English

Modern driver assistance systems are gradually engaging in vehicle guidance. Examples are systems for lane-keeping and for lane departure warning. For future assistance systems, e.g. for lane-change or evasion maneuvers, collision-free motion planning has to be addressed. This work combines motion planning and trajectory tracking into a unified framework of potential field methods for shared vehicle guidance between driver and assistance system. Therein, a so-called elastic band, originally introduced in robotics, acts like a virtual antenna, similar to the antennae of an insect, sensing trajectories of low hazards in the environment. Specifically for the automotive application, the motions of other traffic participants are also anticipated by extrapolation methods. The tracking algorithms consist of curvature based feedforward control in combination with a potential field based guidance controller, which is shown to be stable in the sense of Lyapunov. Besides that, a Lyapunov function provides bounds for the tracking error depending on the initial conditions and the parameters of the controller. The steering angle, proposed by the guidance system, is communicated to the driver via an assistance-torque at the steering wheel. In parallel, the driver’s steering intension is incorporated to shape the planned trajectories. This interactive guidance concept is experimentally tested in a driving simulator. Therein, different configurations of the assistance torques are analyzed.

Deutsch

Moderne Fahrerassistenzsysteme unterstützen den Fahrer bereits heute in der Fahrzeugführung. Beispiele hierfür sind Systeme zur Spurhalteassistenz und zur Spurverlassenswarnung. Zukünftige Systeme wie Spurwechsel- oder Ausweichassistent machen Methoden zur kollisionsfreien Bewegungsplanung im Verkehrsraum erforderlich. Die vorliegende Arbeit stellt einen durchgängigen Ansatz zur Bewegungsplanung und Bahnfolgeregelung auf Basis von Potentialfeldmethoden vor. Die Umgebung des Fahrzeugs wird dabei zunächst in einer Gefahrenkarte abgebildet. Ein elastisches Band, welches ähnlich den Fühlern von Insekten vor dem Fahrzeug her geschoben wird, detektiert Bereiche des Verkehrsraums mit besonders niedrigem Gefahrenniveau. Hierbei werden, ergänzend zu Ansätzen aus der Robotik, auch die Bewegungen anderer Verkehrsteilnehmer berücksichtigt. Die Bahnfolgeregelung besteht aus einer Kombination von krümmungsbasierter Vorsteuerung und potentialfeldbasiertem Regler. Für das potentialfeldbasierte Regelkonzept wird Stabilität im Sinne Ljapunov’s nachgewiesen. Über eine entsprechende Ljapunov-Funktion können abhängig von Anfangsbedingungen und Reglerparametern Schranken für Quer- und Winkelabweichung von der geplanten Trajektorie angegeben werden. Der vom Assistenzsystem vorgeschlagene Lenkwinkel wird dem Fahrer über ein entsprechendes Moment am Lenkrad kommuniziert. Der resultierende, vom Fahrer gewählte Lenkwinkel, wird wiederum in der Trajektorienplanung berücksichtigt. Diese Interaktion zwischen Fahrer und Assistenzsystem wird anhand verschiedener Ausprägungen des Assistenzmoments in einem Fahrsimulator experimentell untersucht.