Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Kollisionsvermeidung für automatisch führbare Fahrzeuge.

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2. Anwendungsgebiet

-^ _Q Die Erfindung betrifft die Erkennung von Kollisionsgefahren für Fahrzeuge, basierend auf sensorisch ermittelten Daten über das Fahrzeug, andere Verkehrsteilnehmer, Hin¬ dernisse und Umweltbedingungen sowie die Berechnung kollisionsfreier Sollbahnen in Echtzeit für eine automatische Fahrzeugführung.

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3. Zweck

In kritischen Verkehrssituationen, in denen der Führer eines Kraftfahrzeuges nicht schnell genug und situationsgerecht auf Gefährdungen durch Hindernisse oder andere

20 Verkehrsteilnehmer reagieren kann, leitet die automatische Kollisionsvermeidung Not¬ fallfahrmanöver ein und gibt der Fahrzeugregelung eine situationsabhängige in Echtzeit berechnete kollisionsfreie Sollbahn vor.

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4. Stand der Technik

In Zusammenarbeit zwischen Martin Marietta Denver Aerospace und der Carnegie Mellon University ist in den letzten Jahren in den USA im Rahmen des Autonomous 0 Land Vehicle (ALV) Programms der Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) erfolgreich an der Entwicklung autonomer Landfahrzeuge gearbeitet worden. Es existieren Testfahrzeuge, die in der Lage sind, selbständig in einem Testgelände zu navigieren und Hindernisse zu erkennen und in ihrer Position zu bestimmen. Hierzu werden die Daten eines Sensors ausgewertet, der am Fahrzeug angebracht ist und die 5 Szene vor dem Fahrzeug mittels eines Lasers abtastet (SPIE Vol. 727 Mobile Robots, 1986; S. 110 - 115; S. 261 - 266).

1 An der Universität der Bundeswehr München ist ein automatisch geführtes Fahrzeug entwickelt worden, das mit Geschwindigkeiten bis zu 100 km/h selbständig in einer autobahnähnlichen Umgebung, d. h. ohne Gegenverkehr und Kreuzungen, fährt. Die Algorithmen zur Fahrzeugführung basieren auf der Bestimmung der Kurvenkrümmung

5 als charakterisierender Größe für den Fahrbahnverlauf. Die Kurvenkrümmung wird aus den Bildern verschiedener am Fahrzeug angebrachter Kameras, die die Gesamtszene vor dem Fahrzeug und einzelne Ausschnitte der Szene im Verlauf der Fahrbahnbegren¬ zung beobachten (SPIE Vol. 727 Mobile Robots, 1986; S. 161 - 168), ermittelt.

o Der augenblickliche Stand der Technik erlaubt es, den Verlauf der Fahrbahn (Sollkurs¬ winkel für das Fahrzeug, Krümmungsradius in Kurven) und die Position des Fahrzeu¬ ges auf der Fahrbahn sensorisch zu ermitteln und das Fahrzeug automatisch auf seinem Soll urs zu führen. Darüber hinaus ist es möglich, Flindernisse im interessanten Ver¬ kehrsraum zu erkennen und aus der Positionsänderung die Geschwindigkeit und den 5 Kurswinkel sowie die Beschleunigung und den Krümmungswinkel der Hindernisbahn zu bestimmen.

Die bekannten Verfahren zur automatischen Fahrzeugführung erlauben es bisher aber nicht, über die Hinderniserkennung hinaus in kritischen Verkehrssituationen zur Ver- 0 meidung von Kollisionen in Echtzeit kollisionsfreie Sollbahnen für die Fahrzeugführung vorzugeben und damit einem Hindernis auszuweichen und es zu passieren. In die be¬ kannten Verfahren gehen bei Notfallmanövern auch nicht die physikalisch oder fahr- zeugseitig bedingten Begrenzungen für Beschleunigungen und Bremsmanöver oder der begrenzte Raum für Ausweichmanöver quer zur Kursrichtung ein. 5

5. Aufgaben

0 Durch die Entwicklung der Sensortechnik ist es möglich, die Positionen, Geschwindig¬ keiten und Kurswinkel von Hindernissen und Verkehrsteilnehmern im interessanten Verkehrsraum mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu bestimmen. Der Erfin¬ dung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Auswertung der Sensorinformationen Kollisionsgefahren zu erkennen und gegebenenfalls mittels einer in Echtzeit arbeitenden 5 Einrichtung zur Kollisionsvermeidung unter Berücksichtigung vorgegebener Beschränkungen Ausweichbahnen zu bestimmen und der Regelung für die automatische Fahrzeugführung entsprechende Sollwerte vorzugeben.

1 6. Lösung

Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens entsprechend den im Anspruch 1 und be¬ züglich der Vorrichtung entsprechend den im Anspruch 14 bzw. 22 angegebenen Merk- 5 malen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erzielte Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die automatische Kollisionsver¬ meidung in der Lage ist, schnell, d.h. ohne Schrecksekunde, kritische Verkehrssituatio-

10 nen zu erkennen und bei Kollisionsgefahr ohne Verzögerung in Echtzeit situationsge¬ rechte Ausweichmanöver einleitet. Damit ist es möglich, in Situationen, in denen der Führer eines Fahrzeuges nicht mehr rechtzeitig und richtig reagieren kann, durch auto¬ matische Fahrmanöver Unfälle zu vermeiden und die Sicherheit im Straßenverkehr zu erhöhen. Darüber hinaus werden bei der Einleitung von Kollisionsvermeidungsmanö-

15 vern vorgegebene Beschränkungen, wie z. B. die begrenzte Fahrbahnbreite und die maximale Beschleunigung und Verzögerung des Fahrzeugs berücksichtigt.

. Es wird nochmals angemerkt, daß die gesamte Schaltungsanordnnung in Digital— oder Analogtechnik ausgeführt sein kann. Ebenso möglich ist eine fest verdrahtete Vorrich- 20 tung, wobei aber genauso das gesamte Verfahren und die Vorrichtung unter Verwen¬ dung eines Mikroprozessors mit nur entsprechend einem Softwareprogramm aktuell hergestellten Rechen-, Steuer— bzw. Schaltzuständen eine entsprechende funktioneile Steuerung durchgeführt werden kann.

5 Die Erfindung wird in den Abschnitten 6.1 bis 6.6 beschrieben und an Ausführungsbei¬ spielen dargestellt.

Zur weiteren Erläuterung sind die folgenden Figuren beigefügt:

» 30

Figur 1: Schematischer Aufbau eines automatisch führbaren Fahrzeugs mit Kolli- sionsvermeidungsvorrichtung

Figur 2: Gesamtstruktur der Fahrzeugführung

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Figur 3: Einrichtung B zur Bestimmung der Fahrzeugsollbeschleunigung a-p

Figur 4: Block 1 zur Ermittlung der Kollisionsparameter bei geradenförmiger B ahnabschätzung

Figur 5: Block 1.1 (Bestandteil des Blocks 1)

Figur 6: Block 1.2 (Bestandteil des Blocks 1)

Figur 7: Block 1.3 (Bestandteil des Blocks 1)

Figur 8: Block 1.4 (Bestandteil des Blocks 1)

Figur 9: Block 1.5 (Bestandteil des Blocks 1)

Figur 10: Block 1.6 (Bestandteil des Blocks 1)

Figur 11: Block 1.7 (Bestandteil des Blocks 1)

Figur 12: Bahnabschätzung für die Kollisionsparameterbestimmung

Figur 13: Einrichtung KP zur Kollisionsparameterbestimmung

Figur 14: Einrichtung KE zur Kollisionserkennung

Figur 15: Einrichtung S zur dynamischen Festlegung des Mindestabstandes

Figur 16: Sonderfall der Kollisionsvermeidung durch Bremsmanöver

Figur 17: Einrichtung KVl zur Kollisions ermeidung durch Brems— oder Beschleu¬ nigungsmanöver

Figur 18: Block 1.8 (Bestandteil des Blocks KVl)

Figur 19: Bestimmung der Positionsquerverschiebung für seitliche Ausweichmanö¬ ver

Figur 20: Einrichtung KV2 zur Kollisionsvermeidung durch seitliche Ausweichma¬ növer

l Figur 21: Block 2.1 (Bestandteil der Einrichtung KV2)

Figur 22: Block 2.2 (Bestandteil der Einrichtung KV2)

5 Block 23: Block 2.3 (Bestandteil der Einrichtung KV2)

Figur 24: Einrichtung R zur Rückführung der Sollbahn nach einem seitlichen Aus¬ weichmanöver

0 Figur 25: Einrichtung KV3 zur Kollisionsvermeidung durch Folgen

Figur 26: Anwendungsbeispiel 1

Figur 27: Einrichtung KV— AUS zur Sollgrößenfest legung 5

Figur 28: Einrichtung KV4 für eine vereinfachte Kollisionsvermeidung

Figur 29: Einrichtung R4 zur Rückführung der Sollbahn nach einem Ausweichma¬ növer mittels der Einrichtung KV4 0

Figur 30: Anwendungsbeispiel 2

Figur 31: Einrichtung KV4-AUS zur Sollgrößenfestlegung

5

6.1 Kollisionsvermeidung für automatisch führbare Fahrzeuge

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur automatischen Kollisions- _Q Vermeidung in Echtzeit für automatisch führbare Fahrzeuge gelöst. Dies erfolgt da¬ durch, daß aktuelle Daten über die Sollposition, den Sollkurswinkel, die Sollgeschwin¬ digkeit, die Sollbeschleunigung und den ^' Krümmungsradius der Sollbahn des Fahrzeugs sowie über die Position, den Kurswinkel, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und den Krümmungsradius der Bahn eines Hindernisses durch am Fahrzeug angebrachte ₅ Sensoren ermittelt werden und/oder ganz oder teilweise durch eine externe Einrichtung mittels Datenübertragung zum Fahrzeug übermittelt werden und/oder ganz oder teil¬ weise aus der zeitlichen Änderung der FahrzeugsoUposition und der Hindernisposition

bestimmt werden. Ferner ist vorgesehen, daß die Kollisionsvermeidungsvorrichtung anhand der vorgegebenen Daten die Bahn des Hindernisses und die Sollbahn des Fahr¬ zeugs vorausschauend abschätzt, den Zeitpunkt der engsten Annäherung zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis sowie mindestens den Abstand der engsten Annäherung, gegebenenfalls zusätzlich den Winkel der engsten Annäherung, auf den abgeschätzten Bahnen bestimmt, anhand der noch verbleibenden Zeit bis zur engsten Annäherung und des Abstandes der engsten Annäherung eine eventuelle Kollisionsgefahr feststellt und gegebenenfalls die Sollposition und den Sollkurswinkel oder die Sollgeschwindigkeit und die Sollbeschleunigung dahingehend verändert, daß das Fahrzeug das Hindernis unter Einhaltung eines Mmdestabstandes passiert oder ihm folgt. Schließlich wirken die ursprünglichen oder die im Fall einer Kollisionsgefahr veränderten Sollbahndaten durch eine Einrichtung zur Fahrzeugregelung auf Stellglieder für die Lenkung und/oder den Antrieb und die Bremsanlage des Fahrzeugs.

6.1.1 Aufbau und Gesamtstruktur der Fahrzeugführung

Der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabenstellung liegt ein hierarchisch strukturier¬ tes Konzept der Fahrzeugführung zugrunde.

Ein am Fahrzeug angebrachtes Multisensorsystem beobachtet den Verkehrsraum vor dem Fahrzeug (Fig. 1). Aus den Sensordaten und vo Fahrer vorgegebenen Daten, z. B. über eine Sollgeschwindigkeit oder einen Sollkurswinkel, werden Sollgrößen für die Position (xp, y-p), die Geschwindigkeit Vp und den Kurswinkel z p des Fahrzeuges so¬ wie der Krümmungsradius des Fahrbahnverlaufes rp bestimmt. Mittels Datenübertra¬ gung können diese Daten auch an andere Verkehrsteilnehmer weitergegeben werden.

Die Sollwertvorgabe bildet die obere Ebene der hierarchischen Struktur der Fahrzeug¬ führung (Fig. 2). Die Ebene der Sollwertvorgabe übergibt die Sollgrößen Xp, yp, Vp, z/p und rp an die darunterliegende Ebene der Kollisionsvermeidung. Aufgabe der Ebene der Kollisionsvermeidung ist es, vorausschauend anhand noch näher zu erläuternder Verfahren die vorgegebenen Sollwerte daraufhin zu überprüfen, ob Kollisionsgefahr mit Hindernissen oder anderen Verkehrsteilnehmern besteht und nötigenfalls neue Sollwerte für ein Fahrmanöver zur Vermeidung einer Kollision zu bestimmen. Hierbei werden

andere Verkehrsteilnehmer im Sinne der Kollisionsvermeidungsstrategie auch als Hin¬ dernisse betrachtet.

Das bordeigene Multisensorsystem erkennt Hindernisse und andere Verkehrsteilnehmer in der Umgebung des Fahrzeugs.Die Position (xp-, yp eines Hindernisses, dessen Ge- schwindigkeit V r, Kurswinkel z rj, Beschleunigung a _H und Bahnkrümmungsradius ΓTT werden ermittelt oder aus der zeitlichen Positionsänderung bestimmt und der Kollisi- onsvermeidungsvorrichtung übergeben. Die Krümmungsradien der Hindernisbahn und der Fahrzeugsollbahn werden in Linkskurven positiv und in Rechtskurven negativ ge¬ rechnet. Durch Datenübertragung zwischen verschiedenen Verkehrsteilnehmern und möglichen zentralen Einrichtungen können ferner sensorisch nicht .oder nur ungenau erfaßbare Daten ausgetauscht. Wenn die Kollisionsvermeidungsvorrichtung anhand der Daten über das eigene Fahrzeug und über andere Verkehrsteilnehmer bzw. Hindernisse keine Kollisionsgefahr feststellt, werden die Sollwerte der Sollbahnvorgabe direkt . auf die Ebene der Fahrzeugregelung durchgeschaltet. Im Falle einer Kollisionsgefahr werden die neu berechneten kollisionsfreien Sollwerte weitergegeben.

Auf der Ebene der Fahrzeugregelung werden mit Hilfe geeigneter Regelungsverfahren die Stellgrößen (Beschleunigungs- bzw. Bremskräfte, Lenkwinkel) bestimmt, die auf die Fahrzeugdynamik wirken. Insoweit wird auch auf die vom gleichen Anmelder am gleichen Tag eingereichte Patentanmeldung mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Führung der Längs- und Querbewegungen von Fahrzeugen" verwie¬ sen, deren Offenbarungsgehalt in vollem Umfange und ohne jede Beschränkung aus¬ drücklich zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.

6.1.2 Verfahren und Einrichtung KP zur Kollisioπspararneterbestirnmung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kollisionsvermeidung beinhaltet eine Abschät¬ zung des zu erwartenden künftigen Verlaufes der Sollbahn des Fahrzeuges und der Bahn des Hindernisses anhand aktueller Daten über die Sollbahn des Fahrzeuges und die Bahn des Hindernisses. Aus der Abschätzung der Bahnverläufe ermittelt eine Vor¬ richtung zur Kollisionsparameterbestimmung die drei Kollisionsparameter Kollisionsab- stand r- _j -, Kollisionswinkel ψγ- und Kollisionszeit t^-. Die Kollisionszeit t - gibt die noch verbleibende Zeitspanne t-^ bis zur erwarteten engsten Annäherung des Fahrzeu¬ ges und des Hindernisses an. Zum Zeitpunkt der engsten Annäherung befinden sich das

Fahrzeug und das Hindernis im Kollisionsabstand r^- und im Kollisionswinkel φ- - zu¬ einander. Der Kollisionswinkel ψγ- bezieht sich auf ein ortsfestes Koordinatensystem.

Mit Hilfe der Kollisionsparameter tγ- und r^ wird eine Kollisionsgefahr erkannt (Ab- schnitt 6.1.3). Darüber hinaus gehen die Kollisionsparameter auch in die Sollwertbe- stimmung für Kollisionsvermeidungsmanöver ein.

Die Kollisionsparameter werden während der Fahrt ständig auf Basis der aktuellen Sensordaten über die Sollbahn des Fahrzeuges und die Bahn des Hindernisses nach dem im folgenden beschriebenen Verfahren neu bestimmt.

Zur Erläuterung des Verfahrens wird zunächst angenommen, daß die Kurswinkel bis zur engsten Annäherung konstant sind. Die zukünftigen Verläufe der Fahrzeugsollbahn und der Hindernisbahn werden geradenförmig abgeschätzt. Die Kollisionsvermeidungs- Vorrichtung erhält aus der Ebene der Sollbahnvorgabe die Sollwerte für die Position (xp, Yp), die Geschwindigkeit Vp und den Kurswinkel z p des Fahrzeuges sowie durch die sensorische Hinderniserkennung die Position ( ^, ypr), die Geschwindigkeit V r, die Beschleunigung a und den Kurswinkel v- r des Hindernisses (Fig. 2). Die Krümmungs¬ radien τ-p und τ-r_r bleiben bei den geradenförmigen Bahnabschätzungen unberücksich- tigt. Alle Eingangssignale der KoUisions Vermeidungseinrichtung werden in zeitlichen Abständen Δt durch Sample & Hold-Glieder abgetastet und für die weitere Signal Ver¬ arbeitung über einen Zeitschritt Δt konstant gehalten.

Für die Bestimmung der Kollisionsparameter wird zusätzlich die Sollbeschleunigung ap benötigt, die mit Hilfe der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung B ermittelt wird oder auch als zusätzliche Eingangsgröße aus der Ebene der Sollbahnvorgabe vorgegeben wird. Eingangsgrößen der Vorrichtung B sind die Sollgeschwindigkeit Vp aus der Ebene der Sollwertvorgabe und die Sollgeschwindigkeit v^-y, die als Ausgangsgröße der Kol¬ lisionsvermeidung an die Ebene der Regelung weitergegeben wird, v-^-y wird vom Aus- gang der KoUisions Vermeidungseinrichtung auf den Eingang der Vorrichtung B zurück¬ gekoppelt.

Die im Summierer 1 gebildete Differenz Vp — r-y wird im Multiplizierer 3 mit dem

Faktor a V _T multipliziert und im Sättig °ung °sg °lied 5 auf den Bereich [ ^L a mm • ,' a max 1 ^J be- schränkt.

1 a und a • sind frei vorgebbare Höchstwerte für die Fahrzeugsollbeschleunigung bzw. —Verzögerung.

Mit den Größen Xp, yp, z/p, ^y, ap, Xπ, ypr, z/ , Vp,, ap, zum Zeitpunkt t kann vorausschauend für t > t^ der weitere Bahnverlauf Xp(t), y _F (t) des Fahrzeuges und

Xτ (t), y-ui _* ) des Hindernisses in kartesischen Koordinaten abgeschätzt werden. Im folgenden wird zuerst das Verfahren erläutert, das der Bestimmung der Kollisionspara- meter t^-, r _j und ψ zugrunde liegt und dann die Vorrichtung beschrieben. An- _n schließend werden das Verfahren und die Vorrichtung für nicht geradenförmige Bahn¬ abschätzungen erweitert.

Wenn man, ohne die Allgemeinheit der Betrachtungen einzuschränken, t gleich Null setzt, gelten die Abschätzungen 5

1

Xp(t) = Xp + (v _κv t + a _F t ) cos z/ _F 0

2 y _F (t) = y _F + (v _κv t + ₂ a _p t ) sin v-

1 x _H (t) = x _H + (v _H t + - a _H t ) cos / _H 5

1 9 y = y _H + ( _H t + ₂ a _H t ) sin _R .

Für die zeitliche Abstandsänderung r , r in kartesischen Koordinaten zwischen Fahr- 0 zeug und Hindernis ergibt sich

r _χ (t) = x _F (t) - x _H (t) 5

r _y (t) = y _F (t) - y _H (t)

Mit den Abkürzungen

X = Xτ — x H

y = y _F -y _H

^v x ^{= V} KV ^sm F ^{~ V} H ^{cos V} E

v _κv cos ^* 7 _F -v _H sm _H

z r

kann man für r (t) und r (t) auch schreiben:

r _χ (t) = x + v . t +ia.r

r (t) =y + v t+ia t^

Der Abstand r(t) zwischen Fahrzeug und Hindernis berechnet sich zu

r(t) = 7 r (t) ² + r (t) ² . ^{~ y}

Als Kollisionszeit t-^ wird von der Kollisionsvermeidungseinrichtung die noch verblei¬ bende Zeit bis zum nächsten zukünftigen Minimum der Funktion r(t) bestimmt. Der

Zeitpunkt tγ- ergibt sich aus der zeitlichen Ableitung der Funktion r(t) durch die For¬ derung:

! ar ^r ω = 0 t = t K

bzw.

^{x +} VK ⁺ 2 K ⁺ Vκ + ⁺ Vκ 2 ^a y ^t K + a. ^l κj

Es müssen die Nullstellen der kubischen Gleichung

bestimmt werden.

Für die Koeffizienten c- _> , c« und c^ gilt:

Dies geschieht in einfacher Weise mit Hilfe der in der Literatur bekannten Cardanischen Lösungsformel (s. z.B. Bronstem/Semendjajew: Taschenbuch der Mathe¬ matik 19. Auflage, S. 183). Man erhält eine reelle Lösung r _™ oder drei reelle Lösungen "K"I' ^ _? ^unc *" * ^ ^er kubi ^scnen Gleichung. Damit die Funktion r(t) ein Minimum in einer der drei Lösungen hat, muß weiterhin die Forderung

r(t) > 0 dt" t = t K

bzw.

3 t K + 2 c ₂ t _κ + c, > 0

erfüllt sein. Bei der Existenz von drei reellen Lösungen der kubischen Gleichung erhält die Kollisionsvermeidungseinrichtung durch Überprüfung dieser Forderung zwei Mini- ma des Abstands r(t), von denen das zeitlich nächstliegende zukünftige Minimum die relevante Kollisionszeit bis zur engsten Annäherung zwischen Fahrzeug und Hinder¬ nis angibt.

Zum Zeitpunkt tg- befinden sich das Fahrzeug und das Hindernis in x— und in y-Ko- ordinaten in den Abständen

^r Ky ⁼ y ^{+ v} y ^{t + a} _y ^t K

zueinander.

Die Kollisionsvermeidungseinrichtung ermittelt den Kollisionsabstand r-^ und den Kol¬ lisionswinkel φ- _ζ als

^~ 2 ^{~ r} K ^{~ r} Kx ^{+ r} Ky

ψ-r = arctan - ^r K—-y- .

^ ^r Kx

Im Falle einer unbeschleunigten relativen Bewegung zwischen dem Hindernis und dem Fahrzeug (a = a = 0) vereinfacht sich die kubische Gleichung zu einer linearen Glei- x y chung und die Kollisionsvermeidungseinrichtung bestimmt die Kollisionszeit t-r = t-^_, als

_t - ^xy χ ^{+ yv} y

*K4 ⁼ - _v 2 ₊ ^■ x y

Die mit Block 1 bezeichnete Einrichtung in Fig. 4 bestimmt nach dem oben beschriebe¬ nen Verfahren die Kollisionsparameter t^-, iγ- und ψ-^- mit Hilfe geradenförmiger Bahn¬ abschätzungen.

Block 1 ist unterteilt in die Unterblöcke 1.1 bis 1.7 (Übertragungsglieder 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 und 18), die in den Figuren 5 bis 11 noch einmal einzeln dargestellt sind.

Block 1.1 (Fig. 5) bestimmt aus den Eingangssignalen Xp, yp, zp, ^y, ap, x _™ ypr, v- _a . pr und a r die Koeffizienten c _^ , C, und c-> der kubischen Gleichung. Außerdem ermittelt Block 1.1 die Kollisionszeit t^, die sich im Fall a + a « 0 durch Lösung der vereinfachten linearen Gleichung ergibt.- t^ und das Beschleunigungsquadrat a 2 = a 2 , + a 2 sind neben c ₂ , c und C Ausgangsgrößen von Block 1.1.

Nach der Bestimmung der Sinuswerte (Sinusglied 11 und 15) und der Cosinuswerte (Cosinusglied 13 und 17) der Kurswinkel zp und v„ und der Zerlegung der Geschwin¬ digkeiten v-r (Multiplizierer 21 und 19), Vπ (Multiplizierer 29 und 27) und der Be¬ schleunigungen ap (Multiplizierer 25 und 23), apr (Multiplizierer 33 und 31) in ihre

Anteile in x— und y— Richtung ergeben sich die Relativposition x, y (Summierer 35 und 37), die Relativgeschwindigkeiten v , v {Summierer 41 und 39) und die Relativ- beschleunigungen a , a (Summierer 45 und 43). Als nächstes werden die Größen v 2

(Multiplizierer 47), v 2 (Multiplizierer 49), a 2 (Multiplizierer 51), a 2 _χ (Multiplizie- rer 51), a (Multiplizierer 53), xv (Multiplizierer 55), y (Multiplizierer 57), xa

(Multiplizierer 59), ya (Multiplizierer 61), a v (Multiplizierer 63) und a (Multi- plizierer 65) bestimmt. Der Summierer 69 addiert a 2 und a 2 zur Ausgangsgröße a 2. Di •e x y Größen v 2 und v 2 werden im Summierer 67 addiert. Um Divisionen durch Nullen m den Dividierern 89, 91, 93 oder 95 zu vermeiden, werden die Ausgangsgrößen der Sum¬ mierer 67 und 69 in den Maximumgliedern 85 und 87 beim Unterschreiten der Werte e V ₂ oder e d. α durch e V_> bzw. e cl ersetzt.

Der Dividierer 89 bestimmt c -,, indem er die Summe der Signale a x v x und a y v y (Sum- mierer 75), die zuvor im Proportionalglied 79 mit dem Faktor 3 multipliziert wird, durch das Ausgangssignal des Maximumgliedes 87 dividiert. Der Dividierer 91 be- stimnmt die Ausgangsgröße, c, des Blocks 1.1, indem er die Summe der Größe v 2 , v 2 , xa und ya (Summierer 67, 73 und 77), die im Proportionalglied 81 mit dem Faktor 2 multipliziert wird, durch das Ausgangssignal des Maximumgliedes 87 dividiert.

Die Größen xv ,. und yv werden im Summierer 71 addiert, im Proportionalglied 83 mit dem Faktor 2 multipliziert und im Dividierer 93 durch das Ausgangssignal des Maxi¬ mumgliedes 87 dividiert. Damit liegt die Größe C als Ausgangssignal des Dividie¬ rers 93 vor. Der Dividierer 95 bestimmt die Ausgangsgröße t-^- , indem er das Aus- gangssignal des Summierers 71, das im Proportionalglied 84 invertiert wird, durch das

Ausgangssignal des Maximumgliedes 85 dividiert.

Der Block 1.2 dient dazu, die Koeffizienten c-, c, und c^, die Ausgangsgrößen des Blocks 1.1 sind, auf die Koeffizienten der reduzierten kubischen Gleichung (s. Bronstein/Semendjajew: Taschenbuch der Mathematik, 19. Auflage, S. 183) zu trans¬ formieren. Hierzu wird die Größe C2 im Multiplizierer 97 mit c-, multipliziert und das Ergebnis im Proportionalglied 99 mit dem Faktor 1/3 gewichtet. Im Multiplizierer 103 wird c ₂ quadriert und das Quadrat im Multiplizierer 105 noch einmal mit c ₂ multipli- ^• ziert. Die Ausgangssignale der Multiplizier er 103 und 105 werden durch die Proportio- nalglieder 107 bzw. 109 mit den Faktoren 1/3 bzw. 2/27 multipliziert. Die Ausgangs¬ größe p ergibt sich durch Subtraktion (Summierer 111) des Ausgangssignals des Pro¬ portionalgliedes 107 von der Eingangsgröße c... Der Summierer 101 bildet die Ausgangs-

große q durch Addition der Eingangsgröße CQ mit dem Ausgangssignal des Proportio¬ nalgliedes 109 und Subtraktion des Ausgangssignals des Proportionalgliedes 99.

Nachdem im Block 1.1 die Koeffizienten Zr _* , c, und C des kubischen Polynoms be- stimmt wurden und Block 1.2 diese auf die Koeffizienten p und q eines reduzierten Polynoms transformiert hat, ermittelt Block 1.3 (Fig. 7) nun die Nullstellen des redu¬ zierten Polynoms und transformiert sie zurück auf das ursprüngliche Polynom.

Hierzu werden als erstes aus den Eingangssignalen p und q, die die Größen D und p bestimmt, p ist das Ausgangssignal des Wurzelgliedes 139. Das Eingangssignal des Wurzelgliedes 139 wird durch Multiplikation von p mit dem Faktor 1/3 (Proportional¬ glied 115), anschließendes Quadrieren (Multiplizierer 119) und nochmalige Multiplikati¬ on mit p/3 (Multiplizier er 123) bestimmt. Die Größe D ist das Ausgangssignal des Summierers 125, der zum Ausgangssignal des Multiplizierers 123 das Quadrat (Multi- plizierer 121) der mit 1/2 gewichteten Eingangsgröße q addiert (Proportionalglied 117). Die Größe D ist Ausgangssignal des Blocks 1.3. Wenn D größer ist als Null, hat die kubische Gleichung nur eine reelle Lösung t- (Summierer 137). Andernfalls gibt es drei reelle Lösungen t-r«, (Summierer 167, 169 und 171).

Zur Bestimmung von t-r wird die Quadratwurzel aus D berechnet (Wurzelglied 127). Vom positiven Wert (Summierer 129) und vom negativen Wert der Quadratwurzel (Summierer 130) wird das Ausgangssignal q/2 des Proportionalgliedes 117 subtrahiert. Aus den Ausgangssignalen der Summierer 130 und 129 wird in den Wurzelgliedern 131 und 133 die dritte Wurzel gezogen und anschließend werden beide Signale im Summie- rer 135 addiert. Das Ausgangssignal des Summierers 135 ist die reelle Lösung des redu¬ zierten Polynoms im Falle D größer Null. Durch Subtraktion von c~/3 (Proportional¬ glied 113) im Summierer 137 ergibt sich die entsprechende Lösung tγ-r _* des ursprüngli¬ chen Polynoms.

Zur Bestimmung der Lösungen tγ-., t _j und t-r im Fall D kleiner Null wird die Aus¬ gangsgröße q/2 des Proportionalgliedes 117 mit negativem Vorzeichen im Dividierer 143 durch die Größe p (Ausgangsgröße des Wurzelgliedes 139) dividiert. Vom Ergebnis der Division wird im Arcuscosinusglied 147 der Arcuscosinus berechnet und dieser an¬ schließend im Proportionalglied 149 mit dem Faktor 1/3 multipliziert. Das Ausgangs- signal des Proportionalgliedes 149 geht auf die Summierer 153 und 155, wo die Werte 27r/3 bzw. 4-τ/3 aufaddiert werden. Auf die Cosinusglieder 151, 157 und 159 werden die Ausgangssignale des Proportionalgliedes 149 bzw. der Summierer 153 und 155 geschal-

tet. Die Lösungen der reduzierten Gleichung ergeben sich als Ausgangssignale der Mul¬ tiplizierer 161, 163 und 165, die die Cosinussignale der Cosinusglieder 151, 157 und 159 mit dem Ausgangssignal des Proportionalgliedes 145 multiplizieren. Das Proportional¬ glied 145 multipliziert die im Wurzelglied 141 gebildete dritte Wurzel der Größe p (Ausgangs signal des Wurzelgliedes 139) mit dem Faktor 2. Durch Subtraktion des Aus¬ gangssignales des Proportionalgliedes 113 von den Ausgangssignalen der Multiplizierer 161, 163 und 165 in den Summierer 167, 169 und 171 werden die Ausgangsgrößen -,, t- _jζ - ^un d t- des Blocks 1.3 gebildet.

2

Die Ausgangssignale a , c , α, und t~-Λ des Blocks 1.1 sowie die Ausgangssignale D, ^t K0' ^t Kl' ^t K2 ^un< ^ K3 ^ ^es Blocks 1-2 ^s ~-- Eingangssignale des Blocks 1.4 (Fig. 8), der die Kollisionszeit t- _j - bestimmt. Die im folgenden häufig verwendeten S ehalt lieder

(z.B. Schaltglied 213) schalten bei positivem Signal am Steuereiπgang das mit " +" gekennzeichnete Eingangssignal durch. Andernfalls wird das mit " — " gekennzeichnete

Eingangssignal weitergeschaltet. Wenn das am Steuereingang des Schaltgliedes 213 anliegende Ausgangssignal des Summierers 211, der den Parameter e ₂ vom Eingangs-

Signal a 2 subtrahiert negativ ist, d.h. wenn das Eingangssignal a 2 des Blocks 1.4 kleiner ist als der frei einstellbare Parameter e 0, wird das Eingangssignal l~- . des Blocks 1.4 direkt als Ausgangssignal t^ durchgeschaltet. Als Parameter c wird der untere

Grenzwert eingestellt, ab dem a 2 als gleich Null gilt. Wenn a 2 größer ist als e ₂ wird das Ausgangssignal des Schaltgliedes 209 weitergeschaltet. Als Steuersignal des Schalt¬ gliedes 209 dient das Eingangssignal D, so daß bei positivem D das Eingangssignal t _™ des Blocks 1.4 auf den positiven Eingang des Schaltgliedes 213 durchgeschaltet wird. Bei negativem D schaltet das Schaltglied 209 das Ausgangssignal des Schaltgliedes 207 durch. Das Ausgangssignal des Schaltgliedes 207 gibt bei der Existenz von drei reellen Nullstellen des kubischen Polynoms (negatives D) die relevante Kollisionszeit t-r an.

Um diese zu ermitteln wird das Eingangssignal t^-. im Proportionalglied 173 mit dem Faktor 2 gewichtet und dann im Multiplizierer 175 mit der Eingangsgröße c multipli¬ ziert. Im Summierer 189 wird das Ausgangssignal des Multiplizierers 175 zur Eingangs¬ größe c- _j und zur Ausgangsgröße des Proportionalgliedes 179 addiert, welche sich ergibt aus dem Quadrat der Eingangsgröße t _^ -. (Multiplizierer 177) multipliziert mit dem Faktor 3 (Proportionalglied 179). Analog wird das Eingangssignal _K2 i ^m Proportional- glied 181 mit dem Faktor 2 gewichtet und dann im Multiplizierer 183 mit der Ein¬ gangsgröße c multipliziert. Im Summierer 191 wird das Ausgangssignal des Multipli¬ zierers 183 zur Eingangsgröße c., und zur Ausgangsgröße des Proportionalgliedes 187

addiert, welche sich ergibt aus dem Quadrat der Eingangsgröße t-rz-o (Multiplizierer 185) multipliziert mit dem Faktor 3 (Proportionalglied 187).

Die Ausgangssignale der Summierer 191 und 189 sind die Steuersignale der Schaltglie- der 193 und 195. Bei positivem Ausgangssignal des Summierers 191 schaltet das Schalt¬ glied 193 die Eingangsgröße durch¬ geschaltet. Bei positivem Ausgangssignal des Summierers 189 schaltet das Schaltglied 195 die Eingangsgröße durch geschal¬ tet. Die beiden Ausgangssignale der Schaltglieder 193 und 195 geben die Zeitpunkte der Abstandsminima an.

Das Ausgangssignal des Schaltgliedes 193 geht auf den Steuereingang und den positiven Eingang des Schaltgliedes 199 sowie auf den negativen Eingang des Schaltgliedes 197. Umgekehrt geht das Ausgangssignal des Schaltgliedes 195 auf den Steuereingang und den positiven Eingang des Schaltgliedes 197 und auf den negativen Eingang des Schalt¬ gliedes 199. In dem Sonderfall, daß eines der Ausgangssignale der Schaltglieder 193 und 195 positiv ist und eines negativ ist, wird sowohl vom Schaltglied 197, als auch vom Schaltglied 199 das positive Signal weitergegeben. Die Ausgangssignale der Schaltglie¬ der 197 und 199 gehen auf die Betragsglieder 201 bzw. 203. Im Summierer 205 wird vo Ausgangssignal des Betragsgliedes 203 das Ausgangssignal des Betragsgliedes 201 subtrahiert. Das Ausgangssignal des Summierers 205 ist Steuersignal des Schaltgliedes 207. Am positiven Eingang des Schaltgliedes 207 liegt das Ausgangssignal des Schalt¬ gliedes 197. Am negativen Eingang des Schgaltgliedes 207 liegt das Ausgangssignal des Schaltgliedes 199.

Der in Block 1 (Fig. 4) zweifach (Fahrzeug und Hindernis, Übertragungsglied 10 und 12) verwendete Block 1.5 (Fig. 9) bestimmt die zurückgelegte Strecke Δs (Ausgangs¬ größe des Summierers 223) und den Kurswinkel v (Ausgangsgröße des Summierers 227) des Fahrzeugs bzw. des Hindernisses nach Ablauf der Kollisionszeit t^. Eingangsgrößen des Blocks sind die Kollisionszeit t^-, die Geschwindigkeit v, die Beschleunigung a, der Kurswinkel v und der Krümmungsradius r. Der Summierer 223 addiert das Produkt der Eingangsgrößen t^- und v (Multiplizierer 215) zu dem Produkt des Quadrates der Ein¬ gangsgröße tγ- (Multiplizierer 217) mit der Eingangsgröße a (Multiplizierer 219) und dem Faktor 1/2 (Proportionalglied 221). Ausgangsgröße des Summierers 223 ist die Strecke Δs. Der Dividierer 225 dividiert Δs durch den Krümmungsradius r. Das Aus¬ gangssignal des Dividierers wird im Summierer 227 mit der Eingangsgröße v addiert.

Das Ergebnis der Summation ist die Ausgangsgröße v des Blocks 1.5. Bei geradenförmi-

ger Sollbähnabschätzung (unendlicher Krümmungsradius) ist das Ausgangssignal des Dividierers 225 gleich Null, so daß die Eingangsgröße v des Blocks direkt als Ausgangs¬ größe v durchgeschaltet ist.

Ebenso wie Block 1.5 ist auch der folgende Block 1.6 (Fig. 10) doppelt (d.h. einmal für das Fahrzeug und einmal für das Hindernis, Übertragungsglied 14 und 16) in Block 1 (Fig. 4) vorhanden. Block 1.6 bestimmt die Position des Fahrzeugs bzw. des Hinder¬ nisses in x-Koordinate (Ausgangssignal des Summierers 257)- und y-Koordinate (Aus¬ gangssignal des Summierers 259) nach Ablauf der Zeit t^-. Eingangssignale des Blocks 1.6 sind die augenblickliche Position (x, y), der Krümmungsradius r, der von Block 1.5 bestimmte Kurswinkel z nach Ablauf der Zeit t~-, der augenblickliche Kurswinkel v und die von Block 1.5 bestimmte Strecke Δs. Das Sinusglied 229 und das Cosinusglied

231 ermitteln den Sinus bzw. den Cosinus des Winkels v. Das Sinusglied 233 und das Cosinusglied 235 ermitteln den Sinus bzw. Cosinus des Winkels v. Der Summierer 237 subtrahiert den Sinus des Winkels v vom Sinus des Winkels v. Der Summierer 239 sub¬ trahiert den Cosinus des Winkels v vom Cosinus des Winkels v. Die Differenzen der Sinus- bzw. Cosinuswerte werden in den Multiplizierern 241 und 243 mit dem Krüm¬ mungsradius r multipliziert. Außerdem werden der Sinus— und der Cosinuswert des Winkels v in den Multiplizierern 245 und 247 mit dem Signal Δs multipliziert. Im Be¬ tragsglied 249 wird der Betrag des Krümmungsradius gebildet. Der Summierer 251 subtrahiert den frei vorgebbaren Parameter r vom Betrag des Krümmungsradius. Das Ausgangssignal des Summierers 251 ist Steuersignal der Schaltglieder 253 und 255. Wenn der Betrag des Krümmungsradius größer als der Parameter r m,a-,,x, ist, werden x und y auf geradenförmigen Bahnabschätzungen bestimmt. Bei positivem Steuersignal, d.h. wenn der Betrag des Krümmungsradius größer ist als der Parameter r , schaltet das Schaltglied 253 das Ausgangssignal des Multiplizierers 247 und das Schaltglied 255 das Ausgangssignal des Multiplizierers 245 durch. Andernfalls schaltet das Schaltglied 253 das Ausgangssignal des Multiplizierers 241 und das Schaltglied 255 das Ausgangs¬ signal des Multiplizierers 243 durch. Der Summierer 257 addiert die Ausgangsgröße des

Schaltgliedes 253 zur Eingangsgröße x und ermittelt so die Ausgangsgröße x des Blocks

1.6. Die Ausgangsgröße y wird vom Summierer 259 durch Addition der Eingangsgröße y zur Ausgangsgröße des Schalt gliedes 255 gebildet.

Die Ausgangssignale der beiden Blöcke 1.6 sind Eingangssignale als Block 1.7 (Fig. 11) gekennzeichneten Übertragunggliedes 18 in Figur 4, der die Kollisionsparameter r^- und ψγ bestimmt. Im Summierer 261 wird die x-Position π des Hindernisses von der x— Position Xp des Fahrzeugs subtrahiert. Genauso wird im Summierer 263 die y-Po- sition ypr des Hindernisses von der y-Position yp des Fahrzeugs subtrahiert. Das Ar- custangensglied bildet den Winkel ψγ aus dem Ausgangssignal des Summierers 263 als Gegenkathete und des Summierers 261 als Ankathete. Der Multiplizierer 265 quadriert das Ausgangssignal des Summierers 261 und der Multiplizierer 267 quadriert das Aus- gangssignal des Summierers 263. Die beiden Quadrate werden im Summierer 269 addiert. Aus der Summe bestimmt das Wurzelglied 273 die Quadratwurzel. Das Aus¬ gangssignal τ-rr des Wurzelgliedes 273 ist zusammen mit ψγ Ausgangssignal des Blocks 1.7. Gleichzeitig sind r^- und ψγ zusammen mit der Kollisionszeit t _κ (Ausgangssignal des Schaltgliedes 213 in Block 1.4) die Ausgangssignale des übergeordneten Blocks 1.

Die Berechnung der Kollisionsparameter tγ, tγ und ψγ mit der als Block 1 bezeichne¬ ten Vorrichtung basiert auf einer geradenförmigen Abschätzung der Fahrzeugs ollbahn und der Hindernisbahn für t > _Q . Bei einer Änderung der Kurswinkel ist diese Ab¬ schätzung nicht mehr exakt. Bei größeren Kurswinkeländerungen müssen deshalb die Krümmungsradien berücksichtigt werden.

Durch eine nicht geradenförmige Abschätzung der Bahnen läßt sich das Abstandsmini¬ mum zum Zeitpunkt der engsten Annäherung zwischen Fahrzeug und Hindernis nicht mehr analytisch bestimmen, da nichtlineare Terme auftreten. Deshalb muß die Kollisi- onszeit tγ, die angibt, wieviel Zeit vom augenblicklichen Zeitpunkt t^ bis zum Kollisi¬ onszeitpunkt to + γ vergeht, näherungsweise berechnet werden.

Mit der Annahme, daß der Krümmungsradius der Bahnen sich nur unwesentlich än¬ dert, kann eine kreisförmige Abschätzung der Bahnen erfolgen. Wenn sensorisch Ände¬ rungen des Krümmungsradius mit hinreichender Genauigkeit erfaßbar sind, können auch diese in die Abschätzung der Bahnen embezogen werden. In diesem Fall werden die Bahnen nicht kreisförmig mit konstantem Krümmungsradius, sondern mit sich stetig vergrößerndem oder verkleinerndem Krümmungsradius abgeschätzt. Das im fol¬ genden erläuterte Verfahren zur Kollisionsparameterbestimmung für kreisförmige Bahnabschätzungen ist grundsätzlich auch auf andere nicht geradenförmige Abschät¬ zungen anwendbar.

Erfindungsgemäß wird bei nicht geradenförmigen Bahnverläufen des Fahrzeuges oder des Hindernisses eine kreisförmige Abschätzung der künftigen Bahn verlaufe vorgenom¬ men.

In äquidistanten Zeitabständen Δt werden die Sensorsignale abgetastet und die KoUisi¬ ons vermeidungs Vorrichtung führt eine neue Bestimmung der aktuellen Kollisionsparameter durch. Aus dem vorherigen Zeitschritt zum Zeitpunkt t^ — Δt ist die Kollisionszeit tγ -,. bekannt. Als voraussichtlicher Kollisionszeitpunkt ergibt sich nach dem letzten Zeitschritt der Zeitpunkt t^ — Δt + t- _j - , .. Im neuen Zeitschritt werden nun die Positionen des Fahrzeuges und des Hindernisses auf den kreisförmig abgeschätzten Bahnen zum Kollisionszeitpunkt t^ — Δt + t , bestimmt. Im ersten Schritt wird iγ ■*. = Δt gesetzt, so daß die zu bestimmenden Positionen gleich den au vgenblicklichen Positionen sind.

An die Positionen des Fahrzeuges und des Hindernisses zum Zeitpunkt t — Δt + tγ , . auf den abgeschätzten Bahnen werden Tangenten gelegt. Zur Berech¬ nung der aktuellen Kollisionszeit werden nun ein fiktives Fahrzeug und ein fiktives Hindernis eingeführt, die sich auf den Tangentenbahnen bewegen (Fig. 12). Die Kollisionsvermeidungseinrichtung linearisiert also die Kreisbahnen um den Punkt der erwarteten engsten Annäherung. Dabei passieren das reale und das fiktive Fahrzeug bzw. Hindernis zum Zeitpunkt t . — Δt + t , den jeweiligen Berührungspunkt der Tangenten und der Kreisbahnen. Zu diesem Zeitpunkt stimmen die Kurswinkel, die Geschwindigkeiten und die Positionen des fiktiven und des realen Fahrzeuges bzw. Hindernisses überein. Die Berechnung der aktuellen Kollisionszeit durch die Kollisionsvermeidungsvorrichtung erfolgt, indem das vorher beschriebene Verfahren für geradenförmige Bahnabschätzungen nun auf das fiktive Fahrzeug und Hindernis auf den Tangentenbahnen angewandt wird.

Zusammenfassend kann die erfindungsgemäße Bestimmung der Kollisionsparameter tγ, Tγ und ψγ durch die Kollisionsvermeidungsvorrichtung folgendermaßen beschrie¬ ben werden.

Bei geradenförmiger Bahnabschätzung wird die Kollisionszeit t-^- direkt durch Berech¬ nung des nächsten Minimums der Abstandsabschätzung zwischen Fahrzeug und Hin¬ dernis bestimmt. Bei nicht geradenförmiger Bahnabschätzung werden die Bahnverläufe durch Tangenten an die erwarteten Punkte der engsten Annäherung aus dem vorheri¬ gen Schritt linearisiert und die Kollisionszeit tγ durch Bestimmung des Abstands—

minimums für die Tangentenbahnen berechnet. Mit Hilfe der Kollisionszeit tγ wird aus den Bahnabschätzungen der Kollisionsabstand r^- und der Kollisionswinkel ψγ zwi¬ schen Fahrzeug und Hindernis ermittelt.

Zur Bestimmung der Kollisionsparameter tγ, i und γ nach dem beschriebenen Ver¬ fahren mittels kreisförmiger Bahnabschätzung wird die als Block 1 (Fig. 4) bezeichnete Einrichtung KP (Fig. 13) erweitert. Block 1 ist als Übertragungsglied 291 Bestandteil der Einrichtung KP. Die ursprünglichen Eingangssignale p, yp, z/p, Vp, Xpr, z r und V r des Blocks 1 werden ersetzt durch Xp, yp, p, V , Xpr, yp,, ,, und Vp.

Xp und yp sind die Ausgangssignale des als Übertragungsglied 277 gekennzeichneten

Blocks 1.6. z/p ist Ausgangssignal des Blocks 1.5 (Übertragungsglied 275). Dieser Block bestimmt aus der Ausgangsgröße des Summierers 297, die die zu erwartende Kollisions- zeit tγ -, . — Δt nach der Berechnung im letzten Zeitschritt angibt, und den Eingangs¬ größen ip, Vp, ap und rp den Kurswinkel z/p der Tangentenbahn des fiktiven Fahr¬ zeugs und die verbleibende Strecke bis zum Zeitpunkt t^ — Δt + tγ -,.. Der Block 1.6

(Übertragungsglied 277) ermittelt die Position Xp, yp des Fahrzeugs zum Zeitpunkt tn _* — Δt + tγ . aus den Eingangssignalen Xp, yp, z/p und rp und den Ausgangsgrößen des Blocks 1.5 (Übertragungsglied 275). Der Multiplizierer 279 multipliziert das Ein¬ gangssignal ap mit dem Ausgangssignal des Summierers 297. Der Summierer 281 be¬ stimmt das Signal Vp, das Eingangssignal des Blocks 1 (Übertragungsglied 291) ist, durch Addition des Eingangssignals Vp zum Ausgangssignal des Multiplizierers 279.

Xpr und ypr sind die Ausgangssignale des als Übertragungsglied 285 gekennzeichneten

Blocks 1.6. z/ ist Ausgangssignal des Blocks 1.5 (Übertragungsglied 283). Dieser Block bestimmt aus der Ausgangsgröße des Summierers 297, die die zu erwartende Kollisions¬ zeit t _{y 1t} — Δt nach der Berechnung im letzten Zeitschritt angibt und den Eingangs- -^' ^a11 größen z p,, Vpr, apr und rpr den Kurswinkel z/pr der Tangentenbahn des fiktiven Hinder¬ nisses und die verbleibende Strecke bis zum Zeitpunkt t« — Δt + tγ , , .. Der Block 1.6

(Übertragungsglied 285) ermittelt die Position Xpr, ypr des Hindernisses zum Zeitpunkt t _Q - Δt + tγ ι _t aus den Eingangsgröße und den Ausgangsgrößen des Blocks 1.5 (Übertragungsglied 283). er ult plizierer 287 multipliziert das Ein¬ gangssignal apr mit dem Ausgangssignal des Summierers 297. Der Summierer 289 be¬ stimmt das Signal Vπ, das Eingangssignal des Blocks 1 (Übertragungsglied 291) ist,

durch Addition des Eingangssignals V^T zum Ausgangssignal des Multiplizierers 287.

Die Ausgangsgrößen iγ und ψγ des Blocks 1 (Übertragungsglied 291) sind direkt auch Ausgangsgrößen der Einrichtung KP. Die dritte Ausgangsgröße des Blocks 1, die in Figur 4 als Kollisionszeit t^- bezeichnet ist, gibt in der Einrichtung KP nicht mehr direkt die Kollisionszeit, sondern die Änderung Δt^ der Kollisionszeit gegenüber dem Ausgangssignal γ -,. — Δt des Summierers 297 an. Der Summierer 293 addiert die Änderung γ zum Ausgangssignal des Summierers 297 und bestimmt so das Aus¬ gangssignal tγ der Einrichtung KP. Das Totzeit glied 295 verzögert das Ausgangssignal tγ um einen Zeitschritt Δt. Der Summierer 297 bildet das Signal tγ •, — Δt, indem er vom Ausgangssignal des Totzeitgliedes 295 die Zeitschrittwerte Δt subtrahiert.

6.1.3 Verfahren und Einrichtung KE zur Kollisionserkennung

Anhand der Ausgangssignale tγ und Xγ der Einrichtung KP (Fig. 13), die in Abschnitt 6.1.2 beschrieben wurde, bestimmt die Kollisionserkennungseinrichtung das Signal kg. Bei positivem kg ist Kollisionsgefahr gegeben. Ansonsten hat kg einen negativen Wert. Wenn Kollisionsgefahr erkannt wird, muß die Kollisionsvermeidungsvorrichtung neue Sollwerte bestimmen und an die Ebene der Fahrzeugregelung weitergeben.

Erfindungsgemäß wird das Signal kg durch die Kollisionserkennungseinrichtung wie folgt bestimmt.

1 für (r _κ < hy • r _mind ) Λ (t _κ <hy • t^) Λ (t _κ > 0) k

-1 sonst

Hierbei gibt r • _, einen Mindestabstand an, der beim Passieren des Hindernisses ein¬ gehalten werden muß. r • -, kann der Kollisionserkennungseinrichtung (Fig. 14) als frei wählbarer fester Parameter, aber auch als zeitlich veränderliche Größe in Abhän¬ gigkeit, z. B. von der Geschwindigkeit Vp, dem Kurswinkel z/p und dem Kollisionspara- mefer ^p sowie von Fahrzeugparametern p., bis p durch eine Einrichtung S (Fig. 15) vorgegeben werden. Die Zeit t, ■. gibt die sogenannte kritische Zeitspanne an, ab der die automatische Kollisionsvermeidung frühestens eingreift. Als t, •, wird die Zeit-

spanne vorgegeben, die ein Fahrer benötigt, um selbständig und gezielt ein Kollisions- vermeidungsmanöver durchzuführen. Der Faktor hy wird abhängig vom Wert kg , . des Signals kg im vorherigen Zeitschritt gesetzt.

für g _alt = -1 hy -- für kg 'alt

Durch Wahl eines Wertes hy größer 1 für kg ,. = 1 wird ein ständiges Wechseln der Größe kg bei Werten Tγ und tγ in der Nähe von r • _, und t, •. verhindert.

Die Einrichtung KE zur Kollisionserkennung ist in Figur 14 dargestellt. I m Multiplizie- rer 301 wird das Eingangssignal r ■ , mit dem Faktor hy, der Ausgangssignal des Schaltgliedes 315 ist, multipliziert. Ebenso wird der Parameter t, .. im Multiplizierer 303 mit dem Faktor hy multipliziert. Im Summierer 305 wird das Eingangssignal r^ vom Aύsgangssignal des Multiplizierers 301 subtrahiert. Im Summierer 307 wird das Eingangssignal tγ vom Ausgangssignal des Multiplizierers 303 subtrahiert. Das Aus- gangssignal des Summierers 307 ist Steuersignal des Schalt gliedes 309, das bei posi¬ tivem Steuersignal den Wert +1 und sonst den Wert -1 durchschaltet. Das Ausgangs¬ signal des Summierers 305 ist Steuersignal des Schaltgliedes 311, das bei positivem Steuereingang das Ausgangssignal des Schaltgliedes 309 und sonst den Wert -1 durch¬ schaltet. Das Ausgangssignal des Schaltgliedes 311 stellt das Ausgangssignal kg der Einrichtung KE dar. Im Totzeitglied 313 wird das Signal kg um einen Zeitschritt Δt verzögert. Das Ausgangssignal des Totzeitgliedes 313 steuert das Schaltglied 315. Bei positivem Steuersignal wird der Wert 1.5, ansonsten der Wert 1.0 als Faktor hy durch¬ geschaltet.

Der Mindestabstand r • , kann durch die in Figur 15 dargestellte Einrichtung S be¬ stimmt werden. Im Summierer 317 wird das Eingangssignal z p vom Eingangssignal ψγ subtrahiert. Das Kennlinienglied 319 bildet das Ausgangssignal des Summierers 317 entsprechend der im Kennlinienglied skizzierten Kennlinie auf den Wertebereich 0 bis + 1 ab. Das Eingangssignal Vp wird im Proportionalglied 321 mit dem frei vorgebbaren Faktor m multipliziert. Die Ausgangssignale des Proportionalgliedes 321 und des Kenn- liniengliedes 319 werden im Multiplizierer 323 miteinander multipliziert. Der Summie¬ rer 327 addiert zum Ausgangssignal des Multiplizierers 323 den Wert r«, der im Über-

tragungsglied 325 abhängig von Parametern p.,, p ₂ , ... bis p festgelegt wird. Über die Parameter p.,. p bis p gehen die Fahrzeugabmessungen und die Genauigkeit der Sensoren in die Bestimmung von r • j ein. Das Ausgangssignal des Summierers 327 stellt das Ausgangssignal r - ^ der Einrichtung S dar.

6.2 Verfahren und Einrichtung KVl zur Kollisionsvermeidung durch Brems— oder Beschleunigungsmanöver

Ziel der Strategie der Kollisionsvermeidung durch Brems— oder Beschleunigungsmanö¬ ver ist es, eine Beschleunigung (bzw. Verzögerung) a^y, zu finden, die sicherstellt, daß das Fahrzeug das Hindernis in einem Mindestabstand r • , passiert.

In Abschnitt 6.1.2 ist ein Verfahren und eine Einrichtung KP zur Kollisionsparameter¬ bestimmung erläutert worden, die in Abhängigkeit von den Größen x-r Xπ, yrT, V Vγr _. apr für das Hindernis und rp, Xp, yp, ^-y, z/p, ap für das Fahrzeug den Kollisions¬ abstand Tγ bestimmen. Wenn man sämtliche Eingangsgrößen mit Ausnahme der Fahr- zeugbeschleunigung als Konstanten und die Fahrzeugbeschleunigung als Variable a auffaßt, so kann man den Kollisionsabstand als eine Funktion r(a) der Variablen a in¬ terpretieren, deren Funktionswerte mit dem oben erläuterten Verfahren bestimmt wer¬ den. Insbesondere gilt

r (a _P ) K

Ziel der Kollisionsvermeidung durch Brems- oder Beschleunigungsmanöver ist es, eine Beschleunigung a = a^-y-, zu finden, für die sich ein Kollisionsabstand

^r ( ^a KVl) ^{= r} mind

ergibt, d. h. das Fahrzeug so zu bremsen oder zu beschleunigen, daß das Hindernis in einem Mindestabstand r . , passiert wird.

Erfindungsgemäß wird a^-y-, näherungsweise von der Kollisionsvermeidungsvorrich- tung wie folgt bestimmt:

_{+ lκvl} _ ^α _K y _lt - ^r

Hierbei ist --γ -\ -, . der Wert des Signals --χy im letzten Zeitschritt. Im ersten Schritt wird zu ap gewählt. Δa ist ein vorgebbarer Parameter.

Die Kollisionsvermeidungseinrichtung KVl muß in jedem Zeitschritt für die Bestim¬ mung von -y. _| zweimal entsprechend dem in 6.1.2 beschriebenen Verfahren einen -KoUisionsabstand berechnen. Aus den so erhaltenen Werten für die KoUisionsabstände ^r ( ^a f V1 _a l _t ⁺ **^ ^a ) ^un< **' ^{r a} KV1 il _f ) ^er § ^Dt sich nach der obigen Rechenvorschrift die neue Sollbeschleunigung

Für die Änderung der Beschleunigung a^-y- _j pro Zeitschritt wird eine betragsmäßige Oberg ^ö renze Δa- r-Vr ri -m_a„x eing °eführt.

^a KVl ^{~ a} KVl,alt ^{< Δa} KVl,max

Die vom Fahrzeug realisierbare Beschleunigung bzw. Verzögerung ist aufgrund der maximalen Motorleistung und der begrenzten Verzögerung bei einem Bremsmanöver (Haftreibung Reifen-Straße) auf ein Intervall [a , a, ] beschränkt.

Wenn das Signal Wert a-^y. außerhalb des Intervalles [a , a. ] liegt, kann das Fahr¬ zeug das Hindernis durch ein Brems- oder Beschleunigungsmanöver nicht passieren.

Bei einem Fahrmanöver mit a^-y, aus dem Intervall [a , a, ] ist gesichert, daß der geforderte Mindestabstand r • _ι zum Hindernis nicht unterschritten wird.

Wie in Figur 16 anschaulich dargestellt ist, können aber Fälle auftreten, bei denen das Fahrzeug das Hindernis nicht passiert. In Figur 16 ist eine Situation gegeben, in der

sich das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit von hinten einem Hindernis nähert, wel¬ ches sich mit geringer Geschwindigkeit und dem gleichen Kurswinkel auf der Fahrbahn des Fahrzeuges bewegt. Das Fahrzeug würde ohne einen Eingriff der Kollisionsvermei- dungseinrichtung nach Ablauf der Kollisionszeit tγ auf das Hindernis auffahren. Durch ein leichtes Bremsmanöver könnte eine Kollision nicht verhindert werden, da sich nur die Kollisionszeit vergrößert. Erst wenn die Verzögerung & y^ so groß wird, daß das Fahrzeug hinter dem Hindernis auf die Hindernisgeschwindigkeit abgebremst wird, findet keine Kollision statt. In diesem Falle wird das Hindernis aber auch nicht passiert. Nach dem Zeitpunkt der engsten Annäherung im Abstand r^^ bestünde keine Kollisionsgefahr mehr und das Fahrzeug würde erneut beschleunigt. Nach kurzer Zeit würde die Kollisionsvermeidungseinrichtung aber wieder eine Kollisionsgefahr erkennen, so daß es zu einem ständigen Hin- und Herschalten der Größe kg käme.

Um diesen Sonderfall zu erkennen, berechnet die Kollisionsvermeidungseinrichtung die Fahrzeuggeschwindigkeit Vp und die Hindernisgeschwindigkeit Vn sowie die Kurswin¬ kel Vm-, und _ττ des Fahrzeuges und des Hindernisses zum Zeitpunkt der engsten An¬ näherung bei einer Beschleunigung - _j -y-, des Fahrzeuges.

V _K y + ^a KVl *K

Η + a _H t _κ

V + τ. = Z/p + KV ^L K ^~ 1 ^d KVl ^L κ ^l F

1 2

___ ^V H ^l K ⁺ 1 ^a H *K u = ^v n ^{+ ~~}

Zum Zeitpunkt der engsten Annäherung bewegen sich Fahrzeug und Hindernis mit der

Geschwindigkeit v , zueinander.

I 2 * rel ⁼ ^ ^F ^cos F ^~ Hl ^cos B ⁺ ^F ^{sin ~ sin} ^

Wenn v -, gleich Null ist bzw. kleiner als ein Grenzwert c , der durch die begrenzte Genauigkeit der Signalverarbeitung bedingt wird, liegt der oben dargestellte Sonderfall vor.

Das Hindernis kann nur durch ein seitliches Abweichen von der Sollbahn passiert wer¬ den. Wenn zu einem solchen Überholmanöver nicht genügend Platz zur Verfügung steht, muß das Fahrzeug dem Hindernis unter Einhaltung eines Mmdestabstandes ^r mind ^fol S ^en -

Die in Fig. 17 dargestellte Vorrichtung KVl bestimmt nach dem beschriebenen Verfah¬ ren entsprechend Anspruch 1 eine Beschleunigung die die Einhaltung des Min- destabstands r • , zwischen Fahrzeug und Hindernis sichert.

In die Vorrichtung KVl sind zwei Blöcke vom Typ Block KP zur Bestimmung von Kollisionsparametern (Übertragungsglied 329 und 331) integriert, deren Aufbau in Fig. 13 dargestellt ist und in Abschnitt 6.1.2 bereits erläutert wurde. Das Übertra-

gungsglied 331 unterscheidet sich dadurch von der in Abschnitt 6.1.2 beschriebenen Vorrichtung, daß der Ausgang γ nicht ausgeführt ist, d.h. das Übertragungsglied 271 (Block 1.7, Fig. 11) entfällt. Im Übertragungsglied 329 wird darüberhinaus der Aus¬ gang des Summierers 293 (Fig. 13) nicht nach außen geführt.

Eingangssignale der beiden Übertragungsglieder 329 und 331 vom Typ der Einrichtung

tragungsglied 355 g bt. Das Ausgangss gna es Totzeit gl edes 353 liegt am posit ven Eingang des Schaltgliedes 335. Am negativen Eingang des Schaltgliedes 335 liegt das Eingangssignal ap der Einrichtung KVl. Als Steuersignal des Schaltgliedes 335 dient das Ausgangssignal kg , des Totzeitgliedes 333, welches das Signal kg um einen Zeit¬ Additi¬

Als Steuersignal des Schaltgliedes 339 dient das Ausgangssignal kg -, des Totzeitglie¬ des 333. Bei positivem kg - . schaltet das Schaltglied 339 das Ausgangssignal ^{r a} KVl l ^ ^es Üb ^ertra gungsgliedes 331 weiter. Ansonsten wird das Eingangssignal Tγ der Einrichtung KVl durchgeschaltet. Der Summierer 341 subtrahiert das Ausgangssig¬ nal des Schaltgliedes 339 vom Eingangssignal r - ^ •,. Der Summierer 343 subtrahiert das Ausgangssignal des Schaltgliedes 339 vom Ausgangssignal r(a _τ^ y ₁ -,. + Δa) des Übertragungsgliedes 329. Das Ausgangssignal des Summierers 341 wird im Dividierer 345 durch das Ausgangssignal des Summierers 343 dividiert. Der Multiplizierer 347 multipliziert das Ergebnis der Division mit dem Parameter Δa. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 347 wird im Sättigungsglied 349 auf den Bereich zwischen +Δmiiγ « und — Δa- _jζ -y^, beschränkt und im Summierer 351 zur Ausgangs¬ größe des Totzeitgliedes 353 addiert. Das Ausgangssignal des Summierers 351 ist Ein¬ gangssignal des Totzeitgliedes 353 und gleichzeitig Ausgangssignal & y _ι der Vorrich¬ tung KVl. Außerdem ist es neben dem Ausgangssignal t^a^y, , . ) des Übertra¬ gungsgliedes 331 und den Signalen rp, v-g-y, z p, r^, Vπ, a^ und /pr Eingangssignal des als Block 1.8 (Fig. 18) bezeichneten Übertragungsgliedes 355.

In Block 1.8 sind zwei Übertragungsglieder (357 und 359) vom Typ Block 1.5 (Fig. 9) enthalten. Der Ausgang Δs (Summierer 223) wird bei beiden Blöcken nicht nach außen geführt. Das Übertragungsglied 357 bestimmt aus den Eingangssignalen rp, tγ, -r y, ^a K*V1 ^unG * ^V F ^c ** ^as ^ _o ⁿ l z/p. Das Übertragungsglied 359 bestimmt aus den Eingangssig¬ nalen rpr, Vp,, ar _j und Vγ, das Signal Z T. Das Sinusglied 369 ermittelt den Sinus von z p und das Cosinusglied 371 ermittelt den Cosinus von z>p. Entsprechend be¬ stimmen das Sinusglied 373 und das Cosinusglied 375 den Sinus bzw. den Cosinus von z r. Der Multiplizierer 361 multipliziert die Eingangssignale t und a. Auf das Ergebnis der Multiplikation wird im Summierer 365 das Eingangssignal addiert. Auf das Ausgangssignal des Multiplizierers 363, der die Eingangssignale tγ und multipli¬ ziert, addiert der Summierer 367 das Eingangssignal Vpr. Das Ausgangssignal des Sum¬ mierers 365 wird im Multiplizierer 377 mit dem Ausgangssignal des Sinusgliedes 369 und im Multiplizierer 379 mit dem Ausgangssignal des Cosinusgliedes 371 multipliziert. Das Ausgangssignal des Summierers 367 wird im Multiplizierer 381 mit dem Ausgangs¬ signal des Sinusgliedes 373 und im Multiplizierer 383 mit dem Ausgangssignal des Cosi¬ nusgliedes 375 multipliziert. Das Ausgangssignal des Summierers 385, der das Aus¬ gangssignal des Multiplizierers 381 vom Ausgangssignal des Multiplizierers 377 subtra¬ hiert, wird im Multiplizierer 389 quadriert. Das Ausgangssignal des Summierers 387, der das Ausgangssignal des Multiplizierers 383 vom Ausgangssignal des Multiplizierers 379 subtrahiert, wird im Multiplizierer 391 quadriert. Der Summierer 393 addiert die Ausgangssignale der Multiplizierer 389 und 391. Aus dem Ergebnis der Summation zieht das Wurzelglied 395 die Quadratwurzel v ,, welche im Summierer 405 vom Para¬ meter e subtrahiert wird. Das Ausgangssignal des Summierers 405 ist Steuersignal des Schalt gliedes 407, welches bei positivem Steuersignal den Wert +1 und sonst den Wert -1 durchschaltet. Das Ausgangssignal S _Q des Schaltgliedes 407 ist Ausgangssignal des Blocks 1.8 und der Einrichtung KVl.

Das Ausgangssignal des Summierers 397, der das Eingangssignal a^y-, vom Parameter a, subtrahiert, ist Steuersignal des Schalt gliedes 401. Bei positivem Steuersignal, d.h. wenn a^-y. kleiner als a, ist, wird der Wert +1 durchgeschaltet. Andernfalls wird der Wert -1 durchgeschaltet. Der Summierer 399 subtrahiert den Parameter a von dem Eingangssignal a^y . Das Ausgangssignal des Summierers 399 liegt am Steuereingang des Schaltgliedes 403. Bei positivem Steuersignal, d.h. wenn ^y, größer als a ist, schaltet das Schaltglied 403 das Ausgangssignal des Schaltgliedes 401 durch. Andern¬ falls wird der Wert -1 weitergegeben. Das Ausgangssignal des Schaltgliedes 403 ist Ausgangssignal S des Blocks 1.8 und auch Ausgangssignal der Einrichtung KVl.

6.3 Verfahren und Einrichtung KV2 zur Kollisionsvermeidung durch seitliche Ausweichmanöver

Zur Erläuterung des Grundgedankens des Verfahrens zur Kollisionsvermeidung durch seitliche Ausweichmanöver nehme man an, es existiere ein fiktives Fahrzeug, daß sich mit der gleichen Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kurswinkel bewege, wie das tatsächliche Fahrzeug. Das fiktive Fahrzeug sei in seiner Position aber gegenüber dem tatsächlichen Fahrzeug seitlich, d.h. quer zum Kurswinkel, um den Abstand r ver- setzt, r wird positiv gerechnet, wenn das fiktive Fahrzeug in Fahrtrichtung links vom tatsächlichen Fahrzeug liegt. Wenn das fiktive Fahrzeug rechts liegt, wird r negativ gerechnet. Der Bahnkrümmungsradius rp des fiktiven Fahrzeuges ergibt sich zu

^r Fq ^{= r} F -

Dazu sei noch einmal darauf hingewiesen, daß vereinbarungsgemäß der Krümmungs¬ radius in Linkskurven positiv und in Rechtskurven negativ gerechnet wird (s. Ab- schnitt 6.1.1). Die Position (xp„, Yp ) des fiktiven Fahrzeuges lautet

y >'-FR + ⁺ r ^r q c ^c o ^o s ^s

Mit dem in Abschnitt 6.1.2 erläuterten Verfahren kann der KoUisionsabstand x _r Kq des fiktiven Fahrzeuges abhängig von der normalen Positions Verschiebung r als Funktion ^r Kα ^r π) bestimmt werden. Dazu werden die Größen p, y _p und r _p des tatsächlichen Fahrzeuges durch p , yp und rp ersetzt. Die Beschleunigung wird nicht variiert. Ziel der Kollisionsvermeidung durch seitliche Ausweichmanöver ist es nun, die normale Positionsverschiebung r so zu bestimmen, daß

^r Kq ( ^r q) ^{= r} mind

gilt.

In der noch verbleibenden Zeit tγ bis zur engsten Annäherung wird die Sollposition des

Fahrzeuges dann in einem stetigen Übergang in die um r quer verschobene Position

H des fiktiven Fahrzeuges überführt.

Erfindungsgemäß führt die Kollisionsvermeidungseinrichtung KV2, der das beschriebe¬ ne Verfahren zugrundeliegt, die folgenden Schritte aus. Zunächst wird der KoUisionsab¬ stand Tγ , der Kollisionswinkel ψγ und die Kollisionszeit tγ bei einer Positionsver¬ schiebung r , _t bestimmt, r ,. ist der im letzten Zeitschritt bestimmte Wert für r . Im ersten Zeitschritt wird r _jt gleich r • , gesetzt.

Der KoUisionsabstand γ wird im folgenden mit positivem Vorzeichen gerechnet, wenn das Hindernis zum Zeitpunkt der engsten Annäherung rechts vom Sollkurs liegt. Ansonsten geht r-^ mit negativem Vorzeichen ein. Tγ wird deshalb mit dem Faktor

multipliziert. Über den letzten Term im Argument der Signum-Funktion wird die Kurswinkeländerung während der Kollisionszeit t^ berücksichtigt. Ebenso wie T _γ geht auch der KoUisionsabstand Tγ des Fahrzeuges in seiner ursprünglichen Sollpositi¬ on mit einem Faktor

ein.

Nachdem die Kollisionsvermeidungseinrichtung KV2 die Größen 7 und 7 bestimmt

H hat, werden die Verschiebungen r q, _v 11 und r q, re für ein Ausweichmanöver nach links oder nach rechts ermittelt

^r q,alt ( ^r mind ^{~ 7 τ~} > ^r q,li % ^r Kq - T.r K

_ ^r q,alt ( ^~r mind ^{~ 7 r} K^ ^r ^ ^{re r} Kq ^~ 7 ^T K

Die Positionsverschiebung r wird von der Kollisionsvermeidungseinrichtung KV2 ent- sprechend der Regel

für |r _{q i} - (t _κ )r _qjalt | < l^-gCt^r^l Λ r _qJi < τ _q ^_ ^r q,li

q,re für q, : q,re > r q,mn

festgelegt (s. Fig.5). Die Werte r U- III IΛ und rJ , 11X1.x1 geben die maximal zulässigen nor- malen Abweichungen von der Sollbahn an (Fahrbahnbreite). g(t^-) ist eine Übergangs¬ funktion, die in Abhängigkeit von tγ Werte zwischen 0 und 1 annimmt.

Die Übergangsfunktion g(tτr-) dient dazu, die Sollposition des Fahrzeuges in einem ste¬ tigen Übergang bis zum Zeitpunkt der engsten Annäherung in die um r verschobene Lage zu überführen, g(t-ι-) muß die folgenden Eigenschaften haben:

g(0)

ßCkrit) ⁼⁰

Die Übergangsfunktion

erfüllt die obigen Forderungen.

Die Querverschiebung ° r q wird so festg °eleg °t, daß die Beg ^o renzung ^t. en r q^ _a und r q,mm . für Ausweichmanöver nach links und nach rechts nicht verletzt werden und die verblei¬

Die Kollisionsvermeidungseinrichtung KV2 ermittelt die Sollposition X -y _o , y^ _? auf der Ausweichbahn wie folgt:

^X KV2 ⁼ F ^{~ g} ^K^ ^r q ^ήn( - F^

^KV2 ⁼ ^F ⁺ &K> ^r q ∞ ⁵ ^)

Die KoUisionsvermeidungsemrichtung KV2 berechnet außerdem einen neuen Kurswin¬ kel für die Ausweichbahn. Das Fahrzeug erhält auf der Ausweichbahn einen zusätzli¬ chen Geschwindigkeitsanteil v quer zum ursprünglichen Kurswinkel. Es gilt

= ^F (t) u

Ht ^L K^ α g(t _κ )

K

v„ = g v„ r q.

Der neue Kurswinkel ergibt sich zu

z/ _KV2 = z/p + arctan -

KValt

Die KoUisionsvermeidungsemrichtung KV2 greift nicht in die Sollgeschwindigkeit ein, d.h. der ursprüngliche Wert ap der Sollbeschleunigung wird unverändert zur Aufinte¬ gration der Sollgeschwindigkeit weitergegeben.

Die in Figur 20 dargestellte KoUisionsvermeidungsemrichtung KV2 beinhaltet die Blöcke 2.1 (Übertragungsglied 501), 2.2 (Übertragungsglied 503) und 2.3 (Übertra¬ gungsglied 505), die in den Figuren 21 bis 23 gesondert dargestellt sind.

Block 2.1 (Fig. 21) bestimmt aus den Eingangssignalen r _mind , r ψγ, tγ, x _p y _p , ? p,

^V KV ^a F' ^r F' ^X H' ^y H' ^a H' ^;/ H' ^V H ^{und r} H ^die Q ^{uerverschieDUπ} g ^{en r} _q [ ^und r _re für Ausweichmanöver nach links oder rechts quer zum Kurswinkel. Das Sinusglied 529 und das Cosinusglied 531 ermitteln den Sinus bzw. den Cosinus des Kurswinkels z/p. Das

Eingangssignal r wird im Totzeit glied 525 um einen Zeitschritt Δt verzögert. Das

Ausgangssignal r , des Totzeitgliedes 525 wird im Multiplizierer 533 mit dem Sinus des Kurswinkels z/p (Sinusglied 529) und im Multiplizierer 535 mit dem Cosinus des

Kurswinkels z/p (Cosinusglied 531) multipliziert. Durch Subtraktion des Ausgangssig-

nals des Multiplizierers 533 vom Eingangssignals Xp bestimmt der Summierer 537 die Position Xp . Die Position yp wird vom Summierer 539 durch Addition der Eingangs¬ größe yp und des Ausgangssignals des Multiplizierers 539 gebildet. Der Summierer 527 bestimmt den Krümmungsradius rp durch Subtraktion des Ausgangssignals r , , des Totzeit gliedes 525 von der Eingangsgröße rp. Die Signale Xp y _F , z/p, v^-y, ap, r _{p u} , Y _T T, z pr, Vp., a r und rpr sind die Eingangssignale der Einrichtung KP, die als Über¬ tragungsglied 541 Bestandteil des Blocks 2.1 ist und die Größen Xγ ψγ und tγ ermittelt. Block 2.1 beinhaltet weiterhin zwei Übertragungsglieder (543 und 545) vom Typ Block 1.5, bei denen der Ausgang des Summierers 223 im Gegensatz zur Darstel- lung in Fig. 9 nicht nach außen geführt ist. Das Übertragungsglied 543 bestimmt aus den Eingangssignalen tγ v^y, ap, z/p und rp den Kurswinkel des Fahrzeugs nach Ablauf der Zeit tγ und bei einer Querverschiebung der Position um r , .. Entspre¬ chend bestimmt das Übertragungsglied 545 aus den Eingangssignalen tγ, r^-y, ap, z p und rp den Kurswinkel des Fahrzeugs nach Ablauf der Zeit tγ auf der originalen Soll- bahn. Das Ausgangssignal des Übertragungsgliedes 543 wird im Summierer 547 vom Ausgangssignal γ der Einrichtung KP subtrahiert. Das Signumglied 549 bestimmt aus dem Ausgangssignal des Summierers 547 den Vorzeichenfaktor 7 Entsprechend bestimmt das Signumglied 559 aus dem Ausgangssignal des Summierers 557, der das Ausgangssignal des Übertragungsgliedes 545 von der Eingangsgröße ψγ subtrahiert, den Vorzeichenfaktor 7. Der Summierer 553 subtrahiert die im Multiplizierer 561 mit dem Vorzeichenfaktor 7 multiplizierte Größe Tγ von der im Multiplizierer 551 mit dem Vorzeichenfaktor 7 multiplizierten Größe Tγ . Außerdem wird die mit 7 multiplizierte Größe r^- im Summierer 563 vom Eingangssignal r • , und im Summierer 565 vom negativen Eingangssignal — r--^-^ subtrahiert. Das Signal r , (Totzeitglied 525) wird im Multiplizierer 567 mit dem Ausgangssignal des Summierers 563 und im Multiplizie¬ rer 569 mit dem Ausgangssignal des Summierers 565 multipliziert. Der Dividierer 571 bildet das Ausgangssignal r q, , 11. des Blocks 2.1, indem er das Ausgangssignal des Multi- plizierers 567 durch das Ausgangssignal des Summierers 553 dividiert. Entsprechend dividiert der Dividierer 573 das Ausgangssignal des Multiplizier ers 569 durch das Aus- gangssignal des Summierers 553 und bestimmt so das Ausgangssignal r q,re des Blocks

2.1.

Block 2.2 (Übertragungsglied 503, Fig. 20) bestimmt abhängig von der Eingangsgröße t und dem Parameter t, .. den Wert g der Übertragungsfunktion und den Wert gy zur Bestimmung der Quergeschwindigkeit v . Wie in Fig. 22 dargestellt, bestimmt der

4 Dividierer 575 das Signal /t, _r : _t , das im Multiplizierer 577 quadriert wird und dessen

Quadrat im Multiplizierer 579 noch einmal mit -γ/--. _r - _t multipliziert wird. Der Sum-

mierer 585 bestimmt das Ausgangssignal g des Blocks 2.2, indem er das im Proportio¬ nalglied 583 mit dem Faktor 2 gewichtete Ausgangssignal des Multiplizier ers 579 mit dem im ProportionalgUed 581 mit dem Faktor —3 gewichteten Ausgangssignal des Multiplizierers 577 und der Konstanten 1 addiert. Der Summierer 587 subtrahiert das Ausgangssignal des Dividierers 575 vom Ausgangssignal des Multiplizierers 577. Das Ergebnis der Subtraktion wird im Proportionalglied 589 mit dem Faktor -6 gewichtet und im Multiplizierer 591 mit der Größe t, .. multipliziert. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 591 ist die Ausgangsgröße g des Blocks 2.2.

Eingangsgrößen des in Fig. 23 dargestellten Blocks 2.3, der als Übertragungsglied 505 (Fie. 20) Bestandteil der Einrichtung KV2 ist, sind die Ausςangssignale r _v und r des Blocks 2.1 und das Ausgangssignal g des Blocks 2.2 sowie das rückgekoppelte Aus¬ gangssignal r des Blocks 2.3. Das Totzeitglied 593 verzögert die rückgekoppelte Größe r um einen Zeitschritt Δt zur Größe r -, , die im Multiplizierer 595 mit dem Ein- gangssignal g multipliziert wird und ausschließlich im Summierer 597 von der Ein¬ g ^ö ang ^• " ^*** sg °röße r q, _r lι und im Summierer 599 von der Ein ^ö gang °sg °röße r q,re subtrahiert wird.

Das Absolutglied 601 bildet den Betrag des Ausgangssignals des Summierers 599 und gibt diesen auf den Summierer 605, der hiervon den im Absolutglied 603 gebildeten

Betrag des Ausgangssignals des Summierers 597 subtrahiert und das Ergebnis der Sub- traktion als Steuersignal auf das Schaltglied 615 gibt. Der Summlerer 607 subtrahiert das Eing °ang °ssig °nal r q,Iι vom Parameter r q, _ma„x, . Der Summierer 609 subtrahiert den

Parameter r . vom Eingangssignal r . Das Ausgangssignal des Summierers 609 ist Steuersignal der Schaltglieder 611 und 617. Wenn das Ausgangssignal des Summie¬ rers 609 positiv ist, d.h. wenn r größer ist als r - schaltet das Schaltglied 611 die Eingangsgröße r q,re und das Schaltglied 617 den Wert 1 durch. Andernfalls schaltet das

Schaltglied 611 die Eingangsgröße r Lj, ,ll. und das Schaltglied 617 den Wert -1 durch. Das

Ausgangssignal des Summierers 607 ist Steuersignal der Schaltglieder 613 und 619.

Wenn das Ausgangssignal des Summierers 607 positiv ist, d.h. r q, ,ιι. kleiner ist als r -__.„„, schaltet das Schaltglied 613 das Eingangssignal r ,. und das Schaltglied 619 den Wert 1 durch. Andernfalls schaltet das Schaltglied 613 das Eingangssignal r q,re und das Schaltglied 619 das Ausgangssignal des Schaltgliedes 617 durch. Die Größe r ist Ausgangssignal des Schaltgliedes 615, das bei positivem Steuersignal das Ausgangs¬ signal des Schaltgliedes 611 und sonst das Ausgangssignal des Schaltgliedes 613 durch¬ schaltet. Das Ausgangssigπal S ₂ des Schaltgliedes 619 ist positiv, wenn r innerhalb des Intervalls [r _q5min , r _qjmaχ ] liegt.

Die Ausgangssignale r und S des Blocks 2.3 (Übertragungsglied 505, Fig. 20) sind

4 -"

Ausgangssignale der Einrichtung KV2. Das Signal r wird im Multiplizierer 525 mit

4 der Ausgangsgröße g des Blocks 2.2 und anschließend im Multiplizierer 513 mit dem im

Sinusglied 509 bestimmten Sinus des Winkels z/p und im Multiplizierer 515 mit dem im Cosinusglied 511 bestimmten Cosinus des Winkels z p multipliziert. Der Summierer 517 ermittelt die Ausgangsgröße χ _ζ -y , indem er das Ausgangssignal des Multiplizierers 513 von der Eingangsgröße Xp subtrahiert. Der Summierer 519 addiert das Ausgangs¬ signal des Multiplizierers 515 zur Eingangsgröße yp und erhält so die Ausgangsgröße y- _rζ - - D s Arcustangensglied 521 bildet den Arcustangens der Größe v /v^-y, wobei v das im Multiplizierer 507 bestimmte Produkt der Ausgangsgröße r des Blocks 2.3 und der Ausgangsgröße g des Blocks 2.2 ist. Das Ausgangssignal ergibt sich im Summierer 523 durch Addition der Ausgangsgröße des Arcustangensgliedes 521 und der Eingangsgröße z/p.

Nachdem das Fahrzeug das Hindernis mit einer normalen Positionsverschiebung r im Sicherheitsabstand r • ■. passiert hat, führt eine Einrichtung R die Sollposition des Fahrzeuges in einem stetigen Übergang innerhalb der Zeit t .. , auf die ursprüngliche Sollbahn zurück. Dazu wird zum Zeitpunkt der engsten Annäherung, d.h. wenn t-r, negativ wird und kg von 1 auf —1 umschaltet, die augenblickliche Querverschiebung r gleich r der Sollposition gespeichert. Während der Zeitspanne t .. , nach dem

Zeitpunkt der Umschaltung der Größe kg, der ohne Beschränkung der Allgemeinheit der folgenden Betrachtungen gleich Null gewählt wird, bestimmt die Rückführvorrich¬ tung R die Sollposition Xn, y- _n und den Sollkurswinkel ZA-, wie folgt:

x _R = x _F - g(t) r _q?um sin (z/p)

v-r. = V F-T-* + arct , an — q,um SV

R v _κy

mit

^ 2 g(t) = 2 - 3 + 1 rück rück

_N 2 rück rück rück

Eingangssignale der Einrichtung R (Fig. 24) zur Rückführung der FahrzeugsoUposition auf die ursprüngliche Sollbahn sind die Ausgangsgröße r der Einrichtung KV2, die Ausgangsgröße kg der Einrichtung KE und die Signale z/p, v^-y, Xp und yp. Das Ein¬ gangssignal kg wird im Totzeitglied 621 um die Zeitspanne t .. T verzögert. Die Größe kg ist Steuersignal des Schaltgliedes 623, das bei positivem kg den Wert 0 und sonst den Wert 1 durchschaltet. Das Ausgangssignal des Totzeitgliedes 621 steuert das Schaltglied 625, das bei positivem Steuersignal das Ausgangssignal des Schaltgliedes 623 und sonst den Wert 0 durchschaltet. Das mit S bezeichnete Ausgangssignal des Schaltgliedes 625 nimmt nach dem Umschalten der Größe kg von +1 auf —1 für eine Zeitspanne t _ü -, den Wert 1 an und hat sonst den Wert Null. Mit der positiven Flanke des Ausgangssignals des Schaltgliedes 625 wird der Intergrierer 629 auf den Wert 0 gesetzt und das Sample & Hold-Glied 627 tastet das Signal r ab und hält den augen¬ blicklichen Wert r bis zur nächsten positiven Flanke. Der Integrierer 629 integriert das Ausgangssignal des Schaltgliedes 625 auf. Der Summierer 631 subtrahiert das Aus¬ gangssignal des Integrierers 629 vom Parameter t .. , . Das Übertragungsglied 633 vom Typ Block 2.2 bestimmt aus der Größe t ~ , und dem Ausgangssignal des Summierers

631 die Größen g und g . Das Ausgangssignal r des Sample & Hold-Gliedes 627 wird im Multiplizierer 635 mit g und anschließend im Multiplizierer 641 mit dem im Sinusglied 637 gebildeten Sinus des Eingangssignals p bzw. im Multiplizierer 643 mit dem im Cosinusglied 639 gebildeten Cosinus des Eingangssignals z/p multipliziert. Der Summierer 645 ermittelt die Ausgangsgröße x-n, indem er das Ausgangssignal des Mul¬ tiplizierers 641 von der Eingangsgröße Xp subtrahiert. Der Summierer 647 addiert das Ausgangssignal des Multiplizierers 643 zur Eingangsgröße y _F und erhält so die Aus¬ gangsgröße y _r *. Das Arcustangensglied 651 bildet den Arcustangens der Größe v /

4

v-r , wobei v das im Multiplizierer 649 gebildete Produkt aus r und g ist. Das

Ausgangssignal v-, ergibt sich im Summierer 653 durch Addition der Ausgangsgröße des Arcustangensgliedes 651 und der Eingangsgröße z/p.

6.4 Verfahren und Einrichtung KV3 zur Kollisionsveπneidung durch Folgen

Ziel des in Abschnitt 6.2 beschriebenen Verfahrens zur Kollisionsvermeidung durch Brems— oder Beschleunigungsmanöver ist es, ein Hindernis mit einem Mindestabstand r • ■, kollisionsfrei zu passieren.

Wie in Figur 16 anschaulich dargestellt und in Abschnitt 6.2 erläutert, können Sonder¬ fälle auftreten, bei denen das Fahrzeug das Hindernis durch Brems— oder Beschleuni¬ gungsmanöver nicht passieren kann. In diesen Fällen muß das Fahrzeug das Hindernis durch ein Ausweichmanöver quer zur Kursrichtung passieren oder das Fahrzeug folgt dem Hindernis unter Einhaltung eines Mindest abstandes r • _,.

Um das Fahrzeug dem Hindernis unter Einhaltung eines Mindestabstandes r • , fol¬ gen zu lassen, wird erfindungs gemäß folgendes Verfahren verwandt:

Mit der Abweichung

d = r m. ind V ( ^χ _F - x _H ) + (y _F - y _H >

des Abstandes vom Mindestabstand r . , und der momentanen Relativgeschwindig¬ keit

ΔV = V-rry - Vpr COS ( p — Z/pr)

zwischen Fahrzeug und Hindernis in Kursrichtung des Fahrzeuges berechnet die KoUisi¬ onsvermeidungsemrichtung KV 3 die Beschleunigung a- _j -y zu

2

Durch die Umschaltung für den Bereich [ dl < d u _m werden betra °ςsmäßig ° extrem hohe ^a KV3 ^{für d} 0 vermieden.

Die Einrichtung KV3 (Fig. 20) bestimmt entsprechend dem beschriebenen Verfahren die Beschleunigung Eingangsgrößen der Einrichtung KV3 sind die Signale ^r mind' ^X F ^> yp ^X H' ' ^V F' W ^V KV ^{und V} H" .

Der Summierer 709 addiert das im Multiplizierer 705 bestimmte Quadrat der Aus¬ gangsgröße des Summierers 701 und das im Multiplizierer 707 bestimmte Quadrat der Ausgangsgröße des Summierers 703, wobei der Summierer 701 die Eingangsgröße Xpr von der Eingangsgröße Xp subtrahiert und der Summierer 703 die Eingangsgröße y- _u von der Eingangsgröße yp subtrahiert. Der Summierer 713 bildet die Größe d durch Subtraktion der im Wurzelglied 711 gebildeten Quadratwurzel des Ausgangssignals des Summierers 709 von der Eingangsgröße r • •,. Der Summierer 721 bildet die Größe Δv durch Subtraktion des im Multiplizierer 719 bestimmten Produktes der Eingangsgröße Vpr mit dem Ausgangssignal des Cosinusgliedes 717 von der Eingangsgröße v^y, wobei das Cosinusglied 717 den Cosinus des im Summierer 715 durch Subtraktion der Größe z/pr von der Größe z/p ermittelten Differenzsignals bestimmt. Der Summierer 727

9 addiert die im Proportionalglied 723 mit dem Faktor — of multiplizierte Größe d zur im Proportionalglied 725 mit dem Faktor - 2a multiplizierten Größe Δv, wobei a einen frei vorgebbaren Parameter darstellt. Der Dividierer 737 dividiert die im Multiplizierer 729 quadrierte und anschließend im Proportionalglied 731 mit dem Faktor 1/2 multipli¬ zierte Größe Δv durch das Ausgangssignal d des Summierers 713. Das Signal d wird im Summierer 733 zum Parameter -d _um addiert und im Summierer 735 vom Parameter -d subtrahiert. Das Ausgangssignal des Summierers 733 ist Steuersignal des Schalt-

gliedes 741, welches bei positivem Steuersignal die im Proportionalglied 739 mit -1 multiplizierte Ausgangsgröße des Dividierers 737 und ansonsten die Ausgangsgröße des Summierers 727 durchschaltet. Das Ausgangssignal des Summierers 735 ist Steuersignal des Schaltgliedes 743, welches bei positivem Steuersignal das Ausgangssignal des Divi¬ dierers 737 und ansonsten das Ausgangssignal des Schaltgliedes 741 als Ausgangsgröße aγm -m der Einrichtung KV3 durchschaltet.

6.5 Ausführungsbeispiel 1 für eine Anordnung zur automatischen Kollisionsvermei¬ dung

Dem Ausführungsbeispiel 1 liegen der Aufbau und die Gesamtstruktur der Fahrzeug- führung zugrunde, wie sie in Figur 1 und 2 dargestellt und in Abschnitt 6.1 bereits erläutert wurden.

Die Anordnung (Fig. 26) setzt sich im wesentlichen aus den Einrichtungen B (823), KP (825), S (827), KE (829), KVl (831), KV2 (833), KV3 (835), R (837) und dem Ausgangsblock KV—AUS zusammen. Emgangssignale der Anordnung sind die aus der Ebene der Sollbahnvorgabe bzw. der Hinderniserkennung vorgegebenen Größen p, yp, v- _c , Vp, r , X r, ytr- z/ r, Vpr, au und rpr. Die Eingangssignale werden von den Sample & Hold-Gliedern 801 bis 821 in Abständen Δt abgetastet und über einen Zeitschritt Δt konstant gehalten.

Der Block B (823) bestimmt aus der rückgekoppelten Ausgangsgröße v-^y und dem Eingangssignal Vp die Fahrzeugbeschleunigung ap. Zusammen mit den Signalen Xp,

Yp, vp- , ^v v ^r F' ^X H' ^y H' ^V H' ^V H' H ^{und r} H ^{ist a} F ^Ein gangssignal der Vorrichtung KP (825) zur Bestimmung der Kollisionsparameter Xγ, ψγ und tγ. Die Vorrichtung S (827) ermittelt aus den Größen ψγ, /p und ^y den Mindestabstand r • -,. Aus den Eingangsgrößen Tγ, r . •, und tγ sowie dem Parameter t, .. legt die Einrichtung KE (829) zur Kollisionserkennung die Ausgangsgröße kg fest, die bei Kollisionsgefahr den Wert 1 und sonst den Wert —1 hat.

Die Kollisionsvermeidungseinrichtung KVl (831) bestimmt aus den Eingangsgrößen ^r mind' ^§ ' ^r K' ^X F ^> ^ ^/y P ^V KV ^a P ^r P ^X H' ^H' ^V H ^{> V} H' ^a H ^{und r} H ^{sowie den Para} - metern a, , a , c und Δa die Beschleunigung --γy, und die Schaltsignale S^ und S,.

Die KoUisionsvermeidungsemrichtung KV2 (833) ermittelt aus den Eingangsgrößen ^r mind' ^X P ^y P ^V F' ^V KV ^a F' ^r P ^X H' ^y H' ^V H ^{> V} H' ^a H' ^r H ^{und den Parametern} t iv

T ■ und r die Querpositionsverschiebunς r, , das Schaltsignal S.->. die Position q,ιmn q,max ^ ° q' ° 2- x y* _j v? ^{un en} Kurswinkel - r-y- Die KoUisionsvermeidungsemrichtung KV3 (835) bestimmt aus den Eingangsgrößen r _mind , x _p y _p x _H , y _H , z/ _p , v^- v _κγ und ' _H die Beschleunigung Die Einrichtung R (837) ermittelt aus den Größen r S, z , v-ß-y- Xp und Vp das Schaltsignal S , die Position x-n, y- _o und den Kurswinkel z n, wobei das Eingangssignal S der Einrichtung KV3 Ausgangssignal der Einrichtung KV— AUS ist und das Eingangssignal kg in Figur 24 ersetzt. Sämtliche Ausgangsgrößen der Einrichtungen KE (829), KVl (831), KV2 (833), KV3 (835) und R (837) und zu¬ sätzlich die Signale p, Vp, z p und ap sind Eingangsgrößen der Einrichtung KV— AUS, die die Ausgangsgrößen S, ^{un a} V ^Dest ™ ^mt - D s Schaltsignal S wird auf den Eingang der Einrichtung R zurückgeführt. Die Ausgangsgröße v^-y der Anordnung wird durch Aufintegration (Integrierer 841) und anschließendes Abtasten in Zeitschritten Δt und Halten über einen Zeltschritt Δt (Sample & Hold-Glied 843) aus der Größe a-^y gebildet. Die Signale ^-y, y_ _ζ - * und v-try werden als Ausgangs¬ signale der Kollisionsvermeidungsanordnung an die Ebene der Regelung weitergegeben.

Der Aufbau der Einrichtung KV— AUS ist in Figur 27 dargestellt. Das Eingangssignal S-, der Einrichtung KV—AUS ist Steuersignal der Schalt glieder 845 und 847, wobei Schaltglled 845 bei positivem S-, das Eingangssignal S _Q und Schaltglied 847 das Aus¬ gangssignal des Schaltgliedes 845 durchschaltet. Bei negativem S-, schaltet Schaltglied 845 den Wert —1 und Schalt glied 847 den Wert +1 durch. Das Ausgangssignal des Schaltgliedes 847 nimmt den Wert 1 an, wenn S-, negativ ist oder S-, positiv und S _π positiv ist. Das Signal S ist Steuersignal des Schaltgliedes 849, welches bei positivem Steuersignal das Ausgangssignal des Schaltgliedes 847 und sonst den Wert —1 durch¬ schaltet. Das Signal kg ist Steuersignal des Schalt gliedes 851, welches bei positivem Steuersignal das Ausgangssignal des Schaltgliedes 849 und sonst den Wert —1 durch¬ schaltet. Das Ausgangssignal des Schaltgliedes 851 ist Ausgangssignal S der Vorrich- tung KV—AUS. Bei positivem S wird die Kollision durch ein Ausweichmanöver quer zur Kursrichtung vermieden (KV2). Bei negativem S wird im Falle von Kollisionsge¬ fahr ein Brems— oder Beschleunigungsmanöver durchgeführt (KVl, KV3). S ist Steuer¬ signal der Schaltglieder 859, 861, 863 und 853. Bei positivem S schaltet Schaltglied 859 das Signal Schaltglied 861 das Signal Y _j , Schaltglied 863 das Signal z y _? und Schaltglied 853 den Wert -1 durch. Bei negativem S schaltet Schaltglied 859 das Signal Xp, Schaltglied 861 das Signal yp, Schaltglied 863 das Signal z/p und Schaltglied 853 das Signal kg durch. Das Signal SQ ist Steuersignal der Schaltglieder 855 und 857,

wobei das Schaltglied 855 bei positivem S den Wert -1 und sonst das Ausgangssignal des Schaltgliedes 853 durchschaltet und Schaltglied 857 bei positivem S- das Ausgangs¬ signal des Schalt gliedes 853 und sonst den Wert —1 durchschaltet. Das Ausgangssignal des Schaltgliedes 855 steuert Schaltglied 865, welches bei positivem Steuersignal das Signal a^y-. und sonst das Signal ap durchschaltet. Das Ausgangssignal des Schaltglie¬ des 857 steuert das Schaltglied 867, welches bei positivem Steuersignal das Signal a^ . und sonst das Ausgangssignal des Schaltgliedes 865 durchschaltet. Das Eingangssignal So ist Steuersignal der Schaltglieder 869, 871 und 873, wobei bei positivem So vom

Schaltglied 869 das Signal x- _p , vom Schaltglied 871 das Signal yp und vom Schaltglied 873 das Signal z/p und bei negativem So vom Schaltglied 869 das Ausgangssignal des Schaltgliedes 859, vom Schaltglied 871 das Ausgangssignal des Schaltgliedes 861 und vom Schaltglied 873 das Ausgangssignal des Schaltgliedes 863 durchgεschaltet /erden.

Die Beschaltung der Schaltglieder 845, 847 und 849 ist so gewählt, daß ein Ausweich- manöver quer zur Kursrichtung nur dann durchgeführt wird, wenn S positiv ist (d.h. es steht ein genügend großes Intervall [r . r ] für seitliche Ausweichmanöver zur Verfügung) und wenn eine Kollision durch Brems— oder Beschleunigungsmanöver nicht vermieden werden kann (S-, negativ) oder das Hindernis hierbei nicht passiert wird (S-, positiv und SQ positiv). Ansonsten wird eine Kollision durch Brems- oder Beschleunigungsmanöver vermieden.

Durch Abänderung der Einrichtung KV-AUS dergestalt, daß die Schaltglieder 845, 847 und 849 ersatzlos wegfallen und die Eingangsgröße S ₉ direkt auf den " +" Eingang des Schaltgliedes 851 geschaltet ist, wird eine Kollision bei positivem S immer durch ein seitliches Ausweichmanöver vermieden.

6.6 Vereinfachtes Verfahren und Einrichtung zur Kollisionsvermeidung

Mit Hilfe des in Abschnitt 6.1.2 beschriebenen Verfahrens, das der Einrichtung KP (Fig. 13) zugrunde liegt, werden die noch verbleibende Zeit tγ bis zur engsten Annähe¬ rung zwischen Fahrzeug und Hindernis sowie der Abstand Tγ und der Winkel ψγ der engsten Annäherung bestimmt. Anhand der Größen Tγ und tγ legt die Einrichtung KE zur Kollisionserkennung unter Berücksichtigung des Mindestabstandes r • , und der Zeit konstanten t, •, die Größe kg fest, die angibt, ob Kollisionsgefahr besteht.

Dem vereinfachten Verfahren zur Kollisionsvermeidung liegt die Idee zugrunde, die Einhaltung des Mindestabstandes r • _ι zum Zeitpunkt der engsten Annäherung da¬ durch zu sichern, daß die Sollposition des Fahrzeugs innerhalb der noch verbleibenden Zeit tγ gegenüber der ursprünglichen Sollposition um die Länge

Δr nind ^{~' i} K

i _n Richtung des Winkels γ verschoben wird. Durch die Positionsverschiebung unter dem Winkel ψγ wird die Lage in genau der Richtung geändert, die die größte Verbesse¬ rung des Abstandes der engsten Annäherung erwarten läßt. Im Gegensatz zu der Positi¬ onsverschiebung quer zur Sollbahn, wie sie in Abschnitt 6.3 beschrieben wird, ist bei einer Positionsverschiebung unter dem Winkel ψγ auch ein Anteil längs zur Kursrich- tung enthalten. Die Verschiebung um Δr geschieht in einem stetigen Übergang mittels einer Gewichtungsfunktion g(tτv-).

Für die neue Sollposition ergibt sich

^X KV4 ^{= X} F ⁺ S-^K) ^{ΔΓ C0S} ^

^y KV4 ^{= y} F ^{+ g} ^κ) ^{Δr sin φ} K

Der neue Kurswinkel ergibt sich mit

^U K g _V ^{" L} krit ^L kr i t ^ i t

als

KV4 ^{~ arctan}

Die Einrichtung KV4 zur Kollisionsvermeidung nach dem beschriebenen Verfahren ist in Fig. 28 dargestellt. Der Summierer 901 bildet die Größe Δr, indem er das Eingangs¬ signal γ vom Eingangssignal r • _ι subtrahiert. Die Größe Δr wird im Multiplizierer 903 mit dem Ausgangssignal g und im Multiplizierer 905 mit dem Ausgangssignal g des Übertragungsgliedes 902 vom Typ Block 2.2 multipliziert, wobei das Übertragungs¬ glied 902 in der in Fig. 2.2 dargestellten und in Abschnitt 6.3 beschriebenen Weise aufgebaut ist und als Eingangsgrößen das Signal tγ und den Parameter ti, ■ . besitzt. Die Ausgangsgröße γy des Multiplizierers 903 wird im Multiplizierer 915 mit dem im Sinusglied 907 bestimmten Sinus der Eingangsgröße γ und im Multiplizierer 917 mit dem Cosinusglied 909 bestimmten Cosinus des Winkels γ multipliziert. Entspre¬ chend wird die Ausgangsgröße v-v-y _A des Multiplizierers 905 im Multiplizierer 919 mit dem Sinus des Winkels ψγ und im Multiplizierer 921 mit dem Cosinus des Winkels ψγ multipliziert. Das Eingangssignal Vγy wird im Multiplizierer 923 mit dem im Sinus- glied 911 gebildeten Sinus des Winkels z/p und im Multiplizierer 925 mit dem im Cosi¬ nusglied 913 gebildeten Cosinus des Winkels z/p multipliziert. Im Summierer 927 wird die Größe y y durch Addition des Ausgangssignals des Multiplizierers 915 und des Eingangssignals yp bestimmt. Entsprechend bestimmt der Summierer 929 die Größe ^X KV4 ^urcn Addition des Ausgangssignals des Multiplizierers 917 und des Eingangssig- nals -ro. Das Arcustangensglied 935 ermittelt den Winkel V y mit dem Ausgangssig¬ nal des Summierers 931 als Gegenkathete und dem Ausgangssignal des Summierers 933 als Ankathete, wobei der Summierer 931 das Ausgangssignal des Multiplizierers 923 zum Ausgangssignal des Multiplizierers 919 addiert und der Summierer 933 das Aus¬ gangssignal des Multiplizierers 925 zum Ausgangssignal des Multiplizierers 921 addiert.

Nachdem das Fahrzeug das Hindernis mit einer um Δr unter dem Winkel ψγ verscho¬ benen Position im Sicherheitsabstand r • , passiert hat, führt eine Einrichtung R4 die Sollposition des Fahrzeuges in einem stetigen Übergang innerhalb der Zeit t .. , auf die ursprüngliche Sollbahn zurück. Dazu wird zum Zeitpunkt der engsten Annäherung, d.h. wenn tγ negativ wird und kg von 1 auf -1 umschaltet, die augenblickliche Positions¬ verschiebung g( )Δr gleich r^y . der Sollposition und der augenblickliche Winkel ψγ gleich ψγ _um gespeichert. Während der Zeitspanne - _j , nach dem Zeitpunkt der

Umschaltung der Größe kg, der ohne Beschränkung der Allgemeinheit der folgenden Betrachtungen als gleich Null betrachtet wird, bestimmt die Rückführeinrichtung R4 die Sollposition x J _D A. _Λ , Y ^* JτLV _> T . und den Sollkurswinkel U S _Ό \- _A τ wie folgt:

- ^~ -

"R4 δ^ ^r KV4,um ^cos ^K,u )

^y _R4 = ^y _F ⁺ IW ^r κv4,um ^ J

z/ _R4 = arctan 'KV _∞s ^~ _ ^r KV4,um ^s _co ^m _s , um

'KV 'F - ^r KV4,um ^cos ^K. uurm

mit

g(t) + 1

Eingangssignale der Einrichtung R4 (Fig. 29) zur Rückführung der FahrzeugsoUpositi¬ on auf die ursprüngliche Sollbahn sind die Ausgangsgrößen r^y, und ψγy _λ der Ein¬ richtung KV4, die Ausgangsgröße kg der Einrichtung KE und die Signale z/p, v-r y, x und yp. Das Eingangssignal kg wird im Totzeitglied 937 um die Zeitspanne t .. _* ver¬ zögert. Die Größe kg ist Steuersignal des Schaltgliedes 939, das bei positivem kg den Wert 0 und sonst den Wert 1 durchschaltet. Das Ausgangssignal des Totzeitgliedes 937 steuert das Schaltglied 941, das bei positivem Steuersignal das Ausgangssignal des Schaltgliedes 939 und sonst den Wert 0 durchschaltet. Das mit S, bezeichnete Aus¬ gangssignal des Schaltgliedes 941 nimmt nach dem Umschalten der Größe kg von +1 auf —1 für eine Zeitspanne t .. , den Wert 1 an und hat sonst den Wert Null. Mit der

positiven Flanke des Ausgangssignals des Schaltgliedes 941 wird der Intergrierer 943 auf den Wert 0 gesetzt und das Sample & Hold-Glied 949 tastet das Signal t y ab und hält den augenblicklichen Wert T _uτr . ^{ms zur} nächsten positiven Flanke. Ent¬ sprechend tastet das Sample & Hold-Glied 951 bei positiver Flanke des Signals $_, die Eingangsgröße ψγ ab und hält den augenblicklichen Wert γ bis zur nächsten positiven Flanke. Der Integrierer 943 integriert das Ausgangssignal des Schaltgliedes 941 auf. Der Summierer 945 subtrahiert das Ausgangssignal des Integrierers 943 vom Parameter t _ü -, . Die Größe r^y, wird im Multiplizierer 959 mit dem Aus ^' gangssig- nal g und im Multiplizierer 961 mit dem Ausgangssignal g des ^' Übertragungsgliedes 947 vom Typ Block 2.2 multipliziert, wobei das Übertragungsglied 947 in der in Fig. 22 dargestellten und in Abschnitt 6.3 beschriebenen Weise aufgebaut ist und als Eingangs¬ größen das Ausgangssignal des Summierers 945 und den Parameter t .. , besitzt. Die Ausgangsgröße des Multiplizierers 959 wird im Multiplizierer 963 mit dem im Sinus¬ glied 955 bestimmten Sinus der Größe γ und im Multiplizierer 965 mit dem im Cosinusglied 957 bestimmten Cosinus der Größe ψγ multipliziert. Entsprechend wird die Ausgangsgröße des Multiplizierers 961 im Multiplizierer 967 mit dem Sinus der Größe ψγ und im Multiplizierer 969 mit dem Cosinus der Größe ψγ multipli¬ ziert. Das Eingangssignal v-r wird im Multiplizierer 983 mit dem im Sinusglied 979 gebildeten Sinus des Winkels p und im Multiplizierer 985 mit dem im Cosinusglied 981 gebildeten Cosinus des Winkels p multipliziert. Im Summierer 971 wird die Größe Yp , durch Addition des Ausgangssignals des Multiplizier ers 963 und des Eingangssig¬ nals yp bestimmt. Entsprechend bestimmt der Summierer 973 die Größe x _R4 durch Addition des Ausgangssignals des Multiplizierers 965 und des Eingangssignals X _p . Das Arcustangensglied 987 ermittelt den Winkel z/p Λ mit dem Ausgangssignal des Summie¬ rers 975 als Gegenkathete und dem Ausgangssignal des Summierers 977 als Ankathete, wobei der Summierer 975 das Ausgangssignal des Multiplizierers 967 vom Ausgangssig¬ nal des Multiplizierers 983 subtrahiert und der Summierer 977 das Ausgangssignal des Multiplizierers 969 vom Ausgangssignal des Multiplizier ers 985 subtrahiert.

6 7 Ausführuπgsbeispiel 2 für eine Anordnung zur automatischen Kollisionsvermei- dung

Dem Ausführungsbeispiel 2 liegen der Aufbau und die Gesamtstruktur der Fahrzeug- führung zugrunde, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt und in Abschnitt 6.1 bereits erläu¬ tert wurden.

Die Anordnung (Fig. 30) setzt sich im wesentlichen aus den Einrichtungen B (1021), KP (1023), S (1027), KE (1025), KV4 (1029), R4 (1031) und dem Ausgangsblock KV4 AUS zusammen. Eingangssignale der Anordnung sind die aus der Ebene der Sollbahn¬ vorgabe bzw. der Hinderniserkennung vorgegebenen Größen x-r-, Vτ-, -__, v- . τ,-*, r,, y- _Lmf. ^v γs ^v f _[ - ^a u und r . Die Eingangssignale werden von den Sample & Hold-Gliedεrn 1001 bis 1019 in Abständen Δt abgetastet und über einen Zeitschritt Δt konstant ge¬ halten.

Der Block B (1021) bestimmt aus der rückgekoppelten Ausgangsgröße v^-y und dem Eingangssignal Vp die Fahrzeugbeschleunigung ap. Zusammen mit den Signalen , ^y F' ^P ^V KV' ^r P ^X H' ^y H' ^V H' ^V H' ^a H ^{und r} H ^{ist a} F ^Ein gangssignal der Einrichtung KP (1023) zur Bestimmung der Kollisionsparameter r^-, ψγ und t-^-. Die Einrichtung S (1027) ermittelt aus den Größen ψγ, p und γy den Mindestabstand r • ,. Aus den Eingangsgrößen r^-, ^r _mjncj und tγ sowie dem Parameter t, • legt die Einrichtung KE (1025) zur Kollisionserkennung die Ausgangsgröße kg fest, die bei Kollisionsgefahr den Wert 1 und sonst den Wert —1 hat.

Die KoUisionsvermeidungsemrichtung KV4 (1029) bestimmt aus den Eingangsgrößen ^r K' ^;/ K' K' ^r mind' ^X F' ^y F' F' ^V KV ^{und a} F ^{d e} Positio^^rschiebung Δr, die Position ^X KV4' ^y KV4 ^{und den Kurswinlcel} ^KV4-

Die Einrichtung R4 (1031) ermittelt aus den Größen Δr, ψγ, kg, Xp. y _F , z/p, Vγy und ap das Schaltsignal S,, die Position XT , -~t A und den Kurswinkel p ,. Sämtliche Ausgangsgrößen der Einrichtungen KE (1025), KV4 (1029) und R4 (1031) und zusätz¬ lich die Signale p, yp und z/p sind Eingangsgrößen der Einrichtung KV4-AUS, die die Ausgangsgrößen X y, y-^y und Vγy bestimmt. Die Ausgangsgröße v^-y der Anord¬ nung wird durch Aufintegration (Integrierer 1035) und anschließendes Abtasten in Zeitschritten Δt und Halten über einen Zeitschritt (Sample & Hold-Glied 1037) aus der Ausgangsgröße p der Einrichtung B gebildet. Die Signale --γy _. >Vy, Vγy und ^V KV ^{erc en a} ^ ^s Ausgangssignale der Kollisionsvermeidungsanordnung an die Ebene

der Regelung weitergegeben.

Der Aufbau der Einrichtung KV4-AUS (1033) ist in Fig. 31 dargestellt. Eingangs¬ größen der Vorrichtung KV4-AUS sind die Signale kg, y _KV4 , _{κ V4} , z> _K y ₄ , S ₄ , y _R4 , Xp ₄ und z/ _R4 . Das Eingangssignal S ₄ steuert die Schaltglieder 989, 991 und 993, wobei bei positivem S ₄ Schaltglied 989 die Größe x^ ,, Schaltglied 991 die Größe y _R4 und Schaltglied 993 die Größe v-r _* und bei negativem S ₄ Schaltglied 989 die Größe Xp, Schaltglied 991 die Größe yp und Schaltglied 993 die Größe z p durchschaltet. Das Ein¬ gangssignal kg steuert die Schaltglieder 995, 997 und 999, wobei bei positivem kg Schaltglied 995 die Größe x _KV4 , Schaltglied 997 die Größe y _κy4 und Schaltglied 999 die Größe V y_ _{ durchschaltet. Bei negativem kg schaltet Schaltglied995 das Ausgangs¬ signal von Schaltglied 989, Schaltglied 997 das Ausgangssignal von Schaitglied 991 und Schaltglied 999 das Ausgangssignal von Schaltglied 993 durch.