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Forschungsschwerpunkte


Fahrerassistenzsysteme (Warnung bei überhöhter Geschwindigkeit vor den Kurven)

Die heutige Zeit ist von einem stetigen Zuwachs im Bereich der Personen- und Güterbeförderung geprägt. Dieser Trend wird sich auch in Zukunft als einer der zentralen charakteristischen Merkmale unserer Gesellschaft fortsetzen. Der hieraus hervorgehende, sich permanent erhöhende Bedarf an Mobilität bedingt zwangsläufig einen Anstieg an Verkehrsteilnehmern. Hierdurch werden Maßstäbe für die in diesem Bereich zukünftig zu entwickelnden Technologien gesetzt, mit deren Hilfe auch dann das Verkehrsaufkommen auf Autobahnen und im innerstädtischen Straßenverkehr bewältigt werden kann. Ebenso sollen beim Einsatz solcher Technologien potentielle Verkehrsunfälle von vorneherein vermieden werden.

Hinsichtlich der Realisierung solcher Verkehrssysteme wird zunächst an sog. autarken Modulen für Fahrzeuge gearbeitet, die unabhängig von infrastrukturellen Maßnahmen sowie unabhängig vom Grad der Ausrüstung anderer Verkehrsteilnehmer funktionieren. Hierbei können beispielsweise lediglich einzelne Fahrzeuge mit einem entsprechenden Assistenzsystem ausgerüstet werden, das den Fahrer im gegebenen Fall in direkter Weise unterstützt und somit in der Lage ist, mittelbar in das Verkehrsgeschehen einzugreifen. Bereits heute kann mit einem herkömmlichen Tempomaten die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs automatisch konstant gehalten werden, und zwar unabhängig davon, ob bergauf oder bergab gefahren wird, oder ob beispielsweise Gegenwind vorherrscht.

In Zukunft sollen diese in das Fahrzeug integrierten Regelungssysteme wesentlich erweitert werden, so daß letztlich komplette Fahrerassistenzsysteme vorliegen. So sollen im Fahrzeuglängsbereich Methoden dahingehend entwickelt werden, die es ermöglichen, automatisch unter Einhaltung eines entsprechenden Sicherheitsabstands einem vorausfahrenden Fahrzeug zu folgen. Hierbei soll dieser Abstand von der jeweils gefahrenen Geschwindigkeit in direkter Weise abhängen, so daß hohe Geschwindigkeiten einen entsprechend großen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug bewirken. Im Bereich der Querdynamik sollen Regelungssysteme die Stabilisierung des Fahrzeugs auf der gewählten Fahrspur bewirken.

Die regelungstechnischen Grundlagen dieser Verfahren sind ausführlich in folgendem Buch (Springer-Verlag, ISBN 3-540-67518-3) beschrieben:

R. Mayr: Regelungsstrategien für die automatische Fahrzeugführung

Die Fahrzeugregelung besteht aus den folgenden Hauptkomponenten:

  • Die Längsregelung zur Einhaltung des Sicherheitsabstands zum vorausfahrenden Fahrzeug.
  • Die Querregelung zur Stabilisierung des Fahrzeugs auf seiner Spur.

Methodik der Längsregelung:

Basierend auf den aktuellen Werten für den Abstand zum vorausfahrenden Verkehrsteilnehmer sowie für die Relativgeschwindigkeit zwischen beiden Fahrzeugen werden mittels geeigneter Regelungsalgorithmen die Stellsignale für das Antriebs- und für das Bremssystem ermittelt. Als Regelziel wird hierbei aus Sicherheitsgründen zweckmäßigerweise die Einhaltung eines vom zeitlichen Versatzwert und von der Geschwindigkeit abhängigen Sollabstands angestrebt, so daß bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit auch ein entsprechend hoher Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten wird.

Bei der Auslegung des Regelungssystems wird von absoluten Koordinaten, auf denen die Ableitung der Algorithmen basiert, in ein entsprechendes Relativsystem transformiert. Durch die Auslegung des Reglers in zunächst absoluten Koordinaten ist es möglich, das System mit Hilfe der Methoden der Regelungstechnik zu stabilisieren und somit in seiner Wirkungsweise an die gestellten Anforderungen anzupassen. Hierbei wird auch die sog. Schlangenstabilität miteinbezogen, auf deren Basis gewährleistet wird, daß für den Fall, daß mehrere mit dem gleichen System ausgerüstete Fahrzeuge eine Kolonne bilden sollten, und das erste Fahrzeug leicht bremst, für die nachfolgenden Fahrzeuge nicht ein verstärkender Effekt dieses Bremsmanövers eintritt. Dies könnte nämlich im schlechtesten Fall sogar bis zum Stillstand für ein rückwärtiges Fahrzeug führen.

Planung von Geschwindigkeitsprofilen für automatisch geführte Fahrzeuge

Hier wird ein zusätzliches Planungsmodul für das Geschwindigkeitsprofil eines mit einem Automatisierungssystem ausgestatteten Fahrzeugs vorgestellt. Es wird die Zielsetzung der Entwicklung einer intelligenten Strategie verfolgt, die es ermöglicht, vor kritischen Stellen auf der Fahrbahn, wie beispielsweise vor Kurven, die Geschwindigkeit rechtzeitig zu drosseln. Wie in den folgenden Abbildungen gezeigt, soll dies dadurch ermöglicht werden, daß die augenblicklichen Werte für die Position des Fahrzeugs sowie für die Fahrtrichtung mittels Satellitennavigation permanent erfaßt werden. Durch die Verknüpfung dieser Meßwerte mit den in einer Datenbank tabellarisch abgelegten Informationen über die Infrastruktur des Straßennetzes und dabei insbesondere über die Lage von Kurven, Einmündungen, Kreuzungen, Geschwindigkeitsbeschränkungen etc. kann ein entsprechendes Profil für die maximal erlaubte Geschwindigkeiten generiert werden. Hierbei ist insbesondere darauf zu achten, daß die Manöver zur Geschwindigkeitsreduzierung bereits in einem gebührenden Abstand vor der jeweiligen kritischen Stelle eingeleitet werden, so daß diese Stelle sicher durchfahren werden kann. Ein solches System kann auch lediglich Warnmeldungen bei aktuell zu hohen Fahrgeschwindigkeiten auslösen oder in bereits vorhandene Systeme zur automatischen Abstandshaltung zu einem vorausfahrenden Verkehrsteilnehmer integriert werden.

Die Architektur des Planungsmoduls


Die Messwerte


Grafische Benutzeroberfläche vom Fahrerassistenten


Warnung des Fahrerassistenten vor einer Kurve während des Fahrversuches