DE10308256A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines in einem Fahrzeug befindlichen verkehrsadaptiven Assistenzsystems - Google Patents

Verfahren zur Ansteuerung eines in einem Fahrzeug befindlichen verkehrsadaptiven Assistenzsystems Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines in einem Fahrzeug befindlichen verkehrsadaptiven Assistenzsystems mit geschwindigkeits- und/oder abstandsbezogenen Größen des Fahrzeugs und eines vorausfahrenden Fahrzeugs, wobei das Assistenzsystem unter Verwendung dieser Größen eine Beschleunigung oder eine Verzögerung des Fahrzeugs bewirkt. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird dann, wenn der Ist-Zeitabstand (Ist-Zeitlücke) und/oder der Ist-Abstand (Ist-Distanz) des Fahrzeugs zum vorausfahrenden Fahrzeug größer als ein vorgebbarer jeweiliger unterer und kleiner als ein vorgebbarer jeweiliger oberer Grenzwert ist, das Assistenzsystem unter Ausschluss eines Ziel-Zeitabstandes angesteuert. DOLLAR A Verwendung z. B. für Kraftfahrzeuge.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines in einem Fahrzeug befindlichen verkehrsadaptiven Assistenzsystems mit geschwindigkeits- und / oder abstandsbezogenen Größen des Fahrzeugs und eines vorausfahrenden Fahrzeugs. Dabei beschleunigt und / oder verzögert das Assistenzsystem das Fahrzeug unter Verwendung dieser Größen.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 10019190 A1 bekannt. Hier wird der Wert der Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs durch das verkehrsadaptive Assistenzsystem durch eine untere und / oder eine obere Schranke begrenzt.
  • In der EP 0443644 A1 wird vorgeschlagen, ein verkehrsadaptives Assistenzsystem unter Verwendung einer Zieldistanz anzusteuern.
  • Die EP 1063626 A1 offenbart, ein verkehrsadaptives Assistenzsystem mit einzelnen unterschiedlichen Zeitabständen zu einem vorausfahrenden Fahrzeug bzw. einzelnen unterschiedlichen Distanzen zu einem vorausfahrenden Fahrzeug anzusteuern.
  • In der EP 1225079 A2 wird ein verkehrsadaptives Assistenzsystem mit einer Zieldistanz des Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug angesteuert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung eines verkehrsadaptiven Assistenzsystems vorzuschlagen, das flexibel ist, ein den Eigenschaften realer Fahrzeugführer nachempfundenes Verhalten aufweist und zusätzlich gute Reaktionszeiten des verkehrsadaptiven Assistenzsystems ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 2. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
  • Der Hauptgedanke der Erfindung besteht darin, dass dann, wenn der Ist-Zeitabstand (d.h. die Ist-Zeitlücke) und / oder der Ist-Abstand (d.h. die Ist-Distanz) des Fahrzeugs zum vorausfahrenden Fahrzeug größer als ein vorgebbarer jeweiliger unterer und kleiner als ein vorgebbarer jeweiliger oberer Grenzwert ist, das verkehrsadaptive Assistenzsystem unter Ausschluss eines Ziel-Zeitabstandes angesteuert wird.
  • Durch die Erfindung wird bei der Ansteuerung des verkehrsadaptiven Assistenzsystems die herrschende Verkehrssituation und die Fahrthistorie des Fahrzeugs (z.B. das Fahrverhalten in den letzten 10 Minuten) quasi "automatisch" berücksichtigt. Denn wenn der Ist-Zeitabstand bzw. die Ist-Distanz des Fahrzeugs zum vorausfahrenden Fahrzeug größer als der vorgebbare untere und kleiner als der vorgebbare obere Grenzwert ist, wird kein Ziel-Zeitabstand bzw. keine Ziel-Distanz zur Ansteuerung des verkehrsadaptiven Assistenzsystems verwendet. Es ergibt sich eine besonders flexible Ansteuerung des verkehrsadaptiven Assistenzsystems, indem auf die Verwendung eines Ziel-Zeitabstandes bzw. einer Ziel-Distanz verzichtet wird, wenn der Ist-Zeitabstand bzw. die Ist-Distanz des Fahrzeugs zum vorausfahrenden Fahrzeug sich innerhalb der vorgebbaren Grenzwerte befindet. Dabei ist alternativ entweder nur ein Ist-Zeitabstand oder nur eine Ist-Distanz oder eine Kombination von beiden vorgesehen, wobei auch eine situationsabhängige Auswahl im Fahrzeug vorgesehen sein kann.
  • Während bei den im Stand der Technik dargelegten Verfahren zur Ansteuerung von verkehrsadaptiven Assistenzsystemen bei den "Auswirkungen" der Ansteuerung angesetzt wird – beispielsweise indem eine vom verkehrsadaptiven Assistenzsystem bestimmte Beschleunigung begrenzt wird – setzt die Erfindung früher an. Die Erfindung greift bei den "Ursachen" ein, indem sie direkt die zur Ansteuerung des verkehrsadaptiven Assistenzsystems vorgesehenen Größen selektiert. Mit anderen Worten wird es beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich, einen zusätzlichen "Freiheitsgrad" einzuführen dadurch, dass der Ziel-Zeitabstand bzw. die Ziel-Distanz zwischen Fahrzeug und vorausfahrendem Fahrzeug nicht zur Ansteuerung verwendet wird. Somit wird beispielsweise der herrschenden Verkehrssituation dadurch Rechnung getragen, dass nach Abschluss des Beschleunigungs- bzw. des Verzögerungsvorgangs des Fahrzeugs durch das verkehrsadaptive Assistenzsystem (d.h. beim Vorliegen einer Differenzgeschwindigkeit von näherungsweise Null zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug) der dann bestehende Zeitabstand bzw. die dann bestehende Distanz zwischen den beiden Fahrzeugen nicht vorbestimmt ist.
  • Bei den im Stand der Technik dargelegten Verfahren zur Ansteuerung von verkehrsadaptiven Assistenzsystemen sind stets feste bzw. nach fest vorgegebenen Zusammenhängen bestimmte Zeitabstände bzw. Distanzen vorgesehen. Dagegen ist ein erfindungsgemäß als Ergebnis eines Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorganges des Fahrzeugs erreichter Zeitabstand bzw. Distanz die Folge einer jeweiligen Verkehrssituation und / oder einer jeweiligen Fahrzeughistorie. Dies zeigt eindrucksvoll das den Eigenschaften realer Fahrzeugführer nachempfundene Verhalten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Denn während erfindungsgemäß der Zeitabstand bzw. die Distanz jeden beliebigen Wert aus dem Intervall zwischen dem vorgebbaren unteren und dem vorgebbaren oberen Grenzwert annehmen kann (d.h. Auswahl aus unendlich vielen Werten), sind dies bei den im Stand der Technik dargelegten Verfahren nur ein einziger bzw. einige wenige diskrete Werte.
  • Eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn der untere Grenzwert und / oder der obere Grenzwert als eine jeweilige Konstante ausgeführt sind. Damit sind durchzuführende Berechnungen besonders schnell und nachvollziehbar durchführbar.
  • Noch flexibler anwendbar wird die Erfindung, wenn einer oder beide Grenzwerte abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und / oder der Geschwindigkeit eines weiteren Fahrzeuges, beispielsweise des vorausfahrenden Fahrzeuges, vorgebbar sind. Dies ermöglicht eine Berücksichtigung der jeweiligen Verkehrssituation.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der untere und / oder der obere Grenzwert abhängig von der Art der an der Position des Fahrzeugs herrschenden Verkehrszustandsphase vorgebbar ist. Verkehrszustandsphasen kennzeichnen auf besonders einfache Weise den herrschenden Verkehrszustand. Eine Verkehrszustandsphase ist beispielsweise der gestauchte synchronisierte Verkehr. Diese Verkehrszustandsphasen werden in der Drei-Phasen-Theorie des Verkehrs näher erläutert, siehe z.B. B. S. Kerner, Phys. Rev. E Vol. 65, 046138, 2002.
  • Eine besonders große Flexibilität der Erfindung wird erreicht, wenn der untere Grenzwert und / oder der obere Grenzwert abhängig von der zeitlich-räumlichen Verteilung des Verkehrs in einer Umgebung des Fahrzeugs vorgebbar ist. Eine zeitliche Verteilung ist z.B. eine prognostizierte (zeitliche) Entwicklung des Verkehrs, eine räumliche Verteilung ist z.B. eine (räumliche) Änderung, d.h. ein Gradient, der Geschwindigkeit und / oder der Verkehrsdichte vor dem Fahrzeug. Die Umgebung des Fahrzeugs erstreckt sich z.B. über einen Bereich von 300 bis 500 Metern. Eine kleinere Umgebung kann e benfalls vorgesehen sein. Die Umgebung umfasst dabei neben der Fahrspur, auf der sich das Fahrzeug befindet, auch Nebenfahrspuren.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform verwendet nur die Differenzgeschwindigkeit der Fahrzeuge zur Ansteuerung des verkehrsadaptiven Assistenzsystems. Hiermit wird eine effiziente und gleichzeitig besonders einfach und rechentechnisch leicht zu handhabende Ansteuerung sichergestellt.
  • Wenn der Ist-Zeitabstand bzw. die Ist-Distanz des Fahrzeugs zum vorausfahrenden Fahrzeug kleiner als der jeweilige vorgebbare untere Grenzwert ist, wird das verkehrsadaptive Assistenzsystem das Fahrzeug vorzugsweise verzögern. Wenn der Ist-Zeitabstand bzw. die Ist-Differenz des Fahrzeugs zum vorausfahrenden Fahrzeug größer als der jeweilige vorgebbare obere Grenzwert ist, wird das verkehrsadaptive Assistenzsystem das Fahrzeug vorzugsweise beschleunigen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das verkehrsadaptive Assistenzsystem zusätzlich mit dem Abstand zu wenigstens einem weiteren Fahrzeug angesteuert. Dieses weitere Fahrzeug kann beispielsweise ein Fahrzeug sein, welches sich auf einer der Fahrspur des Fahrzeuges benachbarten Fahrspur neben dem Fahrzeug befindet.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das verkehrsadaptive Assistenzsystem zusätzlich mit der Geschwindigkeit von wenigstens einem weiteren Fahrzeug angesteuert. Dies kann beispielsweise die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges sein, welches sich auf einer der Fahrspur des Fahrzeuges benachbarten Fahrspur neben dem Fahrzeug befindet.
  • Die Erfindung ist vorzugsweise als Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln realisiert, wobei eine jeweilige Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird, wenn das jeweilige Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
  • Eine weitere bevorzugte Realisierungsform der Erfindung stellt ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln dar, wobei die Programmcode-Mittel die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um eine jeweilige Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das jeweilige Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 schematisch ein Fahrzeug umfassend ein verkehrsadaptives Assistenzsystem, und ein vorausfahrendes Fahrzeug,
  • 2 beispielhaft ein Fundamentaldiagramm eines verkehrsadaptiven Fahrzeugassistenzsystems aus dem Stand der Technik,
  • 3 eine schematische Darstellung der zweidimensionalen Fläche der räumlich homogenen und zeitlich unabhängigen Lösungen nach der Drei-Phasen-Theorie des Verkehrs,
  • 4 beispielhaft eine erfindungsgemäße Verwendung der Drei-Phasen-Theorie für ein verkehrsadaptives Assistenzsystem.
  • 1 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einem verkehrsadaptiven Assistenzsystem ACC (Automatic Cruise Control) zum Zeitpunkt n. Das Fahrzeug 1 fährt mit der Geschwindigkeit vn. Weiterhin dargestellt ist ein Fahrzeug 2, das mit der Geschwindigkeit vl,n fährt. Die beiden Fahrzeuge 1, 2 weisen zum Zeitpunkt n einen aktuellen Abstand von dxn-d (dabei entspricht d der Fahrzeuglänge) und einen Zeitabstand von Φ auf. Dabei kann Φ von der Fahrzeuggeschwindigkeit vn und / oder der Geschwindigkeit anderer Fahrzeuge abhängig sein.
  • Das verkehrsadaptive Assistenzsystem ACC wird unter Verwendung der beschriebenen Größen angesteuert. Es bestimmt zum Zeitpunkt n eine Beschleunigung bzw. Verzögerung (negative Beschleunigung) an für das Fahrzeug 1. Damit ergibt sich: an = f(K1((dxn – d) – Φ ·vn) · K2 ( vl,n – vn)). (1)
  • Falls vn = vl,n = vn(0) (2) und (dxn – d) = Φ · vn (0) = Φ(0) · vn (0) (3)gilt, so ist an = 0 (d.h. keine Beschleunigung oder Verzögerung von Fahrzeug 1 durch das verkehrsadaptive Assistenzsystem ACC). Zudem wird ein – als eine Konstante oder als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit (Fahrzeuggeschwindigkeiten) angebbarer – Zeitabstand gefahren: Φ(0) = (dxn – d) / vn (0 . (4)
  • Dies ergibt bei verschiedenen Verkehrsdichten (die Verkehrsdichte p entspricht dem reziproken Fahrzeugabstand, ρ=1/dxn ) und Geschwindigkeiten vn (0) ein bekanntes Fundamentaldiagramm q(ρ), siehe 2.
  • 2 zeigt ein bekanntes Fundamentaldiagramm q(ρ) eines verkehrsadaptiven Assistenzsystems aus dem Stand der Technik. Bei einem derartigen Fundamentaldiagramm wird über der auf der Abszisse aufgetragenen Verkehrsdichte q auf der Ordinate der Verkehrsfluss ρ aufgetragen. Dabei wird unter Verwendung der Formel (4) der Verkehrsfluss abhängig von der Verkehrsdichte bestimmt, wobei der Verkehrsfluss q definiert ist zu q = p ·vn (0) .
  • In 2 ist eine derart bestimmte Linie F eingezeichnet, entsprechend dem freien Verkehr. Weiterhin ist eine Linie ACC eingezeichnet, entsprechend der Einstellung durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes, verkehrsadaptives Assistenzsystem. Anders ausgedrückt sind in 2 alle durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes verkehrsadaptives Assistenzsystem selektierbaren Wertepaare aus Verkehrsdichte und Verkehrsfluss aufgetragen.
  • Für 3 wird Bezug genommen auf die Drei-Phasen-Theorie des Verkehrs, siehe z.B. B. S. Kerner, Phys. Rev. E Vol. 65, 046138, 2002. In dieser Theorie gibt es kein Fundamentaldiagramm (wie das in 2 beispielhaft dargestellte), sondern es existiert eine zweidimensionale Fläche der räumlich homogene und zeitlich unabhängigen Lösungen als Wertepaare aus Verkehrsdichte und Verkehrsfluss. Dies ist in 3 dargestellt. In 3 ist wiederum auf der Abszisse die Verkehrsdichte p aufgetragen und auf der Ordinate der Verkehrsfluss q. Zu erkennen ist eine Kurve F', die dem freien Verkehr entspricht. Weiterhin ist aus 3 ein Bereich S synchronisierten Verkehrs abzulesen, hier schraffiert dargestellt, und eine Linie J gestauten Verkehrs.
  • Die in 3 dargestellte zweidimensionale Fläche der räumlich homogene und zeitlich unabhängigen Lösungen wurde theoretisch vorhergesagt und experimentell bestätigt. Somit wird das aus den Eigenschaften realer Fahrzeugführer resultierende Verhalten nachgebildet. Wie jedoch aus 2 abzulesen ist, zeigen die aus dem Stand der Technik bekannten verkehrsadaptiven Assistenzsysteme dieses Verhalten prinzipiell nicht. Hieraus resultieren Probleme bei der Ansteuerung verkehrsadaptiver Assistenzsysteme. Ein Problem ist beispielsweise eine fehlende "Dämpfung" solcher Systeme, wenn mehrere mit verkehrsadaptiven Assistenzsystemen ausgerüstete Fahrzeuge hintereinander fahren. Dies kann zu unkontrolliertem Verhalten einzelner Fahrzeuge führen. Hier greift nun die vorliegende Erfindung ein und löst solche Probleme, erfindungsgemäß durch Implementierung der Drei-Phasen-Theorie des Verkehrs in ein Verfahren zur Ansteuerung eines verkehrsadaptiven Assistenzsystems.
  • In 4 sind die Auswirkungen eines erfindungsgemäß angesteuerten verkehrsadaptiven Assistenzsystems für den Fall dargestellt, dass der untere Grenzwert als eine erste Konstante und der obere Grenzwert als eine zweite Konstante vor gegeben ist. Dabei ist eine Linie U entsprechend dem oberen Grenzwert, eine Linie L entsprechend dem unteren Grenzwert und eine Linie F freien Verkehrs dargestellt. Auch dieses Darstellung ist wiederum analog zu 2 interpretierbar, nämlich als alle durch ein erfindungsgemäß angesteuertes verkehrsadaptives Assistenzsystem selektierbaren Wertepaare aus Verkehrsdichte und Verkehrsfluss. Beachtlich ist hier, im Gegensatz zu 2, die hervorragende Übereinstimmung mit den theoretisch vorhergesagten, experimentell bestätigten und in 3 dargelegten realen Gegebenheiten. Die erfindungsgemäße Ansteuerung eines verkehrsadaptiven Assistenzsystems ermöglicht eine verblüffende Ähnlichkeit zu dem aus den Eigenschaften realer Fahrzeugführer resultierenden Verhalten.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Ansteuerung eines in einem Fahrzeug befindlichen verkehrsadaptiven Assistenzsystems mit geschwindigkeits- und / oder abstandsbezogenen Größen des Fahrzeugs und eines vorausfahrenden Fahrzeugs, wobei das Assistenzsystem unter Verwendung dieser Größen eine Beschleunigung oder eine Verzögerung des Fahrzeugs bewirkt, dadurch gekennzeichnet , dass dann, wenn der Ist-Zeitabstand (Ist-Zeitlücke) und / oder der Ist-Abstand (Ist-Distanz) des Fahrzeugs zum vorausfahrenden Fahrzeug größer als ein vorgebbarer jeweiliger unterer und kleiner als ein vorgebbarer jeweiliger oberer Grenzwert ist, das Assistenzsystem unter Ausschluss eines Ziel-Zeitabstandes angesteuert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Grenzwert als eine erste Konstante und / oder der obere Grenzwert als eine zweite Konstante vorgebbar ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Grenzwert abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und / oder der Geschwindigkeit wenigstens eines weiteren Fahrzeugs vorgebbar ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Grenzwert abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und / oder der Geschwindigkeit wenigstens eines weiteren Fahrzeugs vorgebbar ist.
  5. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der untere und/ oder der obere Grenzwert abhängig von der Art der an der Position des Fahrzeugs herrschenden Verkehrszustandsphase vorgebbar ist.
  6. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der untere und/ oder der obere Grenzwert abhängig von der zeitlich-räumlichen Verteilung des Verkehrs in einer Umgebung des Fahrzeugs vorgebbar ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Assistenzsystem nur unter Verwendung der Differenzgeschwindigkeit der Fahrzeuge angesteuert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Ist- Zeitlücke bzw. die Ist-Distanz des Fahrzeugs zum vorausfahrenden Fahrzeug kleiner als der jeweilige untere Grenzwert ist das Assistenzsystem das Fahrzeug verzögert.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Ist- Zeitlücke bzw. die Ist-Distanz des Fahrzeugs zum vorausfahrenden Fahrzeug größer als der jeweilige obere Grenzwert ist das Assistenzsystem das Fahrzeug beschleunigt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Assistenzsystem zusätzlich mit dem Abstand zu wenigstens einem weiteren Fahrzeug angesteuert wird.
  11. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Assistenzsystem zusätzlich mit der Geschwindigkeit von wenigstens einem weiteren Fahrzeug angesteuert wird.
  12. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
  13. Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.
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