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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Fahrzeugpositionsbestimmung mittels Ortung auf einem Verkehrswegenetz. Insbesondere betrifft die Erfindung die Situation des Fahrtrichtungswechsels, beispielsweise die Ausfahrt von einer Autobahn oder das Abbiegen an einer Kreuzung innerorts.
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Aus der
DE 38 31 166 C2 ist eine Vorrichtung zur Fahrzeugpositionsbestimmung für die Situation des Fahrtrichtungswechsels bekannt. Dabei sind als Fahrtrichtungsgeber zwei gleichartige Umdrehungssensoren an den beiden Rädern einer Achse vorgesehen, ein weiterer Fahrtrichtungsgeber ist zu Justierzwecken kurzzeitig zuschaltbar, wenn das Fahrzeug in einen Kreuzungsbereich einfährt.
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Die
DE 100 23 586 A1 schlägt vor, zur Fahrzeugpositionsbestimmung für die Situation des Fahrtrichtungswechsels mittels Ortung mehrere Sensoreinheiten zu verwenden, nämlich eine GPS-Einheit, ein Odometer und einen Lenkwinkelsensor.
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Diese bekannten Vorrichtungen erlauben das Erkennen eines Abbiegens auf dem Verkehrswegenetz erst dann, wenn der Abbiegevorgang bereits durchgeführt wird bzw. durchgeführt wurde. Dabei ist noch zu berücksichtigen, dass es sich hier um das Gebiet der Ortung und nicht um das Gebiet der Navigation handelt. Denn bei der Verwendung eines Navigationssystems ist eine vorausberechnete Route bereits bekannt, das Fahrzeug folgt dann dieser Route.
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So offenbart die
DE 102 38 377 A1 ein Navigationssystem, welches für den Fall dass ein Fahrer nicht rechtzeitig den Fahrtrichtungsanzeiger betätigt, eine Warnung ausgibt und/oder den Fahrtrichtungsanzeiger selbsttätig betätigt.
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Eine derartige Verwendung von Navigationssystemen setzt eine eindeutige Route voraus. Moderne Navigationssysteme verwenden jedoch häufig systemintern nur einen wahrscheinlichsten Routenverlauf. Auch ist ein bewusstes Abbiegen des Fahrers von einer vorausberechneten Route bspw. zum Tanken oder Essen gehen möglich. In diesen Fällen sowie für den Fall, dass keine vorausberechnete Route verwendet wird, muss der Fahrtrichtungswechsel möglichst zeitnah erkannt werden. Nur so ist ein Komfortverlust für den Fahrer, bspw. bei der Ansteuerung von Assistenzsystemen, zu vermeiden.
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Aus der
US 5 740 547 A ist eine Vorrichtung zur Fahrzeug-Positionsbestimmung mittels Ortung auf einem Schienennetz bekannt, wobei Mittel vorgesehen sind, durch die vor dem Erreichen einer Weiche mit Hilfe des Drehratensensors und des Kilometerzählers ein Abbiegevorgang präjudiziert und daraus eine Ortung abgeleitet wird.
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Aus der Entgegenhaltung
DE 100 47 749 A1 ist eine Vorrichtung zur Fahrzeug-Positionsbestimmung mittels Ortung auf einem Verkehrswegenetz bekannt, wobei Mittel vorgesehen sind, durch die vor dem Erreichen eines Abbiegepunktes des Verkehrswegenetzes auf Basis eines Blinkersignals ein Abbiegevorgang präjudiziert wird, indem bereits vor dem eigentlichen Abbiegevorgang durch Auswertung des Blinkers die Wahrscheinlichkeit des Abbiegens bestimmt und bei Überschreiten einer entsprechenden Schwelle ein Abbiegevorgang angenommen wird. Hierbei wird die Vorhersage eines Abbiegevorgangs dazu verwendet, um eine im „Tempomatbetrieb” vorgegebene Sollbeschleunigung zu reduzieren oder ganz zu unterbinden.
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Aus der
JP 06 347 276 A ist ein Verwendung eines Blinker-Signals zur Positionsbestimmung in Navigationssystemen bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fahrzeug-Positionsbestimmung zu verbessern.
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Es ergibt sich mithin das Problem, bei einer vorher nicht genau bekannten Routenführung ein Abbiegen des Fahrzeuges zeitnah zu erkennen.
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Die Erfindung löst das Problem durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
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Durch die zeitnahe Erkennung des Abbiegens ergibt sich der Vorteil einer deutlichen Komforterhöhung. Für den Fahrer ausgegebene Hinweise passen nun zur aktuellen Fahrsituation und Fahrzeugassistenzsysteme werden stets entsprechend der aktuellen Fahrsituation angesteuert. Insbesondere entfällt die „Totzeit” nach dem Abbiegen, die berechnungstechnisch zum „Bestätigung” des Abbiegens benötigt wird, d. h. um den Abbiegevorgang mit entsprechend hoher Sicherheit zu detektieren. Da erfindungsgemäß der Abbiegevorgang präjudiziert wird, ist eine solche Totzeit nicht nötig.
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Die Erfindung beruht auf der Tatsache, dass in einem entsprechenden Abstand vor einem Abbiegepunkt bestimmte Fahrzeugsignale bereits auf den bevorstehenden Ausfahrtvorgang hinweisen. Hierbei ist Abbiegepunkt im weitesten Sinne zu verstehen, d. h. sowohl als Ausfahrt einer Autobahn als auch als innerörtliche Kreuzung. Betreffend die Ausfahrt ist es entscheidend, zwischen einem Ausfahrt- und einem Spurwechselvorgang unterscheiden zu können. Hierzu umfasst die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform Abbiegepunkt-Speichermittel, zur Bereitstellung der Positionen von Abbiegepunkten im Verkehrswegenetz.
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Die Abbiegepunkt-Speichermittel sind vorzugsweise als digitale Karte des Verkehrswegenetzes ausgebildet. Digitale Karten sind bereits in den meisten modernen Fahrzeugen zu finden und als zuverlässige Datenquellen bekannt.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, bestimmte fahrzeugseitig erzeugte Signale als stochastische Variablen zu modellieren. Diesen stochastischen Variablen werden dann Abbiegepunktbezogene Signalverteilungen (Wahrscheinlichkeitsverteilungen) zugeordnet. Diese Wahrscheinlichkeitsverteilungen geben an, welche Werte ein bestimmtes Signal im entsprechenden Abstand vor einem Abbiegepunkt aufweist. Wenn ein fahrzeugseitiges Signal von der zugeordneten Wahrscheinlichkeitsverteilung abgedeckt ist, d. h. wenn es mit hinreichender Wahrscheinlichkeit auf einen voraus liegenden Abbiegepunkt hinweist, wird ein Abbiegevorgang präjudiziert. Dabei ist es besonders günstig, mehrere fahrzeugseitige Signale in Kombination zu verwenden. Durch Verknüpfung der entsprechenden stochastischen Variablen miteinander und Bestimmung der jeweiligen Signalverteilungen kann sehr zuverlässig ein Abbiegevorgang präjudiziert werden.
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Eine derartige Erkennung eines „Musters” ist alternativ oder zusätzlich auch in anderer Form vorgesehen, beispielsweise regelbasiert oder mit einem Fuzzy-Ansatz.
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Die Erkennung eines (voraussichtlichen) Abbiegevorgangs aufgrund der Erkennung eines Musters liefert wesentlich genauere Ergebnisse als eine bloße Abfrage, z. B. ob ein entsprechender Fahrtrichtungsanzeiger gesetzt wurde. Aus diesem präjudizierten Abbiegevorgang wird dann eine Ortung abgeleitet. Dies bedeutet, dass für die weitere Berechnung der aktuellen Fahrzeugpositionen davon ausgegangen wird, dass das Fahrzeug an dem entsprechenden Abbiegepunkt abbiegen wird.
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In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als fahrzeugseitig erzeugtes Signal ein Fahrtrichtungsanzeiger- und/oder Geschwindigkeits- und/oder Trägheitssensorsignal verwendet. Es hat sich gezeigt, dass im entsprechenden Abstand vor einem Abbiegepunkt die Auswertung dieser Signale ein zuverlässiges Präjudizieren eines Abbiegevorgangs gestattet. Moderne Fahrzeuge verfügen über Datenbussysteme, die diese Signale einfach und unkompliziert bereitstellen.
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Es hat sich weiterhin gezeigt, dass als relevante Größen beim Fahrtrichtungsanzeigersignal die absolute Betätigungsdauer im Bereich des Abbiegepunktes sowie der Aktivierungspunkt, d. h. der Abstand vor dem Abbiegepunkt, des Fahrtrichtungsanzeigers relevant sind. Beim Geschwindigkeitssignal ist das Profil bzw. die Geschwindigkeit an bestimmten Abständen vor dem Abbiegepunkt relevant. Durch eine Verknüpfung dieser Größen ergibt sich ein besonders zuverlässig präjudizierbarer Abbiegevorgang.
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Eine vorteilhafte Verwendung der Erfindung ergibt sich bei der Ableitung eines Abbiegevorganges an einem Abbiegepunkt bei einer routenwahlfreien Fahrt, d. h. ohne Verwendung einer vorausberechneten Route. Dies tritt insbesondere bei einem Abbiegevorgang von einer Schnellstraße, bspw. einer Bundesstraße oder Autobahn, auf. Da das Ausfahren lediglich einen Spurwechsel auf die Verzögerungsspur darstellt, sind von der Fahrphysik her gesehen ein Ausfahrvorgang bei vorhandener Verzögerungsspur und ein Spurwechsel identisch. Die Erfindung ermöglicht es zuverlässig einen allgemeinen Spurwechsel von dem speziellen Spurwechsel auf die Verzögerungsspur, d. h. einem Ausfahrtvorgang, abzugrenzen.
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Die Erfindung wird vorzugsweise in Form eines Steuergerätes realisiert. Dies ist ohne großen Aufwand möglich, da die fahrzeugseitig erzeugten Signale bei modernen Fahrzeugen bereits auf dem internen Bussystem verfügbar sind. Zur Speicherung der abbiegepunktbezogenen Signalverteilungen wird ein normaler Speicher des Steuergeräts verwendet. Nach dem Präjudizieren des Abbiegevorganges, d. h. nach der Entscheidung, dass ein Abbiegevorgang mit derart hoher Wahrscheinlichkeit vorliegt, dass er als sicher angenommen werden kann, wird dann eine entsprechende Ortung abgeleitet. Dies bedeutet, dass beispielsweise entsprechende Routenführungshinweise, die das Abbiegen betreffen, nicht mehr ausgegeben werden oder dass ein Assistenzsystem, welches für Schnellstraßen betrieben wird, nun abgeschaltet wird.
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Um fahrzeugseitig erzeugte Signale als relevant für einen bevorstehenden Abbiegevorgang einzuordnen, ist es notwendig, den aktuellen Abstand zu einem Abbiegepunkt zu kennen. Dazu wird vorzugsweise eine digitale Karte in Verbindung mit einem Ortungssystem verwendet. Sowohl Ortungssystem als auch digitale Karte sind dabei in der Mehrzahl der modernen Fahrzeuge bereits verfügbar. Alternativ oder zusätzlich sind noch weitere Möglichkeiten vorgesehen, beispielsweise der Einsatz einer Kamera mit Nachgeschalteter Bildauswertung oder eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung erläutert.
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Dabei zeigen:
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1: einen erfindungsgemäß betrachteten Ausfahrtvorgang;
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2: den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3: schematisch eine Verteilung der Blinkdauer;
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4: schematisch die Wahrscheinlichkeit eines Ausfahrtsmanövers als Funktion der Blinkdauer;
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5: schematisch eine Ergebnisbewertung.
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1 zeigt einen erfindungsgemäß betrachteten Ausfahrtvorgang als speziellen Abbiegevorgang. Fahrzeug 1 nimmt einen Spurwechsel auf den Verzögerungsstreifen einer Autobahn vor, um anschließend von der Autobahn abzufahren. Fahrzeug 2 dagegen nimmt einen Spurwechsel vor, um dann auf der rechten Fahrspur der Autobahn weiterzufahren. Durch die Erfindung ist nun eine Einordnung der von dem jeweiligen Fahrzeug erzeugten Signale möglich, um so zeitnah den Ausfahrtvorgang von Fahrzeug 1 vom Spurwechselvorgang des Fahrzeugs 2 zu unterscheiden. Beide Fahrzeuge setzen den Blinker als Fahrtrichtungsanzeiger nach rechts, jedoch an unterschiedlichen Positionen. Auch können beide Fahrzeuge einen ähnlichen Geschwindigkeitsverlauf aufweisen. Hier sind wiederum die jeweiligen Positionen von Werten des Geschwindigkeitsverlaufs relativ zur Ausfahrt zu betrachten. Durch die Verknüpfung beider fahrzeugseitiger Signale ermöglicht die Erfindung nun ein zeitnahes Erkennen des Ausfahrens von Fahrzeug 1, ohne dass eine spurgenaue Ortung nötig wäre, welche eine Zuweisung des Fahrzeugs 1 zur Verzögerungsspur ermöglichen würde.
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2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dargestellt sind die Berechnungseinheit 10, welche angesteuert wird von einer digitalen Karte samt Ortungssystem 3, einer Verarbeitungseinheit 4 für ein Fahrzeugsignal in Form eines Blinkersignals und einer Verarbeitungseinheit 5 für ein Fahrzeugsignal in Form eines Geschwindigkeitssignals. Unter Verwendung der digitalen Karte zusammen mit der Ortung wird noch vor dem Erreichen eines Abbiegepunktes (sowohl in zeitlicher als auch in örtlicher Hinsicht) eine entsprechende Bewertung der fahrzeugseitigen Blinker- und Geschwindigkeitssignale ermöglicht. Das Blinkersignal wird bzgl. der absoluten Blinkdauer im Ausfahrtbereich und dem Aktivierungspunkt relativ zum Ausfahrtspunkt jeweils mit in der Berechnungseinheit 10 gespeicherten, zugeordneten Wahrscheinlichkeitsverteilungen verglichen. Es wird eine erste Übereinstimmung zwischen den aktuellen Werten des Blinkersignals und den diesem Signal zugeordneten Wahrscheinlichkeitsverteilung registriert. Wenn zusätzlich auch die aktuellen Werte der Geschwindigkeit in bestimmten Abständen vor dem Ausfahrtspunkt in der in der Berechnungseinheit 10 gespeicherten, zugeordneten Wahrscheinlichkeitsverteilung abbildbar sind, wird eine zweite Übereinstimmung festgestellt. Beim Vorliegen beider Übereinstimmungen wird von der Berechnungseinheit 10 ein Abbiegevorgang präjudiziert und eine entsprechende Ortung abgeleitet. Für die weitere Berechnung der aktuellen Fahrzeugpositionen wird nun also davon ausgegangen, dass das Fahrzeug an dem entsprechenden Abbiegepunkt abbiegen wird. Ein speziell für Schnellstraßen konstruiertes Assistenzsystem, bspw. ein Abstandsregeltempomat, wird rechtzeitig abgestellt ohne dass der Fahrer eine Sicherheits- oder Komforteinbuße erleidet.
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3 stellt schematisch Verteilungen von Blinkdauern dar. Dargestellt ist das Blinkverhalten von Fahrzeugen, die einen Ausfahrtvorgang (strichlierte Kurve) oder einen Spurwechselvorgang (durchgezogene Kurve) durchführen. Beim Spurwechsel blinkt fast kein Fahrzeug länger als eine Dauer von t1 (entspricht ca. 95% aller Fahrzeuge). Dagegen blinkt beim Ausfahren nur ca. 25% aller Fahrzeuge kürzer als eine Dauer von t1. Dieses Verhalten kann nun allgemein als Muster bezeichnet werden das es zu erkennen gilt. Die konkrete Dauer für ein spezielles Fahrzeugmodell hängt beispielsweise von dessen Motorisierung ab und ist jeweils individuell anzupassen.
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4 veranschaulicht schematisch die Wahrscheinlichkeit eines Ausfahrtsvorgangs als Funktion der Blinkdauer. Es ist leicht nachzuvollziehen, dass die Blinkdauer nicht nur vom Abbiegevorgang (Ausfahren oder Spurwechsel) abhängt. Vielmehr spielt das aktuelle Verkehrsgeschehen und das individuelle Verhalten des Fahrers eine große Rolle. Diese Einflüsse können als zufällig ansehen werden. Somit lässt sich die Gesamtheit aller Blinkdauern (Elementarereignisse) als stochastische Variable B beschreiben, die unter Zufallsbedingungen verschiedene Werte b annehmen kann. Dabei weist jeder Wert b eine bestimmte Wahrscheinlichkeit P auf.
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Wenn nun E
b das Ereignis „Ausfahrtvorgang bei aktiviertem Blinker” ist und B die stochastische Variable, welche die Blinkdauer beschreibt, so berechnet sich die Wahrscheinlichkeit für ein Ausfahrtvorgang folgendermaßen:
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Dabei ist P(Eb) die a priori Wahrscheinlichkeit bei aktiviertem Blinker in Ausfahrtsnähe auszufahren. Gezeigt ist schematisch die Wahrscheinlichkeit eines Ausfahrtsvorgangs als Funktion der Blinkdauer in Abhängigkeit einer bestimmten a priori Wahrscheinlichkeit P(Eb).
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Um die Ergebnisse der Präjudizierung eines Abbiegevorgangs zu bewerten, wenn die vorliegende Wahrscheinlichkeitsbetrachtung bei realen Fahrsituationen angewendet wird, ist der jeweilige Anteil von richtig erkannten Ausfahrtsvorgängen und von fälschlicherweise als Ausfahrtsvorgängen „erkannten” anderen Fahrzeugmanövern ausschlaggebend. Hierzu stellt 5 ein solches Verhältnis dar. Abzulesen sind, in Abhängigkeit einer wählbaren Fehlerrate für falsch „erkannte” Ausfahrtsvorgänge, die richtig erkannten Ausfahrtsvorgänge. Die obere, durchgezogene Kurve stellt die richtig erkannten und die untere, strichlierte Kurve die falsch erkannten Ausfahrtsvorgänge dar. Werden z. B. Y Prozent falsch erkannte Ausfahrtsvorgänge zugelassen, so werden Ausfahrtsvorgänge zu X Prozent richtig erkannt. Die Kurven gelten jeweils für einen bestimmten Abstand vor einem Ausfahrtpunkt, wobei konkrete Daten für ein spezielles Fahrzeugmodell wiederum beispielsweise von dessen Motorisierung abhängen und jeweils individuell anzupassen sind.
