DE10325212A1

DE10325212A1 - Verfahren und Gerät zur Zielfahrzeugidentifikation in einem automatischen Geschwindigkeitsregel- und Kollisionsverhinderungssystem

Info

Publication number: DE10325212A1
Application number: DE10325212A
Authority: DE
Inventors: Shunji Miyahara
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2003-12-18
Also published as: US6826479B2; JP2004026143A; US20030225519A1; GB0312778D0; GB2391411B; GB2391411A

Abstract

Es werden ein Gerät und ein Verfahren zur Identifizierung eines vorausfahrenden Fahrzeugs als Zielfahrzeug in transienten und nichttransienten Situationen bereitgestellt. Das Verfahren umfasst allgemein das Ermitteln einer zur Position des Zielfahrzeugs relativen Position des ACC-Fahrzeugs aus der Position des ACC-Fahrzeugs für die Erzeugung einer geschätzten Position eines Zielfahrzeugs; das Erzeugen eines zeitabhängigen Positionsverlaufs des Zielfahrzeugs; das Ermitteln eines Radius des Positionsverlaufs des Zielfahrzeugs durch Anwendung der Kreiskurvenanpassung an den Positionsverlauf des Zielfahrzeugs und das Feststellen mithilfe des Radius des Positionsverlaufs, der ermittelten Zielfahrzeugposition und der ACC-Fahrzeugposition, ob sich das Zielfahrzeug in einer Fahrspur des ACC-Fahrzeugs befindet.

Description

Hintergrund der Erfindung

Konventionelle Geschwindigkeitsregelsysteme regeln die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf einen vorher eingestellten Wert. Konventionelle Geschwindigkeitsregelsysteme regeln die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, hauptsächlich durch Betätigung der Drosselklappe des Fahrzeugs. Anpassungsfähige Regelsysteme ("ACC-Systeme") bieten Verbesserungen gegenüber den konventionellen Geschwindigkeitsregelsystemen. Im Allgemeinen regeln die ACC-Systeme die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs ("ACC-Fahrzeug") auf der Basis der Identifizierung der vor dem ACC-Fahrzeug fahrenden Fahrzeuge ("vorausfahrende Fahrzeuge"), die sich im Weg oder in derselben Spur wie das ACC-Fahrzeug befinden ("Zielfahrzeuge"). Ein vorausfahrendes Fahrzeug wird als ein "im Weg" des ACC-Fahrzeug befindliches Fahrzeug betrachtet, wenn die Positionsbeziehung zwischen dem vorausfahrenden und dem ACC-Fahrzeug derart ist, dass es am Ende zur Kollision mit dem vorausfahrenden Fahrzeug kommt, wenn das ACC-Fahrzeug auf seinem Kurs bleibt und schneller als das vorausfahrende Fahrzeug fährt. ACC-Systeme regeln die Geschwindigkeit des ACC- Fahrzeugs zwecks Beibehalten eines vom Bediener des ACC-Systems eingestellten Werts, wenn kein Zielfahrzeug identifiziert wird. Wenn das Zielfahrzeug jedoch identifiziert worden ist und dieses langsamer als das ACC-Fahrzeug fährt, verfolgt das ACC-System das Zielfahrzeug und regelt die Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs derart, dass das ACC-Fahrzeug dem Zielfahrzeug in einer sicheren Entfernung folgt. Wenn das Zielfahrzeug den Weg oder die Fahrspur des ACC-Fahrzeugs verlässt, beendet das ACC-System die Verfolgung des vorausfahrenden Fahrzeugs und regelt das ACC-Fahrzeug wieder auf den vom Fahrer des ACC- Fahrzeugs eingestellten Wert ein.
ACC-System enthalten im Allgemeinen Sensoren, ein Zielidentifikationssystem, ein Regelungssystem und einen Mechanismus zum Regeln der Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs. Im Allgemeinen erhält der Sensor Informationen, die sich sowohl auf die Geschwindigkeit und die Position (einschließlich der Lage und der Richtung) des ACC- Fahrzeugs als auch auf die Geschwindigkeit und die relative Position (einschließlich der Lage und des Azimutwinkels relativ zum ACC-Fahrzeug) jedes vorausfahrenden Fahrzeugs beziehen. Diese Informationen werden vom Zielidentifikationssystem verwendet, um festzustellen, ob die vorausfahrenden Fahrzeuge Zielfahrzeuge sind. Außerdem werden die Informationen vom Regelungssystem zur Regelung der Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs durch Senden der entsprechenden Signale an den Mechanismus zur Regelung der Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs verwendet.
Die Sensoren enthalten einen Sensor zum Erfassen der Relativgeschwindigkeit, der Position und des Azimutwinkels des vorausfahrenden Fahrzeugs (der "Sensor für das vorausfahrende Fahrzeug") und Sensoren zum Erfassen der Geschwindigkeit, der Position und der Richtung des ACC-Fahrzeugs (die "Sensoren für das ACC-Fahrzeug"). Der Sensor für das vorausfahrende Fahrzeug enthält im Allgemeinen eine Radarquelle und einen Radardetektor. Alternativ kann der Sensor für das vorausfahrende Fahrzeug beliebige andere elektromagnetische (einschließlich Millimeter- und Laserwellen) und Schallquellen und/oder Detektoren enthalten. Der Sensor für das vorausfahrende Fahrzeug kann die Position und den Azimutwinkel des vorausfahrenden Fahrzeugs relativ zum ACC-Fahrzeug (die "relative Position") und die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs ermitteln. Die Sensoren für das ACC-Fahrzeug enthalten einen Tachometer zum Messen der Geschwindigkeit des ACC- Fahrzeugs sowie einen Gierwinkelsensor und einen Lenkradsensor zur Bestimmung der Position und der Richtung (die "Position") des ACC-Fahrzeugs und/oder der Krümmung des momentanen ACC-Fahrzeugwegs aus der Winkelgeschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs.
Das Zielidentifikationssystem stellt fest, welches der vorausfahrenden Fahrzeuge ein Zielfahrzeug ist. Außerdem kann das Zielidentifikationssystem die vorausfahrenden Fahrzeuge von Objekten am Straßenrand unterscheiden. Das Zielidentifikationssystem kann aus der Feststellung, welches der vorausfahrenden Fahrzeuge sich in derselben Fahrspur oder im Weg des ACC-Fahrzeugs befindet, bestimmen, welches der vorausfahrenden Fahrzeuge ein Zielfahrzeug ist. Wenn das vorausfahrende Fahrzeug als ein Zielfahrzeug identifiziert worden ist, wird seine Position als ein Ziel mithilfe des Zielfahrzeugsensors überwacht ("verfolgt") und seine Position sowie sein Azimutwinkel werden von der ACC-Regelung verwendet.
Das Regelungssystem enthält im Allgemeinen ein System, das die Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs auf der Basis der vom Sensor für das vorausfahrende Fahrzeug ermittelten Position des Zielfahrzeugs relativ zum ACC-Fahrzeug sowie der von den Sensoren für das ACC-Fahrzeug ermittelten Geschwindigkeit und Position des ACC-Fahrzeugs regelt. Der Mechanismus zur Regelung der Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs ist im Allgemeinen eine Drosselklappenregelung und/oder eine Bremsenregelung, die allgemein durch das Regelungssystem angesteuert werden.
Diese bekannten ACC-Systeme sind jedoch typischerweise nicht in der Lage, in bestimmten Situationen ein Zielfahrzeug exakt zu identifizieren. Die Fig. 1A bis 1F stellen einige Beispiele verschiedener Positionen eines ACC-Fahrzeugs und eines vorausfahrendes Fahrzeug zueinander dar, die auf derselben Straße fahren. Die Fig. 1A bis 1E stellen ein einem Zielfahrzeug 40 durch eine Kurve 54 auf einer Straße 50 folgenden ACC- Fahrzeug 30 dar, während Fig. 1F ein einem Zielfahrzeug 40 auf einer Straße 80 folgendes ACC-Fahrzeug 30 darstellt. Insbesondere stellt die Fig. 1A die Positionssituation dar, in der das ACC-Fahrzeug 30 bzw. das Zielfahrzeug 40 noch nicht in die Kurve 54 eingefahren sind und sich an einer Stelle 52 auf der Straße 50 befinden. Fig. 1B stellt die Positionssituation dar, in der das ACC-Fahrzeug 30 noch nicht in die Kurve 54 eingefahren ist und sich auf der Stelle 52 befindet und das Zielfahrzeug 40 sich in der Kurve 54 befindet. Fig. 1C stellt die Positionssituation dar, in der sich das ACC-Fahrzeug 30 bzw. das Zielfahrzeug 40 in der Kurve 54 befinden. Fig. 1D stellt die Positionssituation dar, in der sich das ACC-Fahrzeug 30 noch in der Kurve 54 befindet und das Zielfahrzeug 40 die Kurve 54 verlassen hat und sich auf der Stelle 56 befindet. Fig. 1E stellt die Positionssituation dar, in der das ACC-Fahrzeug 30 bzw. das Zielfahrzeug 40 die Kurve verlassen haben und sich auf der Stelle 56 befinden. Fig. 1F stellt die Positionssituation auf einer Straße 80 dar, in der sich sowohl das ACC- Fahrzeug 30 als auch das Zielfahrzeug 40 in der Kurve der Straße 80 befinden, wobei die Krümmung oder der Radius der Kurve nicht konstant ist. Für die in den Fig. 1A, 1C und 1D gezeigten Positionssituationen (die "nichttransienten Situationen" oder "gleichbleibenden Situationen") können bekannte Verfahren in angemessener Weise feststellen, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug in derselben Fahrspur wie das ACC-Fahrzeug befindet. Diese bekannten Verfahren treffen jedoch auf Probleme, wenn sie in den Fig. 1B, 1D und 1F dargestellten Positionssituationen des vorausfahrenden Fahrzeugs und des ACC-Fahrzeugs (den "transienten Situationen" oder "nicht-gleichbleibenden Situationen"), versuchen festzustellen, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug in derselben Fahrspur wie das ACC-Fahrzeug befindet.
Bekannte ACC-Systeme haben besonders in den "nicht-gleichbleibenden Situationen" Schwierigkeiten, ein Zielfahrzeug durch eine Straßenkurve zu verfolgen. In diesen Situationen stellen die bekannten ACC-Systeme die Verfolgung oft völlig ein. Im Allgemeinen haben bekannte ACC-Systeme kein für alle Positionssituationen wirksames Verfahren zur Feststellung, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug in derselben Fahrspur oder im zukünftigen Weg des ACC-Fahrzeugs befindet. Dieses Problem ist besonders in den Fig. 1B, 1D and 1F gezeigten Positionssituationen akut.
Ein bekanntes ACC-System identifiziert mithilfe der theoretischen Beziehung zwischen dem Azimutwinkel und der Relativgeschwindigkeit zwischen dem ACC-Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug, wie sie in einem Phasendiagramm definiert ist, welches vorausfahrende Fahrzeug ein Zielfahrzeug ist (siehe US-Patent 09/815187). Dieses bekannte ACC-System funktioniert bei der Identifizierung eines vorausfahrenden Fahrzeugs als ein Zielfahrzeug in "nicht-gleichbleibenden Situationen" gut, da es feststellen kann, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug im Weg des ACC-Fahrzeugs befindet. Dieses bekannte System kann aus verschiedenen Gründen jedoch nicht auf gleichbleibende Situationen angewendet werden. Ein Grund ist die empirische Ermittlung der Beziehung zwischen dem Azimutwinkel und der relativer Geschwindigkeit und das damit verbundene Erfordernis, große Datenmengen im System zu sammeln und zu speichern. Ein anderer Grund sind die vom System geforderten komplizierten Berechnungen.

Kurze Zusammenfassung

Ein Ziel ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Geräts, mit denen sowohl in gleichbleibenden als auch in nicht-gleichbleibenden Situationen ohne dass Nachteile der bekannten Systeme festgestellt werden können, ob ein vorausfahrendes Fahrzeug ein Zielfahrzeug ist und ob sich ein Zielfahrzeug in derselben Fahrspur wie das ACC-Fahrzeug befindet. Ein weiteres Ziel ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Geräts zur Bestimmung eines Kurvenradius der Straße aus dem Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs. Außerdem ist ein Ziel die Bereitstellung eines Verfahrens und eines selbständigen Geräts zur Feststellung aus dem Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs, ob ein vorausfahrendes Fahrzeug ein Zielfahrzeug ist und ob sich ein Zielfahrzeug in derselben Fahrspur wie das ACC-Fahrzeug befindet. Ein weiteres Ziel ist die Bereitstellung eines ACC-Systems, das die Geschwindigkeit ohne das Erfordernis empirischer Daten sowohl in allen nicht- gleichbleibenden Situationen als auch in allen gleichbleibenden Situationen exakt regeln kann. Andere Ziele und Vorteile der hier offenbarten Verfahren und Geräte werden aus der folgenden Zusammenfassung und detaillierten Beschreibung der Vorzugsausgestaltungen offensichtlich.
Es wird ein Gerät und ein Verfahren zur Identifikation eines vorausfahrenden Fahrzeugs als ein Zielfahrzeug sowohl in gleichbleibenden als auch in nicht-gleichbleibenden Situationen bereitgestellt. Das Verfahren umfasst im Allgemeinen das Bestimmen einer Position eines ACC-Fahrzeugs, das Ermitteln einer zur Position des vorausfahrenden Fahrzeugs relativen Position des ACC-Fahrzeugs, das Erzeugen eines zeitabhängigen Positionsverlaufs des vorausfahrenden Fahrzeugs, das Bestimmen eines Radius des Positionsverlaufs des vorausfahrenden Fahrzeugs durch Anwendung der Kreiskurvenanpassung an den Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs und das Feststellen aus dem Grad der Anpassung, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug auf einer Zielfahrzeugspur befindet. Außerdem kann das System aus der Prüfung der Position des ACC-Fahrzeugs relativ zum ermittelten Positionsverlauf des Zielfahrzeugs feststellen, ob sich ein Zielfahrzeug in derselben Fahrspur wie das ACC- Fahrzeug befindet.
Ein Gerät enthält ein selbständiges Zielidentifikationssystem, das im Allgemeinen eine Speichereinheit zur Speicherung der Positionsinformationen für ein ACC- Fahrzeug sowie der Informationen der relativen Position für ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Prozessor und die Computersoftware zur Berechnung der relativen Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs mithilfe der Positionsinformation des ACC-Fahrzeugs, zum Erzeugen eines Positionsverlaufs und zur Bestimmung eines Radius des Positionsverlaufs mithilfe der Kurvenanpassung enthält. Die Kurvenanpassung wird durch Transformation des Positionsverlaufs in ein lokales (ξ, η)-Koordinatensystem erreicht, in dem der Bezugspunkt eine der Positionen des vorausfahrenden Fahrzeugs darstellt. Das Zielidentifikationssystem kann außerdem in einem selbständigen ACC-System oder Kollisionsverhinderungssystem enthalten sein, das außerdem einen Sensor für das vorausfahrende Fahrzeug, mindestens einen Sensor für das ACC-Fahrzeug und eine Drosselklappenregelung des ACC-Fahrzeugs enthält.
Es werden hier zahlreiche Ausgestaltungen beschrieben, die mit dem auf der Offenbarung basierenden Fachgebiet vertraute Personen verstehen werden. Einige dieser nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen der einzelnen Figuren dargestellt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A ist ein Schema einer nicht-transienten Situation.
Fig. 1B ist ein Schema einer transienten Situation.
Fig. 1C ist ein Schema einer anderen nicht-transienten Situation.
Fig. 1D ist ein Schema einer anderen transienten Situation.
Fig. 1E ist ein Schema einer weiteren nicht-transienten Situation.
Fig. 1F ist ein Schema einer weiteren transienten Situation.
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm eines einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechenden Verfahrens zur Feststellung, ob sich ein vorausfahrendes Fahrzeug im Weg eines ACC-Fahrzeug befindet.
Fig. 3 ist ein Schema der Beziehung zwischen einem ACC-Fahrzeug und einem vorausfahrendem Fahrzeug.
Fig. 4 ist ein Schema des lokalen Koordinatensystems, in dem die Position bei t = n-1 ein Bezugspunkt und a ein ermittelter Radius ist.
Fig. 5 ist ein Schema der Beziehung zwischen der Position des ACC- Fahrzeugs und der aus dem Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs ermittelten Kurve.
Fig. 6 ist eine einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechende Kurvendarstellung des simulierten Positionsverlaufs eines ACC-Fahrzeugs und eines Zielfahrzeugs.
Fig. 7 ist eine einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechende Kurvendarstellung einer mit der Straßenkrümmung vergleichbaren Simulation, die aus dem gemessenen Gierwinkel zu der aus dem Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs erhaltenen Krümmung ermittelt worden ist.
Fig. 8 ist eine vergrößerte, einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechende Kurvendarstellung des in Fig. 7 gezeigten Verlaufs.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm eines einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechenden ACC-Systems.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

In Fig. 2 wird ein Verfahren 10 gezeigt, das sowohl in transienten als auch nicht-transienten Situationen feststellt, ob sich ein vorausfahrendes Fahrzeug im Weg des ACC-Fahrzeugs befindet und damit ein Zielfahrzeug ist, und im Allgemeinen umfasst: das Bestimmen der Position und der Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs (Schritt 11), das Ermitteln der Position des vorausfahrenden Fahrzeugs (Schritt 12), das Erzeugen eines zeitabhängigen Positionsverlaufs eines vorausfahrenden Fahrzeugs (Schritt 14), das Ermitteln des Radius des Positionsverlaufs mithilfe der Kurvenanpassung (Schritt 16) und das Feststellen, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug im Weg des ACC-Fahrzeugs befindet (Schritt 18), indem der Kurvenanpassungsfehler überprüft wird.
Zu Beginn werden in Schritt 11 die Position und die Richtung des ACC- Fahrzeugs Werten für den Zeitpunkt t = 0 zugeordnet. Für alle Zeitpunkte t > 0 wird die Position (umfassend Ort und Richtung) aus den vom ACC-Fahrzeugsensor gemessenen Werten berechnet. Die Position des ACC-Fahrzeugs kann anfänglich (bei Start des Systems, bevor t = n-2 ist) als Ort mit den Koordinaten (0, 0) im x-y-Koordinatensystem und als Richtung entlang der positiven y-Achse (die "Bezugsrichtung") angenommen werden. Es kann jedoch jeder ermittelte Ort und jede ermittelte Richtung verwendet werden. Zu einem späteren Zeitpunkt wird die Position des ACC-Fahrzeugs im Allgemeinen aus der mithilfe der ACC- Fahrzeugsensoren durchgeführten Messung der Geschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs gewonnen. In jedem Zeitpunkt werden die Geschwindigkeits- und Winkelgeschwindigkeitsmesswerte verwendet, um eine Änderung der Position gegenüber der zuvor gemessenen oder angenommenen Position zu erhalten. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die gemessene Entfernungsänderung 68 gleich ν_n-1.dt und die Richtungsänderung φ_n-1' = (φ_n, + φ_n-1)/2, wobei ν_n-1 die Geschwindigkeit und φ_n-1 die Richtung des ACC-Fahrzeugs zum Zeitpunkt t = (n-1).dt sind. Der neue Ort (x_n, y_n) des ACC-Fahrzeugs wird aus einer Ortsveränderung entlang der x- und y-Achse gegenüber dem vorherigen Ort (x_n-1, y_n-1), nämlich durch

bestimmt. Die Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs wird mittels ACC-Fahrzeugsensoren gewonnen. Die Richtung wird aus der Winkelgeschwindigkeit berechnet, die durch Integration des mittels ACC- Fahrzeugsensoren gemessenen Gierwinkels dφ/dt gewonnen wird.
In Schritt 12 kann die Position des vorausfahrenden Fahrzeugs aus der Position des ACC-Fahrzeugs ermittelt werden. Die Beziehung zwischen der Position des ACC- Fahrzeugs und der Position des vorausfahrenden Fahrzeugs wird in Fig. 3 gezeigt. Die ermittelte Position des vorausfahrenden Fahrzeugs wird durch ihren Azimutwinkel θ, der den Winkel zwischen der Fahrzeugspitze des ACC-Fahrzeugs und der Richtung des vorausfahrenden Fahrzeugs bildet, und der Entfernung des vorausfahrenden Fahrzeugs zum ACC- Fahrzeug ausgedrückt. Das ACC-Fahrzeug 60 und das vorausfahrende Fahrzeug 62 sind in den Zeitpunkten t = n-1 und t = n dargestellt. Der Azimutwinkel θ und die Entfernung vom ACC-Fahrzeug werden mithilfe des sich im ACC-Fahrzeug 60 befindlichen Zielfahrzeugsensors bestimmt. Der Azimutwinkel θ_n-1 wird mithilfe des Zielfahrzeugsensors zum Zeitpunkt t = n-1 bestimmt. Durch Addition des Azimutwinkels θ_n-1. Zur Richtung des ACC-Fahrzeugs φ_n-1 kann die Richtung des vorausfahrenden Fahrzeugs relativ zur Bezugsrichtung ermittelt werden. Zum Zeitpunkt t = n wird der Winkel zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug 62 und dem ACC-Fahrzeug 60 mithilfe des ACC-Fahrzeugsensors gemessen. Ebenfalls zum Zeitpunkt t = n wird außerdem die Entfernung R_n zwischen dem ACC-Fahrzeug und dem Zielfahrzeug gemessen.
Die Lage (x(t), y(t)) eines vorausfahrenden Fahrzeugs im x-y-Koordinatensystem ist ein Vektor, der eine Funktion des ACC-Fahrzeugs ist und durch

(x(t), y(t)) = (xa(t) + R_tcos (φ_t + θ_t), ya(t) + R_tsin (φ_t + θ_t) (1)

ausgedrückt werden kann, wobei t = 0, . . ., n-2, n-1, n, n + 1, . . ., R_t die Entfernung zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug und dem ACC-Fahrzeug und -(xa(t), ya(t)) die Position des ACC-Fahrzeug sind.
In Schritt 14 von Fig. 2 wird das Erzeugen eines zeitabhängigen Positionsverlaufs aus mindestens zwei Positionen des vorausfahrenden Fahrzeugs zu zwei verschiedenen Zeitpunkten erreicht. Vorzugsweise werden mehr als zwei Positionen des vorausfahrenden Fahrzeugs gewonnen. Der Positionsverlauf wird im Allgemeinen die Form einer Kurve mit einem Radius a haben.
In Schritt 16 kann der Radius des Positionsverlaufs durch Anpassung der Kurve des Positionsverlaufs an einen Kreis mit dem Radius a über quadratische Regression ermittelt werden. Es wird angenommen, dass der Positionsverlauf ein Kreis ist, der durch die Kurvenanpassung wie folgt definiert ist:

(X-x₀)² + (Y-y₀)² = a² (2)
Da es wahrscheinlich ist, dass der Kreis dem Positionsverlauf nicht genau entspricht, ergibt sich ein Fehler zwischen dem durch Gleichung (2) definierten Kreis und dem Positionsverlauf. Der Fehler e ist definiert durch:

e = Σ((X_i-x₀)² +(Y_i-y₀)² - a²)² für i = n, n-1, n-2, . . . (3)
Der Radius a und der Mittelpunkt der Kurve (x₀, y₀) werden gewählt, um den Fehler e zu minimieren.
Da der Versuch, die Kurve im x-y-Koordinatensystem anzupassen, eine zu hohe Abweichung für die Anwendung der Regression ergäbe, werden die Gleichungen (2) und (3) in ein anderes orthogonales Koordinatensystem (ξ, η) (das "lokale Koordinatensystem") transformiert:

(x_n, y_n), (x_n-1, y_n-1), (x_n-2, y_n-2), (x_n-3, y_n-3), . . . (4)

(ξ_n, η_n), (0, 0), (ξ_n-2, η_n-2), (ξ_n-3, η_n-3), . . . (5)
Der Positionsverlauf und der in Gleichung (2) definierte Kreis werden in dem neuen Koordinatensystem in Fig. 4 gezeigt. ξ ist parallel zur Fahrtrichtung des vorausfahrenden Fahrzeugs und ist deshalb annähernd eine Tangente am in Gleichung (2) definierten Kreis 80. η steht senkrecht auf ξ. In diesem Fall wird der Koordinatenursprung ((ξ_n-1, η_n-1) = (0, 0)) im lokalen Koordinatensystem so gewählt, dass er dem Punkt (X_n-1, Y_n-1) im ursprünglichen x-y-Koordinatensystem entspricht. Der Punkt (0, 0) kann jedoch im lokalen Koordinatensystem so gewählt werden, dass er jedem Punkt auf dem Positionsverlauf entspricht. Der Radius von Kreis 80 beträgt a und hat einen Mittelpunkt 81 bei (ξ_c, η_c).
Die neuen Koordinaten werden mithilfe der folgenden Gleichung berechnet:

wobei ≙_i der Positionsvektor des i-ten Punktes auf dem Kreis sowie ≙ und ≙ die Einheitsvektoren des Koordinatensystems sind.
Jetzt wird Gleichung (2) in das lokale Koordinatensystem transformiert:

(ξ-ξ_c)² + (η-η_c)² = a² (7)
Da η² relativ klein ist, kann die Gleichung (7) entweder durch die Gleichung (8) oder (9) angenähert werden:
Wenn die unabhängige Variable ξ und die abhängige Variable η durch X bzw. Y ersetzt werden, kann Gleichung (9) wie folgt ausgedrückt werden:

Y = c0 + c1X + c2X², (10)

wobei Y, X, c0, c1 und c2 aus der Matrix W gewonnen werden sowie ≙ und ≙ Vektoren sind.
Die Koeffizienten c0, c1 und c2 werden berechnet aus:
Die Lösung von Gleichung (11) führt zu:
Zum Feststellen, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug in derselben Fahrspur wie das ACC-Fahrzeug befindet und deshalb ein Zielfahrzeug wird, können zwei Verfahren verwendet werden. Das erste Verfahren wird verwendet, wenn das ACC-Fahrzeug Gelegenheit hatte, dem vorausfahrenden Fahrzeugs auf einem geraden Straßenabschnitt zu folgen, bevor das vorausfahrende Fahrzeug in eine Kurve eingefahren ist oder die Fahrspur gewechselt hat. Das zweite Verfahren wird in allen anderen Situationen einschließlich der Situation verwendet, in der ein vorausfahrendes Fahrzeug vom ACC-Fahrzeug erst erfasst wird, wenn beide Fahrzeuge durch eine Straßenkurve fahren.
Das erste Verfahren zum Feststellen, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug in derselben Fahrspur wie das ACC-Fahrzeug befindet, bezieht die Prüfung der Genauigkeit des Radius a des ermittelten Kreises ein. Da |4C₂C₀| << 1 ist, kann die Genauigkeit von a grob wie folgt geschätzt werden:

wobei σ_c die Standardabweichung des Koeffizienten c2 ist, oder

wobei σ_a die Standardabweichung von Radius a des ermittelten Kreises ist. Die Gleichungen (18) und (19) sind das "Regressionskriterium". Wenn die Gleichungen (18) und (19) erfüllt sind, wird der Radius a des ermittelten Kreises oder die Kurvenanpassung als genau angesehen. Daraus wird festgestellt, dass sich das vorausfahrende Fahrzeug im Weg des ACC- Fahrzeugs befindet und dass deshalb das vorausfahrende Fahrzeug ein Zielfahrzeug ist. Sind die Gleichungen (18) und (19) jedoch nicht erfüllt, wird Radius a des ermittelten Kreises nicht als genau angesehen. Daraus wird geschlossen, dass das vorausfahrende Fahrzeug zwar nicht in eine Kurve eingefahren ist, jedoch die Fahrspur gewechselt hat und dass deshalb das vorausfahrende Fahrzeug kein Zielfahrzeug ist.
Das zweite Verfahren zum Feststellen, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug in derselben Fahrspur wie das ACC-Fahrzeug befindet und ob deshalb das vorausfahrende Fahrzeug ein Zielfahrzeug wird, bezieht die Prüfung des aus dem Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs gewonnenen Querabstands des ACC-Fahrzeugs zum ermittelten Kreis ein.
Fig. 5 zeigt die zum ermittelten Kreis 120 eines vorausfahrenden Fahrzeugs 128 relative Position eines ACC-Fahrzeugs 130 und eines vorderen Mittellinienpunkts 125 im lokalen Koordinatensystem. Der Kreis wurde durch Kurvenanpassung und quadratische Regression des Positionsverlaufs 126 des vorausfahrenden Fahrzeugs 128 gewonnen und hat einen Mittelpunkt 124. Der vordere Mittellinienpunkt 125 ist im Allgemeinen der vorderste auf der Mittellinie 132 des ACC-Fahrzeugs liegende Punkt am ACC-Fahrzeug. Der Ort des vorderen Mittellinienpunkts 125 am ACC-Fahrzeug mit den Koordinaten (X_g, Y_g) wird durch die ACC- Fahrzeugsensoren im x-y-Koordinatensystem bestimmt. Der Ort (X_g, Y_g) des vorderen Mittellinienpunkts 125 am ACC-Fahrzeug wird aus dem x-y-Koordinatensystem in das lokale Koordinatensystem zu einem Ort mit den Koordinaten (ξ_g, η_g) transformiert. Die Querabweichung 136 wird aus der Entfernung zwischen dem vorderen Mittellinienpunkt (ξ_g, η_g) 125 am ACC-Fahrzeug und einem Punkt (ξ_k, η_k) 134 auf dem Kreis 120 berechnet. Der Kreispunkt (ξ_k, η_k) 134 ist der Punkt auf dem Kreis, durch den eine zur ACC-Fahrzeugmittellinie 132 parallele Tangente verläuft.
Ist die Querabweichung 136 ermittelt, wird durch Auswertung der nachfolgenden Gleichung festgestellt, ob sich ACC-Fahrzeug und vorausfahrendes Fahrzeug in derselben Fahrspur befinden:

|Querabweichung| ≤ (Fahrspurbreite + Fahrzeugbreite)/2, (20)

wobei sind: |Querabweichung| die Größe der Querabweichung, Fahrspurbreite die Breite einer Fahrspur der Straße, auf der ACC- und vorausfahrendes Fahrzeug fahren, und Fahrzeugbreite die Breite des ACC-Fahrzeugs. Wenn die zum ACC-Fahrzeug relative Querabweichung des vorausfahrenden Fahrzeugs kleiner ist als die Hälfte der Summe aus Fahrspurbreite und Fahrzeugbreite, wird festgestellt, dass das vorausfahrende Fahrzeug in eine Kurve eingefahren ist und sich in derselben Fahrspur wie das ACC-Fahrzeug befindet. Deshalb wird das vorausfahrende Fahrzeug zu einem Zielfahrzeug. Wenn jedoch die zum ACC-Fahrzeug relative Querabweichung des vorausfahrenden Fahrzeugs größer ist als die Hälfte der Summe aus Fahrspurbreite und Fahrzeugbreite, wird festgestellt, dass sich das vorausfahrende Fahrzeug außerhalb des Wegs des ACC-Fahrzeugs befindet und es deshalb nicht Zielfahrzeug wird.
Das hier beschriebene Verfahren ist durch Simulation nachgeprüft worden. In der Simulation wird das vorausfahrende Fahrzeug von einem ACC-Fahrzeug verfolgt, wobei beide Fahrzeuge durch eine Straßenkurve fahren, wobei die Straße Fahrspurbreiten von 3,5 m hatte und die Kurvenkrümmung (oder der Radius) sich von 3500 m auf 480 m änderte. Beide Fahrzeuge haben eine Breite von 1,7 m, fuhren mit einer Geschwindigkeit von 90 km/h über eine Strecke von 60 m durch die Kurve. Das Regressionskriterium wurde auf 0,25 festgelegt. Die Position des ACC-Fahrzeugs wurde während der gefahrenen Strecke gemessen (der "Positionsverlauf des ACC-Fahrzeug") und zur Bestimmung des Positionsverlaufs des Zielfahrzeug verwendet. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist der ACC-Fahrzeugpositionsverlauf 90 und der Zielfahrzeugpositionsverlauf 92 praktisch identisch.
Weitere Ergebnisse der Simulation werden in Fig. 7 gezeigt. Der Azimutwinkel 100 und der Kurvenradius 106 wurden aus dem vom ACC-Fahrzeug gemessenen Gierwinkel bestimmt. Die Fahrzeuge fuhren in die Kurve zum Zeitpunkt gleich etwa 71 s ein. Der aus dem Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs ermittelte Kurvenradius ist durch die Bezugsnummer 108 gekennzeichnet. Die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, das vorausfahrende Fahrzeug zu verfolgen (die "Zielverfolgungsfähigkeit"), ist durch die Bezugsnummer 104, die Zielverfolgungsfähigkeit eines bekannten (auf dem Gierwinkel basierenden) Verfahrens durch die Bezugsnummer 102 gekennzeichnet. Der geradlinige Anteil ("hoch") der Verläufe 102 und 104 bedeutet, dass das Verfahren zur Verfolgung des vorausfahrenden Fahrzeugs in der Lage war, während eine Einsenkung ("niedrig") im Verlauf bedeutet, dass das Verfahren zur Verfolgung nicht in der Lage war oder das vorausfahrende Fahrzeug verlor. Eine gestreckte Ansicht des mittleren Teils dieser Verläufe bei etwa 72 s wird in Fig. 8 gezeigt.
Der Kurvenzug 108 des aus dem Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs ermittelten Radius stimmt mit dem aus dem vom ACC-Fahrzeug gemessenen Gierwinkel ermittelten Kurvenzug 106 des Radius gut überein. Wie in Fig. 8 besser erkannt werden kann, hat der Kurvenzug 108 des aus dem Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs ermittelten Radius zum aus dem Gierwinkel ermittelten Kurvenzug 106 einen Vorlauf von etwa 2 s. Diese Verzögerung resultiert aus dem Einfahren des vorausfahrenden Fahrzeugs in die Kurve vor dem ACC-Fahrzeug. Außerdem verschlechtert sich die Zielverfolgungsfähigkeit des hier dargestellten Verfahrens 104 bei etwa 70 s. Zu diesem Zeitpunkt hat das vorausfahrende Fahrzeug jedoch noch einen kleinen Azimutwinkel 100. Infolgedessen kann das vorausfahrende Fahrzeug wieder durch die Zielfahrzeugsensoren erfasst und als Zielfahrzeug identifiziert werden. Deshalb kann, wie durch die Simulation gezeigt, das hier dargestellte Verfahren das Zielfahrzeug ausreichend verfolgen. Im Gegensatz dazu verschlechtert sich die Verfolgungsfähigkeit des bekannten Verfahrens bei etwa 72 s. Zu diesem Zeitpunkt ist der Azimutwinkel 100 groß. Deshalb stellt das bekannte Verfahren fälschlicherweise fest, dass das vorausfahrende Fahrzeug kein Zielfahrzeug ist. Um ein System zu erhalten, bei dem sich die Verfolgungsfähigkeit nicht verschlechtert, kann eine alternative Ausgestaltung implementiert werden, die die ergänzende Wirkungsweise des hier dargestellten und des bekannten Verfahrens enthält. Wenn eines der Verfahren zu jedem Zeitpunkt "hoch" ist, wird dies in diesem ergänzenden Verfahren als die "hohe" Bedingung interpretiert. Deshalb kann das Ergänzungsverfahren die Verfolgung stets aufrechterhalten.
In Fig. 9 wird ein durch die Bezugsnummer 110 gekennzeichnetes ACC- System gezeigt. Dieses System enthält Sensoren 120 und 122, ein Zielidentifikationssystem 112 und einen ACC-Geschwindigkeitsregelmechanismus 118. Im Allgemeinen erhalten die Sensoren 120 und 122 Informationen bezüglich der Position, der Geschwindigkeit und der Richtung des ACC-Fahrzeugs bzw. beliebiger vorausfahrender Fahrzeuge. Diese mithilfe der Sensoren erhaltenen Informationen werden vom Zielidentifikationssystem 112 zum Bestimmen des Positionsverlaufs beliebiger vorausfahrender Fahrzeuge und zum Feststellen, welches der vorausfahrenden Fahrzeuge möglicherweise ein Zielfahrzeug ist, verwendet. Das Zielidentifikationssystem 112 verfolgt dann das Zielfahrzeug und ermittelt die korrekte Geschwindigkeit für das ACC-Fahrzeug zum Beibehalten oder Erreichen eines sicheren Abstands zum Zielfahrzeug. Das Zielidentifikationssystem überträgt die ermittelte Geschwindigkeit an den Regelmechanismus 118, der die Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs durch Senden der entsprechenden Signale an den Mechanismus zum Regeln der Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs regelt.
Die Sensoren 120 und 122 sind die Sensoren für das vorausfahrende Fahrzeug 120 und die ACC-Fahrzeugsensoren 122. Die Sensoren für das vorausfahrende Fahrzeug 120 enthalten im Allgemeinen eine Radarquelle und einen Radardetektor. Alternativ kann der Sensor für das vorausfahrende Fahrzeug beliebige andere elektromagnetische (einschließlich Millimeter- und Laserwellen) und Schallquellen und/oder Detektoren enthalten. Der Sensor für das vorausfahrende Fahrzeug 120 kann die Position und den Azimutwinkel des vorausfahrenden Fahrzeugs relativ zum ACC-Fahrzeug ermitteln. Die ACC-Fahrzeugsensoren enthalten im Allgemeinen einen Tachometer zum Messen der Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs und einen Gierwinkelsensor oder einen Lenkradsensor zur Bestimmung der Position des ACC-Fahrzeugs aus der Winkelgeschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs.
Das Zielidentifikationssystem 112 enthält im Allgemeinen einen Prozessor 116 oder andere Geräte, Chips oder diskrete Komponenten zur Ausführung von Berechnungen und einen Speicher 114. Der Prozessor 112 ermittelt den Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs. Der Prozessor 112 bestimmt, welches der vorausfahrenden Fahrzeuge ein Zielfahrzeug ist, indem er mithilfe des Positionsverlaufs des vorausfahrenden Fahrzeugs ermittelt, welches der vorausfahrenden Fahrzeuge sich im Weg des ACC-Fahrzeug befindet. Der Speicher 114 enthält alle vom Prozessor benötigten Informationen. Ist ein Zielfahrzeug identifiziert, wird das Zielfahrzeug durch den Zielfahrzeugsensor verfolgt.
Das Regelsystem 118 enthält im Allgemeinen ein System, das die Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs auf der Basis der zur Position des ACC-Fahrzeugs (erhalten vom Sensor für das vorausfahrende Fahrzeug) relativen Position des Zielfahrzeugs (erhalten von den ACC-Fahrzeugsensoren) regelt. Der Mechanismus zur Regelung der Geschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs ist im Allgemeinen eine Drosselklappenregelung und/oder eine Bremsenregelung, die allgemein durch das Regelungssystem angesteuert werden.
Obwohl die Erfindung anhand von speziellen Ausgestaltungen und Anwendungen beschrieben worden ist, können die mit dem Fachgebiet vertrauten Personen im Lichte dieser Offenbarung weitere Ausgestaltungen schaffen, ohne den Geltungsbereich zu überschreiten oder vom Sinn der Patentansprüche abzuweichen. Obwohl zum Beispiel ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Zielfahrzeugs in transienten Situationen beschrieben worden ist, kann es genauso gut zum Bestimmen der Position eines Zielfahrzeugs in nichttransienten Situationen verwendet werden, wobei die Verfahren in der hier beschriebenen Weise verwendet werden. Außerdem können die Verfahren zum Bestimmen einer Krümmung oder eines Radius einer Straßenkurve verwendet werden. Des Weiteren können die hier beschriebenen Geräte viele verschiedene Komponenten, Schaltkreise und Softwareimplementierungen umfassen. Es ist also klar, dass die Zeichnungen und Beschreibungen in dieser Offenbarung der Erleichterung des Verständnisses dieser Erfindung dienen und nicht als Beschränkung ihres Geltungsbereichs aufzufassen sind.

Claims

1. Verfahren zur Identifikation eines Zielfahrzeugs in transienten und nichttransienten Situationen, umfassend:
Bestimmen einer Position eines ACC-Fahrzeugs;
Ermitteln einer zur Position des vorausfahrenden Fahrzeugs relativen Position des ACC-Fahrzeugs;
Erzeugen eines zeitabhängigen Positionsverlaufs des vorausfahrenden Fahrzeugs;
Bestimmen eines Radius a des Positionsverlaufs des vorausfahrenden Fahrzeugs durch Anwendung der Kreiskurvenanpassung an den Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs;
Feststellen durch Prüfen eines Kurvenanpassungsfehlers, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug auf einem Weg des ACC-Fahrzeugs befindet.

2. Verfahren zur Identifikation eines Zielfahrzeugs in transienten und nichttransienten Situationen nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Position des ACC-Fahrzeugs umfasst:
Zuordnen eines Werts zu der Position des ACC-Fahrzeugs für den Zeitpunkt t = 0;
Berechnen der Position des ACC-Fahrzeugs zum Zeitpunkt t > 0 mithilfe der Geschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit des ACC-Fahrzeugs.

3. Verfahren zur Identifikation eines Zielfahrzeugs in transienten und nichttransienten Situationen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Position des ACC-Fahrzeugs einen ACC-Standort und eine ACC-Richtung umfasst, und zur Zuordnung eines Werts zu der Position des ACC-Fahrzeugs zum Zeitpunkt t = 0, umfasst:
die Festlegung, dass sich der ACC-Standort (0, 0) in einem x-y-Koordinatensystem befindet;
die Festlegung, dass die ACC-Richtung entlang einer y-Achse des x-y- Koordinatensystem verläuft.

4. Verfahren zur Identifikation eines Zielfahrzeugs in transienten und nichttransienten Situationen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ermitteln der Position des vorausfahrenden Fahrzeugs das Ermitteln der zur Position des ACC-Fahrzeugs relativen Position des vorausfahrenden Fahrzeugs umfasst, wobei die zur Position des ACC-Fahrzeugs relative Position aus dem gemessenen Abstand und Azimutwinkel sowie der Position des ACC-Fahrzeugs bestimmt wird.

5. Verfahren zur Identifikation eines Zielfahrzeugs in transienten und nichttransienten Situationen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ermitteln des Radius des Positionsverlaufs des Zielfahrzeugs durch Anwendung der Kreiskurvenanpassung auf den Positionsverlauf des Zielfahrzeugs in einem lokalen Koordinatensystem umfasst:
Definieren der Kurve in einem lokalen Koordinatensystem (ξ, η);
Definieren eines Fehlers in einem lokalen Koordinatensystem (ξ, η);
Annähern der Kurve durch eine quadratische Gleichung;
Anwenden der quadratischen Regression beim Berechnen des Radius a.

6. Verfahren zum Bestimmen der Fahrspurposition eines vorausfahrenden Fahrzeugs in transienten und nichttransienten Situationen, umfassend:
Bestimmen einer Position eines ACC-Fahrzeugs;
Ermitteln einer zur Position des vorausfahrenden Fahrzeugs relativen Position des ACC-Fahrzeugs aus der Position des ACC-Fahrzeugs zum Erzeugen der ermittelten Position des vorausfahrenden Fahrzeugs;
Erzeugen eines zeitabhängigen Positionsverlaufs des Zielfahrzeugs;
Ermitteln eines Radius des Positionsverlaufs des Zielfahrzeugs durch Anwenden der Kreiskurvenanpassung auf den Positionsverlauf des Zielfahrzeugs zum Erzeugen eines Kreises;
Feststellen durch Prüfen eines Kurvenanpassungsfehlers, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug in einer Fahrspur des ACC-Fahrzeug befindet.

7. Verfahren zum Bestimmen der Fahrspurposition eines Zielfahrzeugs in transienten und nichttransienten Situationen nach Anspruch 6, wobei das Ermitteln der zur Position des ACC-Fahrzeugs relativen Position des vorausfahrenden Fahrzeugs aus der Position des ACC-Fahrzeugs zum Erzeugen der ermittelten Position des vorausfahrenden Fahrzeugs das Ermitteln eines Abstands zwischen dem ACC- Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug sowie das Bestimmen eines Azimutwinkels zwischen dem ACC-Fahrzeug und dem Zielfahrzeug umfasst.

8. Verfahren zum Bestimmen der Fahrspurposition eines vorausfahrenden Fahrzeugs in transienten und nichttransienten Situationen nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Erzeugen eines zeitabhängigen Positionsverlaufs des vorausfahrenden Fahrzeugs das Ermitteln des zeitabhängigen Positionsverlaufs aus einer Vielzahl von Positionen des vorausfahrenden Fahrzeugs umfasst.

9. Verfahren zum Bestimmen der Fahrspurposition eines vorausfahrenden Fahrzeugs in transienten und nichttransienten Situationen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Ermitteln des Radius des Positionsverlaufs durch Anwendung der Kreiskurvenanpassung auf den Positionsverlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs das Gewinnen einer Kurve in einem lokalen Koordinatensystem mit dem Radius umfasst, so dass ein Fehler zwischen der Kurve und dem Positionsverlauf minimiert wird.

10. Verfahren zum Bestimmen der Fahrspurposition eines vorausfahrenden Fahrzeugs in transienten und nichttransienten Situationen nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei durch Prüfen eines Kurvenanpassungsfehlers festgestellt wird, ob sich das vorausfahrende Fahrzeug in einer Fahrspur des ACC-Fahrzeugs befindet, umfasst: Bestimmen eines Querabstands zwischen der Position des ACC-Fahrzeugs und der Kurve.