. Der Regeleingriff bei aktuellen ESC-Systemen wird unmittelbar abgeleitet von den Eingaben des Fahrers wie beispielsweise Lenken, Bremsen oder Gasgeben, und geschieht in einer reaktiven Art und Weise aufgrund des aktuellen dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs, der ermittelten physikalischen Grenzen und den Fahrervorgaben ungeachtet des Straßenverlaufs. Proaktive bzw. vorausschauende Regeleingriffe gibt es typischerweise nur in Verbindung mit vorausfahrenden Fahrzeugen wie beispielsweise bei ACC (Adaptive Cruise Control, adaptive Geschwindigkeitsregelung), in Verbindung mit Hindernissen wie beispielsweise bei EBA (Emergency Brake Assist, Notbremsassistent) oder beispielsweise über Kameras, wenn Fahrspurbegrenzungen überschritten werden, wie beispielsweise bei LDW (Lane Departure Warning, Spurverlassenswarnung).
Um derartige oder auch andere Sicherheitssysteme zu realisieren, werden derzeit typischerweise Kameras eingesetzt, welche allerdings eine Begrenzung in der Reichweite von typischerweise etwa 40 Metern haben, sowie auch sehr aufwändige Erkennungsalgorithmen erfordern. Ziel einer Verbesserung für vorausschauende Sicherheitssysteme wäre es beispielsweise, eine genaue Lokalisierung der eigenen Position bzw. Ego-Position mit einem Satellitennavigationssystem wie beispielsweise GPS zu bestimmen, damit eine genaue und aktuelle Karte stets eine exakte Beschreibung des Straßenverlaufs in der Vorausschau bestimmen kann.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, Verfahren vorzusehen, welche beispielsweise eines oder mehrere der angesprochenen Probleme lösen. Es sind des Weiteren Aufgaben der Erfindung, ein zugehöriges Steuerungsmodul sowie ein zugehöriges Speichermedium vorzusehen. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Fahrstabilisierungsverfahren nach Anspruch 10, ein Steuerungsmodul nach Anspruch 11 und ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 12 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Fahrtrajektorien eines Fahrzeugs, welches folgende Schritte aufweist:

– Bestimmen einer Position des Fahrzeugs,
– Bestimmen einer Anzahl von Bewegungsparametern des Fahrzeugs,
– Bestimmen einer Vorhersage über einen möglichen Fahrweg basierend auf den Bewegungsparametern,
– Bestimmen der aktuellen Fahrtrajektorie basierend auf der Position und den Bewegungsparametern und
– Bestimmen der zukünftigen Fahrtrajektorie basierend auf der Position sowie der Vorhersage über den möglichen Fahrweg und/oder den Bewegungsparametern.

Bei der zukünftigen Fahrtrajektorie kann es sich um eine Mehrzahl von zukünftigen Fahrtrajektorien handeln. Es kann sich beispielsweise um eine Voraussage mit Wahrscheinlichkeitsangabe handeln.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine Fahrtrajektorienberechnung auch unter Verwendung von Bewegungsparametern durchzuführen, welche über meistens relativ einfach zu realisierende Sensoren erfasst werden können.
Es wird dabei insbesondere der Tatsache Rechnung getragen, dass eine Lokalisierung über bekannte Satellitennavigationssysteme derzeit lediglich eine Auflösung von etwa 10 Meter erreicht. Höhere Genauigkeiten sind typischerweise nur temporär erreichbar. Ein Fahrzeug, welches von einem Fahrer gesteuert wird, kann beispielsweise den Eintritt in eine Kurve durch Beobachtung des Lenkwinkels und den aktuellen Kurvenradius mithilfe der Beobachtung von Gierrate und Querbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmen. Durch Vergleich der aus den Fahrzeuggrößen ermittelten Krümmungen und der Korrelation der Daten aus einer genaueren Karte kann beispielsweise die aktuelle Position in der Karte bestimmt werden. Zusätzlich kann die Fahrzeuggeschwindigkeit die Ego-Position auf der Karte verändern. Ein Satellitennavigationssystem wie beispielsweise ein GPS-System kann dann phasenweise mit der Position überlagert werden und ein systematischer Fehler in der Position auf der Karte kann geeignet korrigiert werden.
Darüber hinaus werden ebenfalls Eingaben des Fahrers wie Blinken, Lenken und Gasgeben bzw. Gaswegnehmen vorteilhafterweise dazu verwendet, eine Fahrerintention bzw. eine Vorhersage über den möglichen Fahrweg des Fahrzeugs zu erzeugen bzw. zu ermitteln.
Ein Sicherheitssystem wie beispielsweise dasjenige, welches in der Anmeldung WO 2013/011058 A1 beschrieben ist und welches in oder vor Kurven die Geschwindigkeit reduziert, ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch mit einem Standard-Satellitennavigationssystem realisierbar, denn eine Kurvenkrümmung und der Zeitpunkt des Kurveneintritts sind typischerweise genau vorhersagbar.
Die Vorhersage über den möglichen Fahrweg kann insbesondere eine Fahrerintention sein oder eine Fahrerintention beinhalten. Sie kann anzeigen, welche Strecke oder welche Fahrmanöver ein Fahrer derzeit oder in Zukunft, insbesondere in naher Zukunft, fahren will.
Es sei verstanden, dass der Zwischenschritt der Bestimmung einer Vorhersage über den möglichen Fahrweg auch weggelassen werden kann. Die Offenbarung dieser Anmeldung erstreckt sich auch auf solche Ausführungen in allen Kombinationen.
Die Position des Fahrzeugs wird vorteilhaft mittels Satellitennavigation wie beispielsweise GPS bestimmt. Schnelle Änderungen in der Position des Fahrzeugs, welche beispielsweise auch auf Messfehlern durch Reflexionen an Objekten oder in einem Tunnel basieren können, können dabei vorteilhafterweise mittels einer Bewegungssensorik ermittelt und damit die Ungenauigkeiten der Satellitennavigation ausgefiltert werden.
Die Position des Fahrzeugs wird gemäß einer bevorzugten Ausführung ferner verfolgt. Dies kann auch als Tracking bezeichnet werden.
Bei einer aktuellen Fahrtrajektorie handelt es sich typischerweise um denjenigen Weg, welchen das Fahrzeug in einem bestimmten Zeitraum bereits zurückgelegt hat. Bei einer zukünftigen Fahrtrajektorie handelt es sich typischerweise um denjenigen Wert, welchen das Fahrzeug in Zukunft, insbesondere in einem bestimmten Zeitintervall in der Zukunft, zurücklegen wird. Dabei können nicht nur reine Orts- bzw. Pfadangaben, sondern auch Geschwindigkeiten, Beschleunigungen oder andere Parameter Teil einer solchen Fahrtrajektorie sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das Verfahren ferner folgenden Schritt auf:

– Projektion der Position und/oder der aktuellen Fahrtrajektorie und/oder der zukünftigen Fahrtrajektorie auf eine digitale Karte und dadurch Ermitteln von Abweichungen, insbesondere in Längs- und/oder Querrichtung.

Dies ermöglicht ein Aktualisieren einer Karte über die ermittelten Abweichungen.
Gemäß jeweiligen vorteilhaften Ausführungen sind die Bewegungsparameter aus folgender Gruppe ausgewählt:

– Lenkradstellung,
– Lenkrad-Winkelgeschwindigkeit,
– Lenkrad-Winkelbeschleunigung,
– Stellung eines Gaspedals,
– Gaspedal-Winkelgeschwindigkeit,
– Gaspedal-Winkelbeschleunigung,
– Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10),
– Gierrate des Fahrzeugs (10),
– Kurvenradius des Fahrzeugs (10),
– Änderung des Kurvenradius, insbesondere Klothoide,
– Querbeschleunigung des Fahrzeugs (10),
– Betätigung von Blinkern,
– Blickrichtung eines Fahrers des Fahrzeugs (10),
– Stellung eines Bremspedals,
– Bremspedal-Winkelgeschwindigkeit,
– Bremspedal-Winkelbeschleunigung,
– Abstand eines vorausfahrenden Fahrzeugs (10),
– Bewegung eines vorausfahrenden Fahrzeugs (10)
– Abstand von voraus in der zukünftigen Fahrtrajektorie befindlichen Objekten,
– Bewegung von voraus in der zukünftigen Fahrtrajektorie befindlichen Objekten.

Es sei verstanden, dass eine beliebige Kombination oder Unterkombination dieser Bewegungsparameter oder auch anderer Bewegungsparameter verwendet werden kann. Es kann also sowohl ein Bewegungsparameter, zwei Bewegungsparameter wie auch eine beliebige Vielzahl von Bewegungsparametern verwendet und entsprechend verarbeitet werden. Typischerweise werden sie über jeweils dafür geeignete Sensoren erfasst.
Die Fahrtrajektorie kann bevorzugt ferner mittels einer digitalen Karte bestimmt werden. Dies ermöglicht auch die Verwendung von Karteninformationen, beispielsweise um einen Fahrverlauf vorauszusagen. Die bestimmte Fahrtrajektorie, also die aktuelle Fahrtrajektorie und/oder die zukünftige Fahrtrajektorie, wird gemäß einer vorteilhaften Ausführung für ein Fahrstabilisierungssystem verwendet. Bei einem solchen Fahrstabilisierungssystem sind die im Rahmen des Verfahrens erhaltenen Daten typischerweise von besonderer Nützlichkeit.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird die bestimmte Fahrtrajektorie zum Aktualisieren einer digitalen Karte verwendet. Damit kann eine digitale Karte vorteilhaft weiterentwickelt werden, beispielsweise wenn sich Straßenverläufe geändert haben oder Straßen hinzugekommen sind.
Die zukünftige Fahrtrajektorie ist vorteilhaft ein prognostizierter Fahrweg des Fahrzeugs. Dies kann insbesondere für Fahrstabilisierungszwecke hilfreich sein.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrstabilisierungsverfahren, welches folgende Schritte aufweist:

– Bestimmen einer Fahrtrajektorie mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens wie weiter oben beschrieben, wobei auf alle hierin erwähnten Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden kann, und
– Durchführen von Regeleingriffen zur Fahrstabilisierung basierend auf der aktuellen und/oder der zukünftigen Fahrtrajektorie.

Bei einem solchen Fahrstabilisierungsverfahren können die weiter oben erwähnten Vorteile, welche sich aus der Verwendung von Bewegungsparametern ergeben, für ein Fahrstabilisierungsverfahren erreicht werden. Es kann somit ohne übermäßigen technischen Aufwand eine hohe Sicherheit bei der Bestimmung von Fahrtrajektorien erreicht und für eine Stabilisierung verwendet werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Steuerungsmodul, welches dazu konfiguriert ist, ein Verfahren gemäß der Erfindung auszuführen. Dabei kann auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Auch hierbei kann auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt:
1: ein Fahrzeug, welches zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist.
1 zeigt ein Fahrzeug 10. Dieses weist ein linkes Vorderrad 20, ein rechtes Vorderrad 22, ein linkes Hinterrad 24 und ein rechtes Hinterrad 26 auf. Es sei verstanden, dass das Fahrzeug 10 hier lediglich schematisch dargestellt ist. Das gleiche gilt für seine Bestandteile.
Das Fahrzeug 10 weist ein Lenkrad 28 auf, mit welchem die beiden Vorderräder 20, 22 in üblicher Art und Weisesteuerbar sind. Damit kann ein Kurs des Fahrzeugs 10 vorgegeben werden.
Des Weiteren weist das Fahrzeug 10 ein erfindungsgemäßes Steuerungsmodul 30 auf, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel implementiert ist.
Das Fahrzeug 10 weist auch ein Satellitennavigationsmodul 40 auf, welches mit dem Steuerungsmodul 30 verbunden ist und welches dazu konfiguriert ist, Satellitennavigationssignale zu empfangen und daraus die aktuelle Position des Fahrzeugs zu berechnen.
Wie gezeigt ist das Lenkrad 28 mit dem Steuerungsmodul 30 verbunden. Dies ermöglicht es, dass ein nicht gezeigter Lenkwinkelsensor des Lenkrads 28 Informationen über einen momentanen Lenkwinkel sowie eine Lenkwinkeländerung an das Steuerungsmodul 30 liefert.
Das Steuerungsmodul 30 ist dazu konfiguriert, basierend auf den von dem Satellitennavigationsmodul 40 gelieferten Daten, welche Position und Geschwindigkeit des Fahrzeugs basierend auf Satellitennavigation anzeigen, und den von dem Lenkrad 28 gelieferten Daten eine aktuelle Fahrtrajektorie zu berechnen, wobei sich diese auf den bereits zurückgelegten Fahrweg bezieht, und des Weiteren eine zukünftige Fahrtrajektorie zu berechnen. Die zukünftige Fahrtrajektorie wird dabei so berechnet, dass sie den voraussichtlichen Fahrweg des Fahrzeugs 10 wiedergibt, wobei diese mit einem Unsicherheitsfaktor behaftet ist. Diese Unsicherheit wird ebenfalls berechnet und angegeben, so dass andere Systeme diese Unsicherheit bei ihren Berechnungen berücksichtigen können.
Basierend auf der zukünftigen Fahrtrajektorie wird in nicht näher dargestellter Art und Weise ein Fahrstabilisierungssystem ausgeführt, welches beispielsweise geeignete Eingriffe an Bremsen und Lenkung des Fahrzeugs 10 vornimmt, um eine sichere Fahrt zu gewährleisten.
Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/011058 A1 [0011]

Claims

Verfahren zum Bestimmen von Fahrtrajektorien eines Fahrzeugs (10), welches folgende Schritte aufweist: – Bestimmen einer Position des Fahrzeugs (10), – Bestimmen einer Anzahl von Bewegungsparametern des Fahrzeugs (10), – Bestimmen einer Vorhersage über einen möglichen Fahrweg basierend auf den Bewegungsparametern, – Bestimmen der aktuellen Fahrtrajektorie basierend auf der Position und den Bewegungsparametern, und – Bestimmen der zukünftigen Fahrtrajektorie basierend auf der Position sowie der Vorhersage über den möglichen Fahrweg und/oder den Bewegungsparametern.
Verfahren nach Anspruch 1, – wobei die Position des Fahrzeugs (10) mittels Satellitennavigation bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Position des Fahrzeugs (10) ferner verfolgt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner folgenden Schritt aufweist: – Projektion der Position und/oder der aktuellen Fahrtrajektorie und/oder der zukünftigen Fahrtrajektorie auf eine digitale Karte und dadurch Ermitteln von Abweichungen, insbesondere in Längs- und/oder Querrichtung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Bewegungsparameter aus folgender Gruppe ausgewählt sind: – Lenkradstellung, – Lenkrad-Winkelgeschwindigkeit, – Lenkrad-Winkelbeschleunigung, – Stellung eines Gaspedals, – Gaspedal-Winkelgeschwindigkeit, – Gaspedal-Winkelbeschleunigung, – Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10), – Gierrate des Fahrzeugs (10), – Kurvenradius des Fahrzeugs (10), – Änderung des Kurvenradius, insbesondere Klothoide, – Querbeschleunigung des Fahrzeugs (10), – Betätigung von Blinkern, – Blickrichtung eines Fahrers des Fahrzeugs (10), – Stellung eines Bremspedals, – Bremspedal-Winkelgeschwindigkeit, – Bremspedal-Winkelbeschleunigung, – Abstand eines vorausfahrenden Fahrzeugs (10), – Bewegung eines vorausfahrenden Fahrzeugs (10) – Abstand von voraus in der zukünftigen Fahrtrajektorie befindlichen Objekten, – Bewegung von voraus in der zukünftigen Fahrtrajektorie befindlichen Objekten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Fahrtrajektorie ferner mittels einer digitalen Karte bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die bestimmte Fahrtrajektorie für ein Fahrstabilisierungssystem verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die bestimmte Fahrtrajektorie zum Aktualisieren einer digitalen Karte verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die zukünftige Fahrtrajektorie ein prognostizierter Fahrweg des Fahrzeugs (10) ist.
Fahrstabilisierungsverfahren, welches folgende Schritte aufweist: – Bestimmen einer Fahrtrajektorie mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und – Durchführen von Regeleingriffen zur Fahrstabilisierung basierend auf der aktuellen und/oder zukünftigen Fahrtrajektorie.
Steuerungsmodul (30), welches dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt.