EP1663694A1 - Verfahren und vorrichtung zur erkennung von spurwechselvorg ngen f r ein fahrzeug - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erkennung von spurwechselvorg ngen f r ein fahrzeug

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EP1663694A1
EP1663694A1 EP04764840A EP04764840A EP1663694A1 EP 1663694 A1 EP1663694 A1 EP 1663694A1 EP 04764840 A EP04764840 A EP 04764840A EP 04764840 A EP04764840 A EP 04764840A EP 1663694 A1 EP1663694 A1 EP 1663694A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
lane
variable
observation
lane change
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04764840A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gabi Breuel
Ismail Dagli
Helmut Schittenhelm
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Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01S2013/9321—Velocity regulation, e.g. cruise control

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting lane change processes for a vehicle.
  • the method according to the invention and the device according to the invention can be used, for example, to improve a longitudinal control system arranged in a vehicle.
  • the longitudinal control systems known from the prior art can essentially be assigned to two groups.
  • a first group includes the so-called cruise controls, which keep a predetermined longitudinal speed of the vehicle constant even in the event of road gradients, wind resistance and the like.
  • a second group includes the so-called distance control cruise control (ART), which uses a radar sensor to control both the distance and the relative speed between your own vehicle and a vehicle in front. If the cruise control detects a slower vehicle in front, the longitudinal speed of your own vehicle is reduced by generating a suitable braking deceleration until a predetermined time interval between your own vehicle and the vehicle in front is maintained.
  • ART distance control cruise control
  • system-related limits are caused, among other things, on the basis of the maximum or minimum longitudinal speed which can be specified on the cruise control system or the maximum braking deceleration of the vehicle available in connection with the cruise control system. If these system-related limits are exceeded, the driver must again perform the longitudinal control task himself. This is particularly the case if the vehicle in front is approached too quickly, the vehicle in front decelerates sharply, a foreign vehicle suddenly shears into the lane of one's own vehicle due to a lane change process, or the driver requests a longitudinal speed that is greater or less than the maximum or minimum longitudinal speed of the vehicle that can be specified on the cruise control system.
  • the lane change processes that lead to a sudden reeving of a third-party vehicle have proven to be particularly critical, since these are only recognized by the cruise control system when the third-party vehicle is already essentially in the lane of the own vehicle.
  • this object is achieved by a method and a device for recognizing lane change processes for a vehicle, in which or at least one observation variable is determined which describes the lane change behavior of an observed third-party vehicle.
  • a lane change quantity is determined which is an intention to change lanes observed foreign vehicle is characterized starting from a lane assigned to the foreign vehicle, so that a lane change due to a predicted lane change intention of the foreign vehicle can be detected early by evaluating the lane change size.
  • the lane change quantity relates to a reeving of the observed third-party vehicle into a lane assigned to the own vehicle, so that by evaluating the lane change quantity, the shear processes of the foreign vehicle that are to be classified as particularly critical can be recognized at an early stage.
  • the lane change variable describes in particular the probability of an upcoming lane change of the observed third-party vehicle.
  • an impending lane change of the third-party vehicle is inferred if the lane change quantity evaluates that the probability is greater than a characteristic threshold value.
  • a first observation variable is a lane offset quantity that transversely displaces the foreign vehicle relative to the lane center of its lane describes, and / or in the case of a second observation variable by a lane offset change variable, which describes a lateral speed of the third-party vehicle in the orthogonal direction to a tangent applied to the course of its lane, and / or in the case of a third observation variable by a transverse offset acceleration variable, which describes the maximum lateral acceleration of the foreign vehicle occurring due to an upcoming lane change.
  • a fourth observation quantity can therefore be a lane curvature quantity that describes a curvature of the course of the lane of the third-party vehicle, and / or a fifth observation quantity can be a lane crossing time quantity that describes the period of time that describes presumably passes until a lane marking delimiting the lane of the third-party vehicle passes.
  • a sixth observation variable can be a gap distance variable that describes a distance of the third-party vehicle relative to the vehicle gap
  • / or a seventh observation variable can be a gap relative speed variable that describes a speed of the third-party vehicle relative to the vehicle gap
  • / or a seventh observation variable is a gap relative acceleration quantity that describes an acceleration of the third-party vehicle relative to the vehicle gap.
  • the determination of the at least one observation variable is generally carried out on the basis of observation data which are provided by observation means provided for the observation of the third-party vehicle.
  • observation data are generally subject to statistical fluctuations, which are caused, for example, by physical phenomena and external interference and which are noticeable in a more or less pronounced noise.
  • This noise ultimately leads to a reduction in the quality of the observation data provided and thus to a corresponding variance in the at least one observation variable determined on the basis of the observation data.
  • a quality assessment or quality weighting of the at least one observation variable is carried out when the lane change variable is determined by taking the associated variance into account.
  • the at least one observation variable and / or its variance can be determined particularly reliably using a Cayman filter, which for this purpose evaluates the observation data provided by the observation means.
  • the variance of the at least one observation variable then results from the co-variance matrices on which the respective Kaiman filtering is based.
  • observation variables and / or their variances can be linked to one another by means of a probabilistic network for the computationally efficient determination of the lane change variable. Due to the inference of the probabilistic network, observation variables of low variance are taken into account more than those of large variance, so that an implicit quality evaluation or quality weighting of the determined observation variables is carried out, which ultimately optimizes the accuracy of the depending on the observation variables leads to certain lane change size.
  • the method according to the invention for the detection of lane change processes can advantageously be used in conjunction with a longitudinal control system arranged in the own vehicle, which can in particular be a distance control cruise control, and / or with a transverse control system arranged in the own vehicle, for example with a lane keeping assist.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the method according to the invention in the form of a probabilistic network
  • Fig. 2 is a coordinate representation of a lane change process in plan view
  • Fig. 3 is a schematically illustrated embodiment of the device according to the invention.
  • the method comprises different levels of a probabilistic network, wherein in a first level 11 several observation variables are determined which describe the lane change behavior of an observed foreign vehicle 15.
  • Each observation variable is assigned a specific input node of the probabilistic network, the observation variables being determined in the respective input nodes using Kaiman filters for object tracking and lane detection.
  • o lane / ego a transverse shift of the own vehicle 16 relative to the center of the lane of the lane, ⁇ the yaw angle of the own vehicle 16 relative to a tangent to the course of the lane, c 0 the curvature of the lane, c x the change over time Curvature of the lane, w lane the width of the lane, x obj, i a longitudinal distance to the i-th (ielN) observed third-party vehicle 15, v x , ego a longitudinal speed of the own vehicle 16, a X / ego a longitudinal acceleration of the own vehicle 16, v x , obj, i or a x , whether j, i a longitudinal speed or longitudinal acceleration of the i-th observed third-party vehicle 15, y objri a transverse distance of the i-th observed third-party vehicle 15 and v y (0bj; i or a y / /
  • a lane offset quantity is then determined which describes a lateral displacement of the i-th foreign vehicle 15 observed relative to the lane center of its lane,
  • ° lane Y obj, i + Olane, ego + y ⁇ a ⁇ e (x ob j, i) ⁇ lane , (1. 4)
  • Equation (1.4) describes the course of the center of the lane of the lane of the i-th observed third-party vehicle 15 as a function of the distance variable x obj (i and is defined as C 1 Xo bj , i . (1.5)
  • a lane offset change variable v lat is also determined, which describes a lateral speed of the i-th observed third-party vehicle 15 in the orthogonal direction to a tangent applied to the course of its lane.
  • the track offset change variable v lat then results in
  • V ⁇ at v y , obj , iCos ( ⁇ ) + v X / 0bj; i sin ( ⁇ ), (1. 7)
  • a suitable coordinate transformation is to be explained in more detail below with reference to FIG. 2, the distance variables (x obj , i / Yobj, ⁇ ) recorded during the journey of one's own vehicle 16 at successive acquisition times being represented by individual measurement points °.
  • the latter are to be used in the following for the calculation of compensation polynomials, from which the expected course of the course of the i-th observed third-party vehicle 15 can then be derived in order to detect an impending lane change.
  • the detection of the distance variables (x obj #i , y obj , ⁇ ) takes place relative to the own vehicle 16, this forms a relative coordinate system with respect to the detected distance variables (* ob j, i / yobj, i) own vehicle 16, however, the location and orientation of the relative coordinate system change over time, which considerably increases the computational effort in the detection of an upcoming lane change.
  • the detected distance variables (x obj ⁇ ⁇ , y obj #i ) are therefore transformed into a time-invariant absolute coordinate system S abs , the origin of which is defined by the starting point of the journey of one's own vehicle 16.
  • the transformation of the detected distance variables (x obj #i , y obj #i ) from the relative to the absolute coordinate system S abs then consists of a shift by (X ego / ⁇ ego) and a rotation by ⁇ ego at the respective time of detection.
  • the result of this transformation is one through a trajectory
  • the location vectors X ⁇ d ir, obj, i and y ⁇ i r , 0 bj, i are determined on the basis of absolute location vectors (X ⁇ dir , 0 bj, ⁇ Yidir, obj, i), which on the one hand result from the absolute spatial coordinates (X obj #i , Y obj ri ) of the ith observed third-party vehicle 15 by rotation by - ⁇ ego .
  • Xidir.obj, i thus represents the distance 15 traveled by the ith observed third-party vehicle 15 in the direction of ⁇ ego .
  • y ⁇ d ir, obj, ⁇ represents the distance traveled by the i-th observed foreign vehicle 15 in the vertical direction from ⁇ ego .
  • T 3 (Xidir, obj, i Yldir, obj, i, straight (1 • 14)
  • the distance variable yidir, obj, i straight describes the transverse displacement of the i-th observed third-party vehicle 15 relative to the center of the lane of its lane,
  • an expected starting point S for the lane change of the i-th observed third-party vehicle 15 is determined.
  • a compensation polynomial y T3 for the trajectory T 3 is determined, which is achieved by using the method of least squares.
  • the expected starting point S of the lane change then results at the location at which the compensating polynomial y ⁇ 3 assumes an extreme value.
  • a lateral offset acceleration quantity a Yraax is now determined, which describes the maximum lateral acceleration of the ith observed third-party vehicle 15 occurring due to the upcoming lane change.
  • the determination is carried out by determining a model trajectory T ra which best matches the trajectory T 3 and is parameterized with the transverse displacement acceleration variable a y, max . That model trajectory T m that best matches the determined trajectory T 3 then supplies the value to be taken into account in the third input node 11c for the transverse offset acceleration variable a y , max .
  • a lane curvature large v lane is determined which describes a curvature of the course of the lane of the i-th observed third-party vehicle 15,
  • a lane crossing time variable t lcr is also determined, which describes the time period that is likely to pass before a lane marking delimiting the lane lane of the i-th observed third-party vehicle 15 (so-called time-to-line crossing) .
  • a gap distance variable x gap which describes a distance of the i-th foreign vehicle 15 observed relative to the vehicle gap
  • v gap , rel which describes a speed of the ith observed third-party vehicle 15 relative to the vehicle gap
  • a gap relative acceleration quantity a gaPjrel which describes an acceleration of the i-th observed third-party vehicle 15 relative to the vehicle gap
  • the determination is made by determining a theoretical vehicle gap that best matches the vehicle gap and is parameterized with the gap distance variable x gap , the gap relative velocity variable v gaP / rel and the gap relative acceleration variable a gap , rel .
  • the theoretical vehicle gap that best matches the actual vehicle gap then provides the gap distance variable x gap to be taken into account in the input nodes 11f to 11h, gap relative speed variable v gaPtrel and gap relative acceleration variable a gaP ⁇ rel .
  • x gap is set to a standard value , v gaP / rel to v ego and a gap, re ⁇ to a ego .
  • the associated variances are taken into account as a quality measure for the observation variables determined in the input nodes 11a to 11h. These can be derived from the covariance matrices P on which the Kaiman filtering is based.
  • the Cayman filters for object tracking and situation detection deliver the state vectors X ⁇ ane and x obj , ⁇ .
  • the variance ⁇ zl of the observation quantity of the 1st input node Z x can be represented using a Taylor series expansion
  • C represents the covariance matrix of those variables x s from which the value of ⁇ zl is determined.
  • equation (2.7) is given the form using a normalized distribution function
  • the observation variables determined in the first level 11 of the probabilistic network are grouped into intermediate variables in a second level 12.
  • the lane offset quantity determined in the first input node 11a and the lane offset change quantity v lat determined in the second input node 11b are grouped into a lane offset indication quantity LE.
  • a second intermediate node 12b the transverse offset acceleration variable a y / max determined in the third input node 11c, the lane curvature variable v lane determined in the fourth input node lld and the lane crossing time variable t lcr determined in the fifth input node lle are grouped into a trajectory indication variable TR, with a third being grouped Intermediate node 12c, finally, the gap distance variable x gap determined in the sixth input node 11f, the gap relative speed variable v gaP / rel determined in the seventh input node 11g and the gap relative acceleration variable a gap , rel determined in the eighth input node 11h are grouped into a traffic gap indication variable GS.
  • the grouping is carried out in such a way that the lane offset indicator size LE, the trajectory indicator size TR and the traffic gaps instruction size GS assume the state “true” in the case of a vehicle that is likely to cut in and “false” in the case of a vehicle that does not cut in.
  • the intermediate variables determined in the intermediate nodes 12a to 12c are then combined in an output node 13a, which forms a third level 13 of the probabilistic network, to form a common output variable in the form of a lane-changing CV in such a way that this has a probability of a reeving for an impending reeving process of the i-th observed third-party vehicle 15.
  • the individual levels 11 to 13 of the probabilistic network accordingly form a decision hierarchy within which the input nodes 11a to 11h of the first level 11 describe the lane change or cut-in behavior of the ith observed third-party vehicle 15, the intermediate nodes 12a to 12c of the second level 12 represent partial intermediate decisions, and the output node 13a of the third level 13 finally forms a final decision based on the intermediate decisions in the form of an intention to change lanes or cut-in of the i-th observed third-party vehicle 15 characterized by the lane-changing CV.
  • driver-independent interventions are carried out in vehicle assemblies intended to influence the longitudinal dynamics of the vehicle 16 such that the longitudinal speed of the vehicle 16 is reduced until a predetermined safety time interval between the driver's own vehicle 16 and the external vehicle 15 cutting in is maintained. If necessary, an automatic emergency braking operation can also be triggered to avoid collision with the i-th observed third-party vehicle 15.
  • the method according to the invention accordingly expands the function of conventional cruise control systems for the case of external vehicles 15 which cut in.
  • the vehicle assemblies are, for example, brake means and / or drive means of the own vehicle 16.
  • driver-independent interventions in vehicle assemblies intended to influence the lateral dynamics of vehicle 16 are carried out, these vehicle assemblies being, for example, steering means of one's own vehicle 16.
  • the issuing of an optical and / or acoustic and / or haptic driver information is initiated alerts the driver to the impending reeving of the i-th observed third-party vehicle 15.
  • Fig. 3 shows an embodiment of an apparatus for performing the method according to the invention.
  • the device comprises observation means 20 for observing a third-party vehicle, the observation means 20 comprising a first sensor device 20a for object tracking, which detects the spatial and temporal behavior of the i-th observed third-party vehicle 15 relative to one's own vehicle 16, and a second sensor device 20b for lane tracking, the have the spatial and temporal behavior of the i-th observed third-party vehicle 15 relative to the course of the lane markings of the lane of one's own vehicle 16.
  • the first sensor device 20a for object tracking is a radar sensor and / or a laser scanning device operating in the infrared wavelength range.
  • the detection angle of the laser scanning device is typically greater than 30 °, so that third-party vehicles located in an adjacent lane can still be detected at a distance of 15 meters and less from one's own vehicle 16.
  • different radar frequencies are required. For example, a radar frequency of typically 24 GHz is used to detect the short range and a radar frequency of typically 77 GHz is used to detect the far range.
  • the second sensor device 20b for tracking is also a CCD camera and / or an imaging laser scanning device operating in the infrared wavelength range.
  • the tracking is carried out on the basis of electronic map data provided by one in the own vehicle 16 arranged satellite-supported navigation system are provided.
  • the observation data provided by the observation means 20 are then fed to an evaluation unit 21, which then determines the observation variables and their variances for determining the lane change variable CV.
  • a drive means control 23 is provided, by means of which the drive torque of an engine provided as a vehicle drive can be influenced.
  • a brake means control 25 is provided, by means of which a braking torque generated in the brake means 24a to 24d can be influenced.
  • An optical signal transmitter 30 and / or an acoustic signal transmitter 31 and / or a haptic signal transmitter 32 is provided for outputting the driver's instruction, the haptic signal transmitter 32 being, for example, a steering wheel torque transmitter by means of which a steering wheel torque is in the form a vibration on a steering wheel arranged in one's own vehicle 16.
  • the haptic signal generator 32 can also be a structure-borne noise generator provided for generating a nail rattle.
  • separate structure-borne noise generators can each be assigned to the two vehicle sides of one's own vehicle 16, so that the nail tape rattling can be generated on the side of the vehicle on which the lane-changing or shearing-in process of the i-th observed third-party vehicle 15 is imminent.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Spurwechselvorgängen für ein Fahrzeug. Hierbei wird wenigstens eine Beobachtungsgrösse ermittelt, die das Spurwechselverhalten eines beobachteten Fremdfahrzeugs (15) beschreibt, wobei in Abhängigkeit der wenigstens einen Beobachtungsgrösse eine Spurwechselgrösse (CV) bestimmt wird, die eine Spurwechselabsicht des Fremdfahrzeugs (15) ausgehend von einer dem Fremdfahrzeug (15) zugeordneten Fahrbahnspur charakterisiert.

Description

DaimlerChrysler AG
Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Spurwechselvorgängen für ein Fahrzeug
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von SpurwechselVorgängen für ein Fahrzeug.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise zur Verbesserung eines in einem Fahrzeug angeordneten LängsregelSystems verwendet werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Längsregelsysteme lassen sich im wesentlichen zwei Gruppen zuordnen. Eine erste Gruppe umfasst die sogenannten Tempomaten, die eine vorgegebene Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs auch im Falle auftretender Fahrbahnsteigungen, Windwiderstände und dergleichen konstant halten. Eine zweite Gruppe umfasst die sogenannten Abstands-Regel-Tempomaten (ART) , die mithilfe eines Radarsensors sowohl den Abstand als auch die Relativgeschwindigkeit zwischen dem eigenen Fahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug regeln. Erkennt der Abstands-Regel-Tempomat ein langsameres vorausfahrendes Fahrzeug, so wird die Längsgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs durch Erzeugung einer geeigneten Bremsverzögerung soweit reduziert, bis ein vorgegebener Zeit- abstand zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten wird. Eine derartige Regelung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit erhöht den Fahrkomfort deutlich und beugt einer frühzeitigen Ermüdung des Fahrers gerade im Falle längerer Autobahnfahrten zuverlässig vor. Herkömmliche Abstands-Regel-Tempomaten unterstützen den Fahrer aufgrund systembedingter Grenzen allerdings lediglich in eingeschränktem Umfang. Diese systembedingten Grenzen werden unter anderem aufgrund der am Abstands-Regel-Tempomaten vorgebbaren maximalen bzw. minimalen Längsgeschwindigkeit oder der maximal in Zusammenhang mit dem Abstands-Regel-Tempomaten zur Verfügung stehenden Bremsverzögerung des Fahrzeugs verursacht . Beim Überschreiten dieser systembedingten Grenzen muss der Fahrer die Aufgabe der Längsregelung wieder vollständig selbst wahrnehmen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine allzu rasche Annäherung an ein vorausfahrendes Fahrzeug erfolgt, ein vorausfahrendes Fahrzeug stark verzögert, ein Fremdfahrzeug aufgrund eines Spurwechselvorgangs plötzlich auf die Fahrbahnspur des eigenen Fahrzeugs einschert oder der Fahrer eine Längsgeschwindigkeit wünscht, die größer oder kleiner ist als die am Abstands-Regel-Tempomaten vorgebbare maximale bzw. minimale Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
Als besonders kritisch haben sich in diesem Zusammenhang die zu einem plötzlichen Einscheren eines Fremdfahrzeugs führenden Spurwechselvorgänge herausgestellt, da diese vom Abstands-Regel-Tempomaten erst dann erkannt werden, wenn sich das Fremdfahrzeug bereits im wesentlichen auf der Fahrbahnspur des eigenen Fahrzeugs befindet.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu schaffen, dass ein von einem Fremdfahrzeug durchgeführter Spurwechselvorgang frühzeitig erkannt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Erkennung von Spurwechselvorgängen für ein Fahrzeug gelöst, bei dem bzw. bei der wenigstens eine Beobachtungsgröße ermittelt wird, die das Spurwechselverhalten eines beobachteten Fremdfahrzeugs beschreibt. Hierbei wird in Abhängigkeit der wenigstens einen Beobachtungsgröße eine Spurwechselgröße bestimmt, die eine Spurwechselabsicht des beobachteten Fremdfahrzeugs ausgehend von einer dem Fremdfahrzeug zugeordneten Fahrbahnspur charakterisiert, sodass durch Auswertung der Spurwechselgröße ein aufgrund einer vorhergesagten Spurwechselabsicht bevorstehender Spurwechsel des Fremdfahrzeugs frühzeitig erkannt werden kann.
Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Vorteilhafterweise bezieht sich die Spurwechselgröße auf ein Einscheren des beobachteten Fremdfahrzeugs auf eine dem eigenen Fahrzeug zugeordnete Fahrbahnspur, sodass sich durch Auswertung der Spurwechselgröße die als besonders kritisch einzustufenden Einschervorgänge des Fremdfahrzeugs frühzeitig erkennen lassen.
Um die Spurwechselabsicht des beobachteten Fremdfahrzeugs mathematisch eindeutig erfassen zu können, beschreibt die Spur- wechselgrδße insbesondere die Wahrscheinlichkeit für einen bevorstehenden Spurwechsel des beobachteten Fremdfahrzeugs . Hierbei wird auf einen bevorstehenden Spurwechsel des Fremdfahrzeugs geschlossen, wenn sich durch Auswertung der Spur- wechselgrδße ergibt, dass die Wahrscheinlichkeit größer ist als ein charakteristischer Schwellenwert.
Eines der wichtigsten Merkmale zur Erkennung einer Spurwechselabsicht stellt das querdynamische Verhalten des beobachteten Fremdf hrzeugs relativ zum Verlauf seiner Fahrbahnspur dar. Dementsprechend ist es von Vorteil, wenn es sich bei einer ersten Beobachtungsgröße um eine Spurversatzgröße, die eine Querverschiebung des Fremdfahrzeugs relativ zur Spurmitte seiner Fahrbahnspur beschreibt, und/oder bei einer zweiten Beobachtungsgröße um eine Spurversatzanderungsgröße, die eine Quergeschwindigkeit des Fremdfahrzeugs in orthogonaler Richtung zu einer an den Verlauf seiner Fahrbahnspur angelegten Tangente beschreibt, und/oder bei einer dritten Beobachtungs- größe um eine Querversatzbeschleunigungsgrδße, die eine auf- grund eines bevorstehenden Spurwechsels maximal auftretende Querbeschleunigung des Fremdfahrzeugs beschreibt, handelt.
Weitere wichtige Merkmale ergeben sich zum einen infolge geometrischer Eigenschaften, die der Verlauf der vom beobachteten Fremdfahrzeug befahrenen Fahrbahnspur aufweist, und zum anderen aufgrund charakteristischer Zeitabstände, die zwischen dem beobachteten Fremdfahrzeug und auf der Fahrbahnoberfläche angebrachten Fahrbahnmarkierungen, die den Verlauf der Fahrbahnspur des Fremdfahrzeugs definieren, auftreten. In Hinblick auf eine genaue Bestimmung der Spurwechselgröße kann es sich daher bei einer vierten Beobachtungsgröße um eine Spurkrümmungsgröße, die eine Krümmung des Verlaufs der Fahrbahnspur des Fremdfahrzeugs beschreibt, und/oder bei einer fünften Beobachtungsgröße um eine Spurüberschreitungszeitgrö- ße, die diejenige Zeitdauer beschreibt, die voraussichtlich bis zum Überschreiten einer die Fahrbahnspur des Fremdfahrzeugs begrenzenden Fahrbahnmarkierung vergeht, handeln.
Um insbesondere solche Spurwechselvorgänge, die zu einem potentiell gefährlichen Einscheren des beobachteten Fremdfahrzeugs in eine zwischen dem eigenen Fahrzeug und einem Führungsfahrzeug befindliche Fahrzeuglücke führen, möglichst genau beschreiben zu können, ist es von Vorteil, wenn Beobachtungsgrößen ermittelt werden, die das räumliche und zeitliche Verhalten des beobachteten Fremdfahrzeugs relativ zur Fahrzeuglücke beschreiben. In diesem Zusammenhang kann es sich bei einer sechsten Beobachtungsgröße um eine Lückenabstands- große, die einen Abstand des Fremdfahrzeugs relativ zur Fahrzeuglücke beschreibt, und/oder bei einer siebten Beobachtungsgröße um eine Lückenrelativgeschwindigkeitsgröße, die eine Geschwindigkeit des Fremdfahrzeugs relativ zur Fahrzeuglücke beschreibt, und/oder bei einer siebten Beobachtungsgröße um eine Lückenrelativbeschleunigungsgröße, die eine Beschleunigung des Fremdfahrzeugs relativ zur Fahrzeuglücke beschreibt, handeln. Die Ermittlung der wenigstens einen Beobachtungsgröße erfolgt in aller Regel auf Basis von Beobachtungsdaten, die von zur Beobachtung des Fremdfahrzeugs vorgesehenen Beobachtungsmitteln bereitgestellt werden. Diese Beobachtungsdaten unterliegen im Allgemeinen statistischen Schwankungen, die beispielsweise aufgrund physikalischer Phänomene und äußerer Störeinflüsse verursacht werden und die sich in einem mehr oder weniger ausgeprägten Rauschen bemerkbar machen. Dieses Rauschen führt letztlich zu einer Minderung der Qualität der bereitgestellten Beobachtungsdaten und damit zu einer entsprechenden Varianz der auf Basis der Beobachtungsdaten ermittelten wenigstens einen Beobachtungsgröße. Um eine Aussage über die Zuverlässigkeit der Vorhersage der Spurwechselabsicht des beobachteten Fremdfahrzeugs treffen zu können, ist es daher von Vorteil, wenn bei der Bestimmung der Spurwechselgröße eine Qualitätsbewertung bzw. Qualitätsgewichtung der wenigstens einen Beobachtungsgrδße durch entsprechende Berücksichtigung der zugehörigen Varianz vorgenommen wird.
Die wenigstens eine Beobachtungsgröße und/oder deren Varianz kann besonders zuverlässig unter Verwendung eines Kaiman- Filters ermittelt werden, der dazu die von den Beobachtungsmitteln bereitgestellten Beobachtungsdaten auswertet. Die Varianz der wenigstens einen Beobachtungsgröße ergibt sich dann aus den der jeweiligen Kaiman-Filterung zugrundeliegenden Ko- varianzmatrizen.
Werden mehrere Beobachtungsgrößen und/oder deren Varianzen ermittelt, so können diese zur rechnerisch effizienten Bestimmung der Spurwechselgröße mittels eines probabilistischen Netzwerks miteinander verknüpft werden. Aufgrund der Inferenz des probabilistischen Netzwerks werden Beobachtungsgrδßen geringer Varianz stärker berücksichtigt als solche großer Varianz, sodass eine implizite Qualitätsbewertung bzw. Qualitätsgewichtung der ermittelten Beobachtungsgrößen durchgeführt wird, die letztlich zu einer Optimierung der Genauigkeit der in Abhängigkeit der Beobachtungsgrößen bestimmten Spurwech- selgrδße führt .
Wird durch Auswertung der Spurwechselgroße auf einen bevorstehenden Spurwechsel des beobachteten Fremdfahrzeugs geschlossen, so besteht die Möglichkeit, fahrerunabhängige Eingriffe in zur Beeinflussung der Längs- und/oder Querdynamik des eigenen Fahrzeugs vorgesehene Fahrzeugaggregate derart vorzunehmen, dass durch entsprechende Anpassung der Längsgeschwindigkeit und/oder der Fahrtrichtung des eigenen Fahrzeugs einer aufgrund des Spurwechsels gegebenenfalls verursachten gefährlichen Annäherung an das Fremdfahrzeug vorgebeugt wird.
Alternativ oder zusätzlich zu den fahrerunabhängigen Eingriffen in die Fahrzeugaggregate ist es vorstellbar, einen optischen und/oder akustischen und/oder haptischen Fahrerhinweis auszugeben, der den Fahrer auf den bevorstehenden Spurwechsel des Fremdfahrzeugs aufmerksam macht .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung von Spurwechsel- Vorgängen lässt sich vorteilhaft in Verbindung mit einem im eigenen Fahrzeug angeordneten Längsregelsystem, bei dem es sich insbesondere um einen Abstands-Regel-Tempomaten handeln kann, und/oder mit einem im eigenen Fahrzeug angeordneten Querregelsystem, beispielsweise mit einem Spurführungsassistenten (lane keeping assist) , verwenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Gestalt eines probabilistischen Netzwerks, Fig. 2 eine Koordinatendarstellung eines Spurwechselvorgangs in Draufsicht, und Fig. 3 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung von Spurwechselvorgängen für ein Fahrzeug. Das Verfahren umfasst unterschiedliche Ebenen eines probabilistischen Netzwerks, wobei in einer ersten Ebene 11 mehrere Beobachtungsgrößen ermittelt werden, die das Spurwechselverhalten eines beobachteten Fremdfahrzeugs 15 beschreiben.
Jeder Beobachtungsgröße ist hierbei ein bestimmter Eingangs- knoten des probabilistischen Netzwerks zugeordnet, wobei die Ermittlung der Beobachtungsgrößen in den jeweiligen Eingangsknoten durch Verwendung von Kaiman-Filtern zur Objektverfolgung und Spurerkennung erfolgt. Die Kaiman-Filter ziehen hierzu Zustandsvektoren der Gestalt xlane = ( °lane,ego i ψ r C0 / cl / wlane ) / ( 1 . 1 )
Xlong,obj ,i ) xlat,obj ,i = (Yobj ,i / vy,obj ,i / ay,obj ,i ) / ( 1 . 3 )
heran, wobei olane/ego eine Querverschiebung des eigenen Fahrzeugs 16 relativ zur Spurmitte der Fahrbahnspur, ψ den Gierwinkel des eigenen Fahrzeugs 16 relativ zu einer an den Verlauf der Fahrbahnspur angelegten Tangente, c0 die Krümmung der Fahrbahnspur, cx die zeitliche Änderung der Krümmung der Fahrbahnspur, wlane die Breite der Fahrbahnspur, xobj,i einen Längsabstand zum i-ten (ielN) beobachteten Fremdfahrzeug 15, vx,ego eine Längsgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs 16, aX/ego eine Längsbeschleunigung des eigenen Fahrzeugs 16, vx,obj,i bzw. ax,obj,i eine Längsgeschwindigkeit bzw. Längsbeschleunigung des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15, yobjri einen Querabstand des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 und vy(0bj;i bzw. ay/0bj<i eine Quergeschwindigkeit bzw. Querbeschleunigung des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 beschreibt .
In einem ersten Eingangsknoten 11a des probabilistischen Netzwerks wird dann eine Spurversatzgrδße olane ermittelt, die eine Querverschiebung des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 relativ zur Spurmitte seiner Fahrbahnspur beschreibt,
°lane = Y obj ,i + Olane,ego + y ιaπe (xobj ,i ) ± lane , ( 1 . 4 )
wobei der Einfachheit halber vorausgesetzt wird, dass die durch die Größe wlarιe beschriebene Breite für alle Fahrbahnen gleich ist. Das positive bzw. negative Vorzeichen gilt, wenn sich das i-te beobachtete Fremdfahrzeug 15 in Fahrtrichtung gesehen auf der linken bzw. rechten Seite des eigenen Fahrzeugs 16 befindet.
Die in Gleichung (1.4) eingehende Funktion yιane(Xobj,i ) beschreibt hierbei den Verlauf der Spurmitte der Fahrbahnspur des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 in Abhängigkeit der Abstandsgröße xobj(i und ist definiert als C1Xobj,i . (1.5)
Aufgrund des Gierwinkels des eigenen Fahrzeugs 16 ist der Verlauf der Fahrbahnspur entsprechend dem Wert der Gierwinkelgröße ψ verdreht, was durch einen Näherungsterm der Gestalt
-xobj/isin(ψ) (1.6)
in Gleichung (1.5) berücksichtigt wird. In einem zweiten Eingangsknoten 11b des probabilistischen Netzwerks wird weiterhin eine Spurversatzanderungsgröße vlat ermittelt, die eine Quergeschwindigkeit des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 in orthogonaler Richtung zu einer an den Verlauf seiner Fahrbahnspur angelegten Tangente beschreibt. Die Spurversatzanderungsgröße vlat ergibt sich dann zu
Vιat = vy,obj ,iCos (α) + vX/0bj ;isin (α) , ( 1 . 7 )
wobei sich die Winkelgröße α aus der Differenz der Ausrichtungen der an den Fahrbahnverlauf angelegten Tangenten bei durch die Werte x = 0 und x = xobjji gegebenen Abständen vom eigenen Fahrzeug 16 ergibt, α = (1.8)
Um aus dem Fahrtkursverlauf des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 ein Modell zur Erkennung eines bevorstehenden Spurwechsels ableiten zu können, und um weitere, für einen bevorstehenden Spurwechsel charakteristische Beobachtungsgrößen ermitteln zu können, ist es erforderlich, die relativ zum eigenen Fahrzeugs 16 erfassten Abstandsgrößen ( obj (i , yobj #i ) in ein hierfür geeignetes Koordinatensystem zu transformieren.
Eine geeignete Koordinatentransformation soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert werden, wobei die während der Fahrt des eigenen Fahrzeugs 16 zu aufeinanderfolgenden Erfassungszeitpunkten erfassten Abstandsgrößen (xobj,i/ Yobj,ι) durch einzelne Messpunkte ° dargestellt sind. Letztere sollen im folgenden zur Berechnung von Ausgleichspolynomen herangezogen werden, aus denen sich dann zur Erkennung eines bevorstehenden Spurwechsels der voraussichtlich zu erwartende Fahrtkursverlauf des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 ableiten lässt. Da die Erfassung der Abstandsgrößen ( xobj #i , yobj ,± ) relativ zum eigenen Fahrzeug 16 erfolgt, bildet dieses ein relatives Koordinatensystem in Bezug auf die erfassten Abstandsgrößen ( *obj,i / yobj,i ) • Aufgrund der Fahrt des eigenen Fahrzeugs 16 ändern sich nun aber Ort und Ausrichtung des relativen Koordinatensystems mit der Zeit, was den Rechenaufwand bei der Erkennung eines bevorstehenden Spurwechsels erheblich erhöht. Die erfassten Abstandsgrößen ( xobj ι± , yobj #i ) werden daher in ein zeitinvariantes absolutes Koordinatensystem Sabs transformiert, dessen Ursprung durch den Startpunkt der Fahrt des eigenen Fahrzeugs 16 definiert ist.
Bei der Transformation der erfassten Abstandsgrößen (xobj,i, Yobj,ι ) sind die zum jeweiligen Erfassungszeitpunkt vorliegenden Ortskoordinaten (Xegθ/Yego) und die Ausrichtung Ψego des eigenen Fahrzeugs 16 zu berücksichtigen,
-"•ego \-"-ego / ^ego / * ego • \ 1 • -^ /
Die Transformation der erfassten Abstandsgrößen ( xobj #i , yobj #i ) vom relativen in das absolute Koordinatensystem Sabs besteht dann aus einer Verschiebung um (Xego/γego) und einer Rotation um Ψego zum jeweiligen Erfassungszeitpunkt. Das Ergebnis dieser Transformation ist ein durch eine Trajektorie
Tl = (Xobj.i fYobj,i ) (1.10)
gegebener Fahrtkursverlauf des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 im absoluten Koordinatensystem Sabs . Die Trajektorie = (χldir,obj ,i /Yldir,obj ,i ) ( 1 . 11 )
gibt dann den Fahrtkursverlauf des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 in der durch Ψego gegebenen Richtung, also in einem um Ψego gedrehten Koordinatensystem SΨ , wieder. Die Ortsvektoren Xιdir,obj,i und yιir,0bj,i werden auf Basis von absoluten Ortsvektoren ( Xιdir,0bj,ι Yidir,obj,i ) bestimmt, die sich ihrer- seits aus den absoluten Ortskoordinaten ( Xobj #i , Yobj ri ) des i- ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 durch Rotation um -Ψego ergeben. Damit gibt Xidir.obj,i den vom i-ten beobachteten Fremd- fahrzeug 15 in Richtung von Ψego durchfahrenen Abstand wieder. Analog gibt yιdir,obj,ι den vom i-ten beobachteten Fremdfahrzeug 15 in senkrechter Richtung von Ψego durchfahrenen Abstand wieder.
Die Ortsvektoren (Xldir,obj,i #Yidir,όbj,i ) bilden die Basis zur Bestimmung einer einzelnen, für einen bevorstehenden Spurwechsel relevanten Abstandsgröße Lrelev , die sich gemäß Fig. 2 aus xldir,obj ,i = Xldir,obj ,i ~~ Xldir,obj ,i ( 1 . 12 )
und Yldir,obj ,i ldir,obj ,i ^ldir,obj ,i ^ -L . -3 )
ergibt .
Um im folgenden den Rechenaufwand zu minimieren, wird eine weitere Trajektorie
T3 = (Xidir,obj ,i Yldir,obj ,i,straight ( 1 • 14 )
bestimmt, die die Trajektorie T2 unter Annahme eines lineari- sierten Verlaufs der Fahrbahnspur wiedergibt. Die Abstandsgröße yidir,obj,i,straight beschreibt hierbei die Querverschiebung des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 relativ zur Spurmitte seiner Fahrbahnspur,
Y.dir,obj ,i,straight = Yobj ,i + °lane ~ Ylane (χldir,obj ,i ) — wlane • ( 1 . 15 )
Im weiteren wird ein voraussichtlicher Startpunkt S für den Spurwechsel des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 bestimmt. Hierzu wird ein Ausgleichspolynom yT3 für die Trajektorie T3 ermittelt, was durch Anwendung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate erfolgt. Der voraussichtliche Startpunkt S des Spurwechsels ergibt sich dann an demjenigen Ort, an dem das Ausgleichspolynom yτ3 einen Extremwert annimmt.
Da eine Krümmung des Verlaufs der Fahrbahnspur für die Erkennung eines Spurwechselvorgangs erst für den auf den Start- punkt S folgenden Fahrbahnabschnitt von Bedeutung ist, genügt es, wenn lediglich für diesen Fahrbahnabschnitt ein Ausgleichspolynom yT2 für die Trajektorie T2 bestimmt wird, sodass sich der Rechenaufwand bei der Vorhersage eines bevorstehenden Spurwechsels des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 erheblich verringert.
In einem dritten Eingangsknoten 11c des probabilistischen Netzwerks wird nun eine Querversatzbeschleunigungsgröße aYraax ermittelt, die die aufgrund des bevorstehenden Spurwechsels maximal auftretende Querbeschleunigung des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 beschreibt. Die Ermittlung erfolgt durch Bestimmung einer mit der Trajektorie T3 bestmöglich übereinstimmenden und mit der Querversatzbeschleunigungsgröße ay,max parametrisierten Modelltrajektorie Tra . Diejenige Modelltra- jektorie Tm , die am besten mit der ermittelten Trajektorie T3 übereinstimmt, liefert dann den im dritten Eingangsknoten 11c zu berücksichtigenden Wert für die Querversatzbeschleuni- gungsgrδße ay,max . Für die Modelltrajektorie gilt
Tπl=(2m,Ym) , (1.16)
wobei die vektorielle Abstandsgrδße xra denjenigen Teil von Xidir,oj,i darstellt, der zwischen dem voraussichtlichen Startpunkt S des Spurwechsels und dem gewählten Vorhersagehorizont liegt. Die bei der Anpassung der Modelltrajektorie Tm auftretende Varianz berechnet sich dabei zu
σTm = (1.17) wobei eine Binärsuche für die bestmöglich mit der Trajektorie T3 übereinstimmende Modelltrajektorie Tra durchgeführt wird, bei der ein für die Querversatzbeschleunigungsgröße ay,max vorgegebenes Werteintervall sukzessive durchlaufen wird, und die endet, sobald ΔσTm = o"τra -σϊm 1 bei zwei aufeinanderfolgenden Suchvorgängen r-1 und r eine gegebene Schwelle ε unterschreitet, σ, •στm <ε (1.18)
In einem vierten Eingangsknoten lld wird eine Spurkrümmungs- große vlane ermittelt, die eine Krümmung des Verlaufs der Fahrbahnspur des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 beschreibt,
^l ne,scal — T-laneVX/0bj ,i / -L . -L y j mit
_ dyT2 dylane Llane ( 1 . 20 ) dx dx *-obj
In einem fünften Eingangsknoten lle des probabilistischen Netzwerks wird weiterhin eine Spurüberschreitungszeitgröße tlcr ermittelt, die diejenige Zeitdauer beschreibt, die voraussichtlich bis zum Überschreiten einer die Fahrbahnspur des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 begrenzenden Fahrbahnmarkierung vergeht (sog. time-to-line-crossing) . Zur Berechnung der Spurüberschreitungszeitgröße tlcr wird der Schnittpunkt zwischen dem Ausgleichpolynom yT2 der Trajektorie T2 und der durch
Yτ2±^^ (1.21)
gegebenen Lage der Fahrbahnmarkierung ermittelt, Wιane Yτ2 - Ylane ± -^ = 0 . ( 1 . 22 )
Die Lösung der Gleichung (1.22) liefert dann den räumlichen Abstand, in der das i-te beobachtete Fremdfahrzeug 15 voraussichtlich die Fahrbahnmarkierung überquert. Zur Bestimmung der Spurüberschreitungszeitgröße tlcr wird der Einfachheit halber angenommen, dass die Geschwindigkeitsgröße vX0bj/i konstant ist, sodass also
Um insbesondere solche Spurwechselvorgänge erkennen zu können, die zu einem potentiell gefährlichen Einscheren des i- ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 in eine zwischen dem eigenen Fahrzeug 16 und einem Führungsfahrzeug 17 befindliche Fahrzeuglücke führen, werden weitere Beobachtungsgrößen ermittelt, die das räumliche und zeitliche Verhalten des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 relativ zur Fahrzeuglücke beschreiben.
Dementsprechend wird in einem sechsten Eingangsknoten llf eine Lückenabstandsgröße xgap , die einen Abstand des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 relativ zur Fahrzeuglücke beschreibt,
Xga — Xobj ,i ^Cego,gap mi U 2 ego,gap = i X . .0. )
in einem siebten Eingangsknoten 11g eine Lückenrelativge- schwindigkeitsgröße vgap,rel , die eine Geschwindigkeit des i- ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 relativ zur Fahrzeuglücke beschreibt,
• x ΘQO *"^ x Xε&d vgap,reι = vobj /i -vgap mit vgap = — : ; , ( 1 . 25 ) und in einem achten Eingangsknoten 11h eine Lückenrelativbe- schleunigungsgrδße agaPjrel , die eine Beschleunigung des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 relativ zur Fahrzeuglücke beschreibt,
— ' t- _ 9-x,ego "r ax,lea , . agap,rel — aobj ,i ~~ agap mit agap — / ± . )
ermittelt. Die Ermittlung erfolgt durch Bestimmung einer mit der Fahrzeuglücke bestmöglich übereinstimmenden und mit der Lückenabstandsgröße xgap , der Lückenrelativgeschwindigkeits- größe vgaP/rel und der Lückenrelativbeschleunigungsgröße agap,rel parametrisierten theoretischen Fahrzeuglücke. Diejenige theoretische Fahrzeuglücke, die am besten mit der tatsächlichen Fahrzeuglücke übereinstimmt, liefert dann die in den Eingangsknoten llf bis 11h zu berücksichtigende Lückenabstandsgröße xgap , Lückenrelativgeschwindigkeitsgröße vgaPtrel und Lü- ckenrelativbeschleunigungsgröße agaPιrel .
Ist kein Führungsfahrzeug 17 vorhanden, so wird xgap auf einen Standardwert, vgaP/rel auf vego und agap,reι auf aego gesetzt.
Weiterhin werden als Qualitätsmaß für die in den Eingangsknoten 11a bis 11h ermittelten Beobachtungsgrößen die zugehörigen Varianzen berücksichtigt . Diese lassen sich aus den der Kaiman-Filterung zugrundeliegenden Kovarianzmatrizen P ableiten.
Die Kaiman-Filter zur Objektverfolgung und Situationserkennung liefern die Zustandsvektoren Xιane und xobj,ι . Darüber hinaus stehen die zugehörigen Kovarianzmatrizen Plane und Pobj,i zur Verfügung. Im folgenden wird vorausgesetzt, dass die von unterschiedlichen Kaiman-Filtern gelieferten Variablen jeweils unabhängig voneinander sind, sodass σxq,xr=0 (2.1) für
Xq € X0bj,i / ^r ^ iane • 2 . )
Für die Berechnung des (Mittel-) werts μz der Beobachtungsgröße eines Eingangsknotens Z2 (l = a...h) des probabilistischen Netzwerks werden Funktionen benötigt, die die Zustands- vektoren Xιane und xobj,i der beiden Kaiman-Filter in geeigneter Weise kombinieren,
Uzi = f 1 (Xo j ,i / Xiane ) • ( 2 . 3 )
Durch die Struktur des probabilistischen Netzwerks wird implizit vorausgesetzt, dass die Eingangsknoten Zx unabhängig voneinander sind. Folglich wird in erster Näherung angenommen, dass die Varianzen σ21 der Beobachtungsgrößen der Eingangsknoten Zx die Eigenschaft σZι,zm =0 für l≠ (2.4)
aufweisen. Die Varianz σzl der Beobachtungsgröße des 1-ten Eingangsknotens Zx kann mithilfe einer Taylor- Reihenentwicklung dargestellt werden,
E[(Z1-E[Z1])2]=ACAT , (2.5)
wobei C die Kovarianzmatrix derjenigen Variablen xs darstellt, aus denen der Wert von μzl bestimmt wird. Die Matrix A beinhaltet die Ableitungen an der Stelle xs =μs,
Nach der Bestimmung der Varianzen σzl der Beobachtungsgrößen der Eingangsknoten Zx werden normalverteilte Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen für die Belegung der einzel- nen Eingangsknoten Zλ angesetzt. Da es sich im probabilistischen Netzwerk um wertdiskrete Eingangsknoten Zi handelt, muss die Wahrscheinlichkeit für ein gegebenes Werteintervall [a,b] gemäß
bestimmt werden. Da dieses Integral nicht geschlossen gelöst werden kann und die Durchführung einer numerischen Integration rechnerisch ineffizient wäre, wird Gleichung (2.7) mithilfe einer normierten Verteilungsfunktion der Gestalt
bestimmt, sodass sich letztlich
ergibt .
Durch die Einbeziehung der Varianzen σzl der Eingangsknoten Zλ ist es möglich, eine implizite Qualitätsbewertung bzw. Qualitätsgewichtung der in den Eingangsknoten Zi ermittelten Beobachtungsgrößen durchzuführen, da Beobachtungsgrößen kleiner Varianz σzl durch die Inferenz des probabilistischen Netzwerks stärker berücksichtigt werden als solche großer Varianz σzl .
Zur Feststellung, ob das i-te beobachtete Fremdfahrzeug 15 einschert oder nicht, werden die in der ersten Ebene 11 des probabilistischen Netzwerks ermittelten Beobachtungsgrößen in einer zweiten Ebene 12 zu Zwischengrößen gruppiert. Hierbei werden in einem ersten Zwischenknoten 12a die im ersten Eingangsknoten 11a ermittelte Spurversatzgröße olane und die im zweiten Eingangsknoten 11b ermittelte Spurversatzanderungsgröße vlat zu einer Spurversatzhinweisgröße LE gruppiert .
In einem zweiten Zwischenknoten 12b wird weiterhin die im dritten Eingangsknoten 11c ermittelte Querversatzbeschleuni- gungsgröße ay/max , die im vierten Eingangsknoten lld ermittelte Spurkrümmungsgröße vlane und die im fünften Eingangsknoten lle ermittelte Spurüberschreitungszeitgröße tlcr zu einer Trajektorienhinweisgrδße TR gruppiert, wobei in einem dritten Zwischenknoten 12c schließlich die im sechsten Eingangsknoten llf ermittelte Lückenabstandsgröße xgap , die im siebten Eingangsknoten 11g ermittelte Lückenrelativgeschwindig- keitsgröße vgaP/rel und die im achten Eingangsknoten 11h ermittelte Lückenrelativbeschleunigungsgröße agap,rel zu einer Ver- kehrslückenhinweisgröße GS gruppiert wird. Die Gruppierung erfolgt jeweils derart, dass die Spurversatzhinweisgröße LE , die Trajektorienhinweisgröße TR und die Verkehrslücken in- weisgröße GS im Falle eines voraussichtlich einscherenden Fremdfahrzeugs den Zustand „wahr" und im Falle eines nicht einscherenden Fremdfahrzeugs den Zustand „unwahr" annehmen.
Die in den Zwischenknoten 12a bis 12c ermittelten Zwischengrößen werden daraufhin in einem Ausgangsknoten 13a, der eine dritte Ebene 13 de.s probabilistischen Netzwerks bildet, zu einer gemeinsamen Ausgangsgröße in Gestalt einer Spurwechsel- große CV derart vereinigt, dass diese eine Einscherwahrscheinlichkeit für einen bevorstehenden Einschervorgang des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 beschreibt.
Die einzelnen Ebenen 11 bis 13 des probabilistischen Netzwerks bilden demnach eine Entscheidungshierarchie, innerhalb derer die Eingangsknoten 11a bis 11h der ersten Ebene 11 das Spurwechsel- bzw. Einscherverhalten des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 beschreiben, die Zwischenknoten 12a bis 12c der zweiten Ebene 12 partielle Zwischenentscheidungen darstellen, und der Ausgangsknoten 13a der dritten Ebene 13 schließlich eine auf Basis der Zwischenentscheidungen getroffene Endentscheidung in Gestalt einer durch die Spurwechsel- große CV charakterisierten Spurwechsel- bzw. Einscherabsicht des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 bildet.
Ist die durch die Spurwechselgröße CV beschriebene Einscherwahrscheinlichkeit größer als ein charakteristischer Schwellenwert, sodass mit großer Sicherheit auf ein bevorstehendes Einscheren des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 geschlossen werden kann, so erfolgen fahrerunabhängige Eingriffe in zur Beeinflussung der Längsdynamik des Fahrzeugs 16 vorgesehene Fahrzeugaggregate derart, dass die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 16 soweit reduziert wird, bis ein vorgegebener Sicherheits-Zeitabstand zwischen dem eigenen Fahrzeug 16 und dem einscherenden Fremdfahrzeug 15 eingehalten wird. Falls erforderlich, kann auch die Durchführung eines selbsttätigen Notbremsvorgangs zur Vermeidung eines Auffahrens auf das i-te beobachtete Fremdfahrzeug 15 ausgelöst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erweitert demnach die Funktion von Abstands-Regel-Tempomaten herkömmlicher Bauart für den Fall einscherender Fremdfahrzeuge 15. Bei den Fahrzeugaggre- gaten handelt es sich beispielsgemäß um Bremsmittel und/oder Antriebsmittel des eigenen Fahrzeugs 16. In diesem Zusammenhang ist es auch vorstellbar, zur Durchführung eines Ausweichmanövers fahrerunabhängige Eingriffe in zur Beeinflussung der Querdynamik des Fahrzeugs 16 vorgesehene Fahrzeugaggregate vorzunehmen, wobei es sich bei diesen Fahrzeugaggre- gaten beispielsgemäß um Lenkmittel des eigenen Fahrzeugs 16 handelt .
Zusätzlich zu den fahrerunabhängigen Eingriffen in die Fahrzeugaggregate wird die Ausgabe eines optischen und/oder akustischen und/oder haptischen Fahrerhinweises veranlasst, der den Fahrer auf das bevorstehende Einscheren des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 aufmerksam macht.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Vorrichtung umfasst Beobachtungsmittel 20 zur Beobachtung eines Fremdfahrzeugs, wobei die Beobachtungsmittel 20 eine erste Sensoreinrichtung 20a zur Objektverfolgung, die das räumliche und zeitliche Verhalten des i-ten beobachteten Fremdfahrzeug 15 relativ zum eigenen Fahrzeug 16 erfasst, und eine zweite Sensoreinrichtung 20b zur Spurverfolgung, die das räumliche und zeitliche Verhalten des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 relativ zum Verlauf der Fahrbahnmarkierungen der Fahrbahnspur des eigenen Fahrzeugs 16 erfasst, aufweisen.
Bei der ersten Sensoreinrichtung 20a zur Objektverfolgung handelt es sich um einen Radarsensor und/oder um eine im Infrarotwellenlängenbereich arbeitende Laserscaneinrichtung. Der Erfassungswinkel der Laserscaneinrichtung ist typischerweise größer als 30°, sodass sich auf einer benachbarten Fahrbahnspur befindliche Fremdfahrzeuge noch in einem Abstand von 15 Metern und weniger vom eigenen Fahrzeug 16 erfassen lassen. Um im Falle der Verwendung eines Radarsensors sowohl den Nahbereich als auch den Fernbereich vor bzw. neben dem eigenen Fahrzeug 16 zuverlässig erfassen zu können, sind unterschiedliche Radarfrequenzen erforderlich. So findet zur Erfassung des Nahbereichs eine Radarfrequenz von typischerweise 24 GHz und zur Erfassung des Fernbereichs eine Radarfrequenz von typischerweise 77 GHz Einsatz.
Bei der zweiten Sensoreinrichtung 20b zur Spurverfolgung handelt es sich weiterhin um eine CCD-Kamera und/oder eine im Infrarotwellenlängenbereich arbeitende bildgebende Laserscaneinrichtung. Alternativ oder ergänzend erfolgt die Spurverfolgung auf Basis elektronischer Kartendaten, die von einem im eigenen Fahrzeug 16 angeordneten Satellitengestützen Navigationssystem zur Verfügung gestellt werden.
Die von den Beobachtungsmitteln 20 bereitgestellten Beobachtungsdaten werden anschließend einer Auswerteeinheit 21 zugeführt, die daraufhin die Beobachtungsgrößen und deren Varianzen zur Bestimmung der Spurwechselgröße CV ermittelt .
Zur Durchführung der fahrerunabhängigen Eingriffe in die Antriebsmittel 22 des Fahrzeugs 16 ist eine Antriebsmittelsteuerung 23 vorhanden, mittels derer sich das Antriebsmoment eines als Fahrzeugantrieb vorgesehenen Motors beeinflussen lässt . Weiterhin ist zur Durchführung der fahrerunabhängigen Eingriffe in die Bremsmittel 24a bis 24d des Fahrzeugs 16 eine BremsmittelSteuerung 25 vorhanden, mittels derer ein in den Bremsmitteln 24a bis 24d erzeugtes Bremsmoment beein- flusst werden kann.
Zur Ausgabe des Fahrerhinweises ist ein optischer Signalgeber 30 und/oder ein akustischer Signalgeber 31 und/oder ein hap- tischer Signalgeber 32 vorhanden, wobei es sich bei dem hap- tischen Signalgeber 32 beispielsweise um einen Lenkraddrehmomentgeber handelt, mittels dem sich ein Lenkraddrehmoment in Form einer Vibration an einem im eigenen Fahrzeug 16 angeordneten Lenkrad hervorrufen lässt. Alternativ kann es sich bei dem haptischen Signalgeber 32 auch um einen zur Erzeugung eines Nagelbandratterns vorgesehenen Körperschallerzeuger handeln. In diesem Fall können den beiden Fahrzeugseiten des eigenen Fahrzeugs 16 jeweils separate Körperschallerzeuger zugeordnet sein, sodass sich das Nagelbandrattern an derjenigen Fahrzeugseite erzeugen lässt, an der der Spurwechsel- bzw. Einschervorgang des i-ten beobachteten Fremdfahrzeugs 15 bevorsteht .

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Verfahren zur Erkennung von Spurwechselvorgängen für ein Fahrzeug, bei dem wenigstens eine Beobachtungsgröße ermittelt wird, die das Spurwechselverhalten eines beobachteten Fremdfahrzeugs (15) beschreibt, wobei in Abhängigkeit der wenigstens einen Beobachtungsgröße eine Spur- wechselgrδße (CV) bestimmt wird, die eine Spurwechselabsicht des Fremd ahrzeugs (15) ausgehend von einer dem Fremdfahrzeug (15) zugeordneten Fahrbahnspur charakterisiert .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spurwechselgröße (CV) auf ein Einscheren des Fremdfahrzeugs (15) auf eine dem eigenen Fahrzeug (16) zugeordnete Fahrbahnspur bezieht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurwechselgröße (CV) die Wahrscheinlichkeit für einen bevorstehenden Spurwechsel des Fremdfahrzeugs (15) beschreibt, wobei auf einen bevorstehenden Spurwechsel geschlossen wird, wenn die Wahrscheinlichkeit größer ist als ein charakteristischer Schwellenwert.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer ersten Beobachtungsgröße um eine Spurversatzgröße ( olane ) handelt, die eine Querverschiebung des Fremdfahrzeugs (15) relativ zur Spurmitte seiner Fahrbahnspur beschreibt .
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer zweiten Beobachtungsgröße um eine Spurversatzanderungsgröße (vlat) handelt, die eine Quergeschwindigkeit des Fremdfahrzeugs (15) in orthogonaler Richtung zu einer an den Verlauf seiner Fahrbahnspur angelegten Tangente beschreibt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer dritten Beobachtungsgröße um eine Querversatzbeschleunigungsgröße ( aY/raax ) handelt, die eine aufgrund eines bevorstehenden Spurwechsels maximal auftretende Querbeschleunigung des Fremdfahrzeugs (15) beschreibt .
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer vierten Beobachtungsgröße um eine Spurkrümmungsgröße (vlane) handelt, die eine Krümmung des Verlaufs der Fahrbahnspur des Fremdfahrzeugs (15) beschreibt .
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer fünften Beobachtungsgröße um eine Spurüberschreitungszeitgröße (tχcr) handelt, die diejenige Zeitdauer beschreibt, die voraussichtlich bis zum Ü- berschreiten einer die Fahrbahnspur des Fremdfahrzeugs (15) begrenzenden Fahrbahnmarkierung vergeht.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer sechsten Beobachtungsgrδße um eine Lückenabstandsgröße (xgap), die einen Abstand des Fremdfahrzeugs (15) relativ zu einer zwischen dem eigenen Fahrzeug (16) und einem Führungsfahrzeug (17) befindlichen Fahrzeuglücke beschreibt, und/oder eine Lückenrela- tivgeschwindigkeitsgröße (vgaP/rel), die eine Geschwindigkeit des Fremdfahrzeugs (15) relativ zur Fahrzeuglücke beschreibt, und/oder eine Lückenrelativbeschleunigungs- größe ( agaP(rel ) , die eine Beschleunigung des Fremdfahrzeugs (15) relativ zur Fahrzeuglücke beschreibt, handelt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Spurwechselgröße (CV) die Varianz der wenigstens einen Beobachtungsgröße berücksichtigt wird.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Beobachtungsgröße und/oder deren Varianz unter Verwendung eines Kaiman-Filters ermittelt wird.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Beobachtungsgrößen und/oder deren Varianzen ermittelt werden, wobei diese zur Ermittlung der Spurwechselgröße (CV) mittels eines probabilistischen Netzwerks miteinander verknüpft werden.
13. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines bevorstehenden Spurwechsels fahrerunabhängige Eingriffe in zur Beeinflussung der Längsund/oder Querdynamik des Fahrzeugs (16) vorgesehene Fahrzeugaggregate vorgenommen werden.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass im Falle eines bevorstehenden Spurwechsels ein optischer und/oder akustischer und/oder haptischer Fahrerhinweis an den Fahrer des Fahrzeugs (16) ausgegeben wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verwendung in Verbindung mit einem im Fahrzeug (16) angeordneten Längs- und/oder QueregelSystemsystem.
16. Vorrichtung zur Erkennung von Spurwechselvorgängen für ein Fahrzeug, mit Beobachtungsmitteln (20) zur Beobachtung eines Fremdfahrzeugs (15) , die zur Ermittlung wenigstens einer das Spurwechselverhalten des beobachteten Fremdfahrzeugs (15) beschreibenden Beobachtungsgrδße vorgesehen sind, wobei eine Auswerteeinheit (21) in Abhängigkeit der wenigstens einen Beobachtungsgrδße eine Spurwechselgröße (CV) bestimmt, die eine Spurwechselabsicht des Fremdfahrzeugs (15) ausgehend von einer dem Fremdfahrzeug (15) zugeordneten Fahrbahnspur charakterisiert.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtungsmittel (20) eine erste Sensoreinrichtung (20a) zur Objektverfolgung und eine zweite Sensoreinrichtung (20b) zur Spurverfolgung umfassen.
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