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Die
Erfindung betrifft ein vorausschauendes Fahrerassistenzsystem wie
z.B. ein System zur Geschwindigkeitsregelung, Abstandsregelung,
Spurführung,
Kurvenwarnung und/oder Verbrauchsoptimierung, gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Ein
solches Fahrerassistenzsystem ist aus der
DE 101 49 285 A1 bekannt.
Zur Vorausschau auf die vor dem Fahrzeug liegende Strecke werden
digitale Karten, Zieldaten, die ein Navigationssystem liefert, und
die mit GPS gemessene aktuelle Position des Fahrzeugs verwendet.
Falls das Navigationssystem keine Zielinformationen hat oder das
Fahrzeug über
kein Navigationssystem verfügt,
erfolgt die Vorausschau dadurch, dass eine aktuelle Fahrtroute des Fahrzeugs
anhand der aktuellen Position des Fahrzeugs und der digitalen Karten
unter Verwendung von gespeicherten früheren Fahrtrouten ermittelt wird.
Auf erstmals befahrenen Routen und ohne aktuelle Daten vom Navigationssystem
kann das Fahrerassistenzsystem jedoch keine Vorausschau durchführen und
ist dann nicht oder nur eingeschränkt nutzbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrerassistenzsystem
zu schaffen, das auf beliebigen Routen vorausschauend arbeiten kann, ohne
aktuelle Daten von einem Navigationssystem zu benötigen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen
angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem
nutzt die Signale von Sensoren wie z.B. bildgebenden und/oder abstandsmessenden
Sensoren, welche es für
seine bestimmungsgemäßen Funktionen
ohnehin benötigt,
um eine Fahrroute zu berechnen, die der Fahrer mit größter Wahrscheinlichkeit wählen wird,
und die Vorausschau auf die vor dem Fahrzeug liegende Strecke für diese
wahrscheinlichste Fahrtroute durchzuführen.
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Aus
der
US 6 061 628 , die
ein Navigationssystem für
Fahrzeuge betrifft, ist es zwar bekannt, durch Bestimmung der aktuellen
Fahrspur den Fahrweg vorherzusagen, die erhaltenen Informationen werden
hier aber nur dazu verwendet, den Fahrer nötigenfalls zu einem Fahrbahnwechsel
aufzufordern, nicht dazu, ein Fahrerassistenzsystem wie z.B. ein System
zur Geschwindigkeitsregelung, Abstandsregelung, Spurführung, Kurvenwarnung
und/oder Verbrauchsoptimierung zu unterstützen.
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Das
erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem
arbeitet äußerst effektiv,
d.h. es nutzt die vorhandenen Sensoren sowie die zur Verfügung stehenden Rechen-,
Speicher und Datenübertragungskapazitäten optimal,
um größtmögliche Verfügbarkeit
der Fahrerassistenzfunktionen zu erzielen.
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Vorzugsweise
erfolgt die Erkennung von Situationen, in denen es mehrere alternative
Fahrtrouten für
das Fahrzeug gibt, mittels Sensoren, die eine Erkennung und Unterscheidung
von Fahrspuren ermöglichen.
Dies können
bildgebende Sensoren wie z.B. Kameras oder bildgebende und abstandsmessende
Sensoren wie z.B. Radar oder Lidar (Light Detecting and Ranging
= Lichtnachweis mit Entfernungsbestimmung) sein. Es sind aber auch
Sensoren nutzbar, die lediglich Informationen über das Vorhandensein oder
Nichtvorhandensein von Objekten und deren Entfernung liefern, wie
z.B. Sensoren zur Totwinkelüberwachung.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
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Alle
Ausführungsbeispiele
beziehen sich auf ein Fahrerassistenzsystem wie z.B. ein System
zur Geschwindigkeitsregelung, Abstandsregelung, Spurführung, Kurvenwarnung
und/oder Verbrauchsoptimierung. Das Fahrerassistenzsystem arbeitet
mit Sensoren zur Erfassung von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs
und verwendet digitale Straßenkarten,
um vorausschauend auf die vor dem Fahrzeug liegende Strecke Hinweise
insbesondere Warnhinweise an den Fahrer auszugeben und/oder Steuereingriffe
in die Fahrzeugsteuerung vorzunehmen. Das Fahrzeug kann zusätzlich mit
einem Navigationssystem ausgestattet sein. Konventionell übernimmt
es das Navigationssystem, eine Vorausschau ("digitaler Horizont") für
mehrere hundert Meter zu berechnen. Diese Vorausschau wird dann
dem Fahrerassistenzsystem über
eine Datenverbindung (z.B. CAN) zur Verfügung gestellt.
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Problematisch
ist die Vorausberechnung, wenn der Fahrer nicht das Navigationssystem
nutzt, d.h. der Bordrechner über
das Fahrziel des Fahrers nicht informiert ist. In diesem Fall könnte man
das Fahrerassistenzsystem dafür
einrichten, an Kreuzungspunkten eine Vorausschau für sämtliche
Fahrtmöglichkeiten
zu erstellen, was sehr rechen-, Speicher- und netzwerkintensiv wäre, oder
aber die Berechnung an Kreuzungspunkten zu stoppen und erst wieder
zu starten, wenn die neue Fahrtrichtung bekannt ist. Dies würde auf
Strecken mit vielen Kreuzungspunkten zu einer sehr geringen Verfügbarkeit des
Fahrerassistenzsystems führen,
das auf die Daten angewiesen ist.
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Um
diese Situation zu verbessern, nutzen die nachfolgend beschriebenen
Fahrerassistenzsysteme Umgebungsinformationen z.B. aus Kamera-, Radar
oder Lidarsystemen, um diejenige Fahrtroute zu bestimmen, die der
Fahrer mit größter Wahrscheinlichkeit
wählen
wird. Da viele Fahrerassistenzsysteme auf eben dieser erwähnten Sensorik
basieren, kann diese helfen, indem sie über die zukünftige, wahrscheinliche Fahrtroute
informiert. Dadurch können
die verfügbaren
Sensorik- und Rechenressourcen effektiv genutzt werden.
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In
einem ersten Ausführungsbeispiel
wird unter Verwendung eines bildgebenden Sensors mit Interpretationseinheit
(mit einem oder mehreren Sensoren) die Fahrspur detektiert. Aus
den meisten digitalen Karten ist bekannt, aus wie vielen Fahrspuren eine
Straße
besteht. Zusätzlich
ist bekannt, in welchem Bereich eine Ausfahrt (zum Beispiel von
der Autobahn) vorhanden ist. Durch eine Fahrspurerkennung oder durch
die Zuordnung von Objekten zu Fahrspuren ist es möglich, zu
bestimmen, ob man sich auf einer äußeren Fahrspur befindet (u.a.
durch die Linienarten). Wenn man jetzt einen Fahrspurwechsel weiter
nach Außen
durchführt
und in der Karte eine Ausfahrt für
diese Stelle beschrieben ist, ist dieses ein Hinweis darauf, dass
das Fahrzeug die Autobahn oder Bundesstraße verlassen wird. Diese Information
kann man jetzt einer Navigationseinheit zur Verfügung stellen, welche Teil des
Fahrerassistenzsystems, des Navigationssystem oder eine von dem
Fahrerassistenzsystem und dem Navigationssystem gemeinsam genutzte
Einheit sein kann. Für das
Erkennen der Ausfahrt durch die Navigationseinheit ist nicht einmal
ein Hinweis "Ausfahrt
vorhanden" oder
die Angabe der Anzahl Fahrspuren in der Karte notwendig: allein
durch die Art der Fahrbahnmarkierungen kann man detektieren, ob
man sich auf einer Ausfahrt befindet.
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Bei
vielen größeren Bundes-
oder Landstraßen,
aber auch bei größeren Straßen in den
Städten, befinden
sich vor Kreuzungspunkten zusätzlich
als Orientierungshilfe für
den Fahrer Pfeilmarkierungen auf der Straße. Diese Markierungen zeigen
die möglichen
Fahrtrichtungen für
die jeweilige Fahrspur an. Diese Markierungen werden in einem zweiten
Ausführungsbeispiel
durch einen bildgebenden Sensor detektiert und interpretiert, und
ihre Bedeutung wird ebenfalls an die Navigationseinheit weitergegeben. Bei
Fahrspuren mit mehreren erlaubten Folge richtungen wird der Suchbereich
durch die Erkennung der Pfeile bereits deutlich eingeschränkt.
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Durch
eine Kombination der Orientierung an Pfeilmarkierungen mit der im
ersten Ausführungsbeispiel
beschriebenen Spurerkennung kann auch der Fall berücksichtigt
werden, dass der Fahrer sich doch noch für eine andere Fahrtrichtung
entscheidet: Vor der eigentlichen Kreuzung, aber nachdem der Pfeil detektiert
wurde, bedeutet ein Spurwechsel zumeist (nicht bei Doppelabbiegespuren
usw.), dass der Fahrer sich möglicherweise
für eine
andere Fahrtrichtung als die durch den Pfeil gekennzeichnete entschieden hat.
In diesem Fall muss die Navigationseinheit zurückgesetzt werden. Jetzt ist
es aber auch ohne eine weitere Detektion von Pfeilen möglich, den
Suchbereich einzuschränken:
bei einem Spurwechsel von einer Geradeaus-Spur nach links wird man
definitiv nicht rechts abbiegen. Folglich kann dieser Spurwechsel
bedeuten, das man links abbiegen möchte (über die Karte kann geprüft werden,
ob dieses überhaupt
möglich
bzw. erlaubt ist) oder aber auf eine weitere Geradeaus-Spur gewechselt hat.
Bei Doppelabbiegespuren kann nicht detektiert werden, ob von der
einen auf die andere Fahrspur gewechselt wurde – eine Einschränkung des
Suchbereiches ist durch den oben beschriebenen Fall aber möglich. Für den Fall,
dass in zukünftigen
digitalen Karten eine Fahrspurgeometrie (von Kreuzungen) enthalten
ist, kann man immer noch über
die Historie, d.h. gespeicherte früher befahrene Routen, mit einer
grossen Wahrscheinlichkeit bestimmen, in welcher Spur der Wagen
nach einem Fahrspurwechsel sich befindet, und daraus dann die Richtung
der Weiterfahrt bestimmen. Auch diese Information wird dann der
Navigationseinheit mitgeteilt.
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In
einem dritten Ausführungsbeispiel
wird durch eine Erkennung der Schilder am Straßenrand auf die weitere Fahrtrichtung
des Fahrzeuges geschlossen. Die Schilder beinhalten neben den Ortsnamen
zumeist auch Markierungen, die den Fahrspurverlauf beschreiben.
Aus diesen Markierungen kann erkannt werden, welche Fahrspur für die verschiedenen
weiteren Fahrtrichtungen vorgesehen ist. Mittels einer Interpretation
der Fahrspurmarkierungen sowie der Daten aus der Historie ist es
daher ebenfalls möglich,
mit großer
Wahrscheinlichkeit auf die weitere Fahrtrichtung zu schließen.
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In
einem vierten Ausführungsbeispiel
ist es selbst ohne einen bildgebenden Sensor mit Interpretationseinheit
möglich,
auf Autobahnen oder gut ausgebauten Bundesstraßen auf das Wechseln einer Abfahrt
zu schließen.
Hierbei wird ebenfalls davon ausgegangen, dass die Abfahrt in der
digitalen Straßenkarte
markiert ist. Bei Verwendung von Radar/Lidar/Stereokamera oder anderen
abstandsmessenden Sensoren mit entsprechendem Öffnungswinkel und entsprechender
Winkelauflösung
gibt es durch die Beobachtung von stehenden Hindernissen (Randbebauungen),
Spurbreitenschätzungen
und durch Beobachtungen der anderen Fahrzeuge (Objektverfolgung)
die Möglichkeit,
auf die Anzahl der Fahrspuren zu schließen. (Sollte diese Information
in der digitalen Karte vorhanden sein, kann dann sogar ein breiter
Standstreifen als solcher erkannt werden). Es ist ebenfalls möglich herauszufinden,
auf welcher Fahrspur sich das eigene Fahrzeug befindet. Um zu erkennen,
ob das Fahrzeug die Autobahn oder Bundesstraße verlassen wird, wird angenommen,
dass aus der Karte bekannt ist, dass eine Ausfahrt an dieser Stelle
zu erwarten ist. Wenn das Fahrzeug auf der äußeren Fahrspur fahrend einen
Fahrspurwechsel durchführt,
kann durch Abfragen des Bordrechners, ob ein Blinker des Fahrzeugs
betätigt
wurde, und/oder aufgrund einer festgestellten Annäherung bzw.
Entfernung von der linken oder rechten Randbebauung erkannt werden,
dass die Ausfahrt als wahrscheinlichste Fahrtroute genutzt wird.
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Bei
Verwendung von Sensoren, die Objekte an den Seiten bzw. hinter dem
Fahrzeug detektieren können
(Radar, Lidar, Kamera usw., insbesondere 24 GHz Radar zur Totwinkelüberwachung),
kann diese Logik ebenso genutzt werden.
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In
einem fünften
Ausführungsbeispiel
wird der wahrscheinliche weitere Fahrtverlauf an einer Kreuzung
bestimmt, indem die im vierten Ausführungsbeispiel beschriebene
Objektverfolgung mit einer Verkehrsschildererkennung kombiniert
wird. Auf einer Vorfahrtsstraße
muss man vor dem links Abbiegen anhalten, wenn Gegenverkehr kommt.
Dazu kann man den Gegenverkehr mittels abstandsmessender Sensorik
detektieren und gleichzeitig auch detektieren, dass kein anderes
Fahrzeug vor dem eigenen für
den Halt verantwortlich ist. Über
die digitale Karte kann wieder eine Einschränkung vorgenommen werden, ob
der Abbiegevorgang erlaubt ist. Auf einspurigen Straßen mit
der Möglichkeit,
nach links oder rechts abzubiegen, kann durch Sensorik festgestellt
werden, ob ein Hindernis den Fahrer in dem Augenblick nicht rechts
abbiegen lässt
bzw. ob Gegenverkehr kommt, der den Fahrer nicht links abbiegen lässt. Bei
mehrspurigen Straßen
kann eine Einschränkung
wieder über
die Erkennung erfolgen, auf welcher Spur sich das eigene Fahrzeug
befindet.
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Weiterhin
ist es möglich,
anhand der Eigengeschwindigkeit und Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs
und ggf. durch Objektverfolgung der anderen Verkehrsteilnehmer den
weiteren Fahrtverlauf zu schätzen.
Bei ungefähr
konstanter Eigengeschwindigkeit und Annäherung an eine Kreuzung wird
der Fahrer vermutlich nicht abbiegen wollen. Wenn dagegen der Fahrer
bremst, die anderen Verkehrsteilnehmer vor dem eigenen Fahrzeug
aber konstant fahren, kann dies ein Hinweis für einen beabsichtigten Abbiegevorgang
sein.
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Die
Nutzung der Umgebungsinformationen kann auch von großem Nutzen
sein, wenn der Fahrer das Navigationssystem verwendet. Es ist dann
möglich,
bereits vor Erreichen des Kreuzungspunktes zu prüfen, ob sich das Fahrzeug auf
der Spur befindet, die der empfohlenen Route entspricht. Wenn dies nicht
der Fall ist, kann dem Fahrer eine entsprechende Meldung gegeben
werden: "Jetzt bitte
zum rechts Abbiegen einordnen".
Wenn jedoch erkannt wird, dass das Fahrzeug sich bereits z.B. auf
der Ausfahrt befindet, braucht dem Fahrer keine weitere Erinnerung gegeben
werden. Des Weiteren kann man dem Fahrer bereits frühzeitig
Informationen an die Hand geben, die er für die Navigation benötigt: wenn
das Fahrzeug auf der linken Spur ist (was man wie oben beschrieben
detektieren kann), demnächst
aber rechts abbiegen soll, kann man den Fahrer frühzeitig veranlassen,
die Spur zu wechseln.
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An
Kreuzungspunkten, an denen es nicht möglich ist, eindeutig die weitere
Fahrtstrecke vorherzusagen (beispielsweise wegen der Möglichkeit, auf
einer Fahrspur sowohl geradeaus zu fahren als auch abzubiegen),
kann man über
die Historie möglicherweise
dennoch mit einer großen
Wahrscheinlichkeit die weitere Fahrtstrecke vorhersagen. Häufig wird
die gleiche Strecke regelmäßig befahren,
etwa auf dem Weg zur Arbeitsstelle. An Orten, an denen keine eindeutige
Zuordnung einer Fahrspur zu einer weiteren Fahrtrichtung möglich ist,
kann man durch Nutzung eines Zählers
pro Richtung z.B. in die Karte eintragen, welche Richtung der Fahrer
bevorzugt genutzt hat. Darüber
kann man dann mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit
davon ausgehen, dass der Fahrer diese Fahrtrichtung das nächste Mal
einschlagen wird. Das hat vor allem den Vorteil, das der Fahrer nicht
ständig
an der gleichen Stelle den gleichen Fehler seines Fahrerassistenzsystems
beobachtet.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
können
auf viele weitere Arten miteinander kombiniert werden, um die Erkennung
der wahrscheinlichsten Fahrtroute zu verbessern.