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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrerunterstützung.
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Derartige
Verfahren bzw. Vorrichtungen, sogenannte Fahrerassistenzsysteme,
sind in verschiedenen Ausprägungen
beschrieben. Ein Beispiel für ein
solches Fahrerassistenzsystem ist ein Spurverlassenswarner (Lane-Departure-Warning),
welcher den Fahrer bei Verlassen der Fahrspur oder bei drohendem
Verlassen warnt. Ein Beispiel für
einen solchen Spurverlassenswarner ist in der
EP 1 074430 A1 beschrieben.
Dabei wird überprüft, ob das
Fahrzeug die beispielsweise durch Fahrbahnrandmarkierungen begrenzte
Fahrspur verlässt
bzw. zu verlassen droht. Eine deutliche Funktionsverbesserung eines
solchen Fahrerassistenzsystems würde
erreicht werden, wenn zwischen einem beabsichtigten und einem unbeabsichtigten
Spurwechsel, also beispielsweise zwischen einem Spurwechsel zu Überholzwecken
und einem Spurwechsel aufgrund von Unaufmerksamkeit des Fahrers,
unterschieden werden könnte.
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Vorteile der
Erfindung
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Durch
die Berücksichtigung
der Art wenigstens eines zurückliegenden
Spurwechsels, insbesondere ob es sich um einen beabsichtigten oder
unbeabsichtigten Spurwechsel handelte, bei der Unterscheidung, ob
ein vom Fahrer beabsichtigter Spurwechsel oder ein unbeabsichtigter
Spurwechsel vorliegt, wird die Funktion eines Fahrerassistenzsystems
erheblich verbessert. Insbesondere wird dadurch eine Reduzierung
von Fehlalarmen des Spurverlassenswarner erreichen.
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In
besonders vorteilhafter Weise wird somit eine Steigerung der Akzeptanz
und Transparenz der Spurwechselabsichtserkennung bei einem Spurverlassenswarner
erreicht.
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Die
beschriebene Vorgehensweise wird auch in anderen Fahrerassistenzsystemen,
die eine Spurwechselabsichterkennung auswerten, beispielsweise bei
einem adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregler, bei Tote-Winkel-Detektions-Systemen
oder bei Spurwechselassistenzsystemen von Bedeutung sein.
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Durch
die nachfolgend dargelegte Vorgehensweise wird eine sichere Unterscheidung
zwischen einem beabsichtigten und einem unbeabsichtigten Spurwechsel
auch in komplexen Situationen, beispielsweise wenn ein Fahrzeug
nach einem durchgeführten Überholvorgang
wieder auf die rechte Fahrspur zurückschert, erreicht.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw.
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert.
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1 zeigt
dabei ein Übersichtsbild
für eine Verarbeitungseinheit,
in welcher die Spurwechselerkennung durchgeführt wird. Diese Verarbeitungseinheit
ist am Beispiel eines Spurverlassenswarners dargestellt.
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In 2 ist
ein Flussdiagramm dargestellt, welches die grundsätzliche
Vorgehensweise zur Spurwechselklassifizierung im Zusammenhang mit der
Spurverlassenswarnung darstellt.
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3 schließlich zeigt
ein Ablaufdiagramm für
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Spurwechselabsichtserkennung unter Berücksichtigung von wenigstens
einem zurückliegenden
Spurwechsel.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
eine Vorrichtung, welche Teil eines Systems zur Fahrerunterstützung ist
(z.B. zur Warnung und/oder zum Ansteuern eines Stellelements zur
Querführung
des Fahrzeugs bei Verlassen oder drohendem Verlassen der Fahrspur).
Dargestellt ist eine Steuer- bzw. Auswerteeinheit 10, welche
wenigstens eine Eingangsschaltung 12, einen Mikrocomputer 14 und
eine Ausgangsschaltung 16 aufweist. Diese Elemente sind
mit einem Bussystem zum gegenseitigen Datenaustausch miteinander
verbunden. Der Eingangsschaltung 12 werden Eingangsleitungen
von verschiedenen Messeinrichtungen zugeführt, über die Messsignale bzw. Messinformationen übermittelt
werden. Eine erste Eingangsleitung 20 verbindet die Eingangsschaltung 12 mit
einem Bildsensorsystem 22, welches die Szene vor dem Fahrzeug
aufnimmt. Entsprechende Bilddaten werden über die Eingangsleitung 20 übermittelt.
Ferner sind Eingangsleitungen 24 bis 26 vorgesehen, welche
die Eingangsschaltung 12 mit Messeinrichtungen 30 bis 34 verbinden.
Bei diesen Messeinrichtungen handelt es sich beispielsweise um Messeinrichtungen
zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit, zur Erfassung des Lenkwinkels
und/oder der Gierrate, zur Erfassung einer Größe, welche einen Beschleunigungswunsch
des Fahrers repräsentiert, beispielsweise
das Ausmaß der
Fahrpedalbetätigung durch
den Fahrer, zur Erfassung der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung
des Fahrzeugs sowie zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen des
Fahrzeugs, welche im Zusammenhang mit der nachfolgend beschriebenen
Vorgehensweise Bedeutung haben. Über
die Ausgangsschaltung 16 und Ausgangsleitung 36 wird
wenigstens eine Warneinrichtung 38 angesteuert, beispielsweise
eine Warnlampe und/oder ein Lautsprecher für eine akustische Warnung und/oder
für eine
Sprachausgabe und/oder ein Display für die Anzeige eines Bildes
und/oder ein Stellelement für
eine haptische Anzeige, mit deren Hilfe der Fahrer über das
(drohende) Verlassen der Fahrspur informiert wird. Darüber hinaus
oder alternativ dazu ist in einigen Ausführungsbeispielen vorgesehen, über die
Ausgangsschaltung 16 und eine Ausgangsleitung 40 ein
Stellsystem zu 41 anzusteuern, welches automatisch beispielsweise
durch Eingriff in die Lenkung des Fahrzeugs das Fahrzeug wieder
in die Spur zurückführt (Querführung) und
so das Verlassen der Fahrspur verhindert.
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Mittels
Methoden der Bildanalyse wird im Ausführungsbeispiel des Spurverlassenswarners
auf der Basis der vom Bildsensorsystem zugeführten Bilddaten der Szene vor
dem Fahrzeug Spurdaten ermittelt, die den Verlauf und die Größe der Fahrspur repräsentieren.
So werden z.B. die Fahrspurrandmarkierungen (linker und/oder rechter
Fahrspurrand) erfasst und der Verlauf des jeweiligen Fahrspurrandes
beispielsweise als Polynom (Potenzfunktion dritter Ordnung) angenähert. Ferner
wird der Verlauf die Fahrspur des Fahrzeugs, beispielsweise für das rechte
und/oder linke Rad, aus Fahrzeuggeometriegrößen, den aktuellen und ggf.
vergangenen Größen der
Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Lenk winkel oder der Gierrate, etc.
berechnet und ebenfalls als Polynom dargestellt. Aus den genannten
Daten werden weitere Spurdaten berechnet, beispielsweise der laterale
Abstand zwischen Spurmarkierung und Spur des Fahrzeugs (rechte Seite
zum rechten Rand, linke Seite zum linken Rand), die Krümmung der
Fahrspur, und/oder der Winkel zwischen Fahrspur und Spurmarkierung
(rechte Fahrspur zum rechten Rand, linke Fahrspur zum linken Rand)
anhand von Tangentenvergleichen. Daraus wird in einer Ausführung ggf. auch
die erwartete Zeit bis zum Kreuzen der Linien (time to line corssing)
errechnet. Die Warnung erfolgt im bevorzugtem Ausführungsbeispiel
bei Überschreiten
eines vorgegebenen lateralen Abstands oder bei Unterschreiten eines
vorgegebenen Zeitwertes.
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Wesentlich
bei einer solchen Funktion ist, dass der Fahrer nur dann gewarnt
wird, wenn er ein Überfahren
der Spurmarkierung tatsächlich
nicht beabsichtigt.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm, bei welchem der skizzierte Spurverlassenswarner
durch einen Klassifikator ergänzt
ist, der auf der Basis von Betriebsgrößen des Fahrzeugs die Spurwechselsituation
bewertet und in „unbeabsichtigter
Spurwechsel" oder „beabsichtigter
Spurwechsel" klassifiziert.
Das Flussdiagramm der 2 skizziert dabei ein entsprechendes
Programm, welches im Mikrocomputer der in 1 skizzierten
Vorrichtung abläuft.
Im ersten Schritt 100 werden (einmal für die eine Fahrzeugseite, in
einem anderen Durchlauf für
die andere Fahrzeugseite) die oben skizzierten Fahrspurdaten eingelesen,
d.h. der Verlauf der Fahrspurrandmarkierung, der Verlauf der Istfahrspur
des Fahrzeugs, eine Größe für den lateralen
Abstand zwischen Fahrzeug und Fahrspurrand, eine Größe für den Winkel
zwischen Fahrzeugspur und Fahrspurrand, bzw. die weiteren oben genanten
Betriebsgrößen, etc.
Im darauffolgenden Schritt 102 wird überprüft, ob ein Verlassen der Fahrspur
vorliegt bzw. ob ein solches Verlassen droht. Ist dies nicht der
Fall, wird Schritt 100 wiederholt. Wird ein Verlassen bzw.
ein drohendes Verlassen erkannt, so wird in Schritt 104 durch
den Klassifikator anhand von Betriebsgrößen ermittelt, ob der Spurwechsel
beabsichtigt oder unbeabsichtigt ist. Daraufhin wird in Schritt 106 überprüft, ob das
Verlassen der Fahrspur beabsichtigt ist oder nicht. Ist es beabsichtigt,
unterbleibt die Warnung bzw. die Querführungsreaktion und das Programm
wird mit Schritt 100 wiederholt. Ist im anderen Fall jedoch
erkannt worden, dass das Verlassen der Fahrspur unbeabsichtigt ist,
so wird gemäß Schritt 108 optisch,
akustisch und/oder haptisch gewarnt bzw. eine Spurhaltereaktion,
beispielsweise das Ansteuern eine Stellelements zur Beeinflussung
der Lenkung, ausgeführt.
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Es
sind verschiedene Ausführung
zur Klassifizierung bekannt. Die grundsätzliche Vorgehensweise zur
Klassifikation baut auf der Auswertung von wenigstens zwei Betriebsgrößen des
Fahrzeugs auf, anhand derer auf das Verhalten des Fahrers geschlossen
werden kann. Betriebsgrößen, die
dafür geeignet
sind, sind beispielsweise der Lenkwinkel (alternativ die Gierrate),
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. die Beschleunigung oder Verzögerung,
der laterale Offset zwischen Fahrzeugspur und Fahrspurrand, insbesondere
seine Veränderung, und/oder
der Winkel der Fahrzeugspur zum Fahrbahnrand. Dabei wird in Bezug
auf den Lenkwinkel das Lenkverhalten abgeprüft, welches bei Spurwechselabsicht
deutlich erkennbar ist. Ein Lenkwinkel größer als ein vorbestimmter Wert,
insbesondere eine entsprechend zeitliche Änderung des Lenkwinkels deutet
auf Spurwechselabsicht hin. Während
einer Kurvenfahrt ist hierbei die ermittelte Fahrbahnkrümmung zu
berücksichtigen.
Ferner liegt bei Spurwechselabsicht insbesondere nach links meistens
eine Beschleunigung des Fahrzeugs vor, so dass bei einer Beschleunigung
des Fahrzeugs bzw. einem Beschleunigungswunsch des Fahrers größer als
ein vorgegebener Schwellenwert von einem beabsichtigten Spurwechsel
auszugehen ist. Eine weitere geeignete Größe ist der laterale Abstand
des Fahrzeugs zur Spurmarkierung, insbesondere dessen zeitliche Änderung.
Diese stellt ein Maß für die Stärke, mit
der sich ein Fahrzeug der Fahrspurrandmarkierung nähert, dar.
Dieses Maß ist
bei gewollten Spurwechseln erheblich größer als bei ungewollten. Entsprechendes
gilt für
den Winkel zur Fahrspurmarkierung, der bei gewollten Spurwechseln
deutlich größer ist
als bei ungewollten.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, dass eine Klassifikation des Spurwechselvorgangs
in ungewollte und gewollte Spurwechsel anhand von Betriebsgrößen des
Fahrzeugs erfolgt, insbesondere wenn der Lenkwinkel einen Schwellenwert überschreitet
und/oder der Beschleunigungswunsch des Fahrers einen Schwellenwert überschreitet
und/oder der zeitliche Verlauf des lateralen Abstands zur Randmarkierung
einen Schwellenwert überschreitet und/oder
der Winkel zur Randmarkierung einen Schwellenwert überschreitet.
Diese Kriterien werden gewichtet zur Klassifizierung des Spurwechselvorgangs
in beabsichtigte und unbeabsichtigte Spurwechsel ausgenutzt, wobei
im Allgemeinen ein beabsichtigter Spurwechsel bei Vorliegen wenigstens
einer der beschriebenen Situationen erkannt wird, ein unbeabsichtigter
bei Nichtvorliegen.
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Es
hat sich gezeigt, dass ein Spurwechsel nach links und ein Spurwechsel
nach rechts unterschiedlich zu bewerten sind, da der Spurwechsel nach
links meist mit einem Überholvorgang
verbunden ist und das Fahrzeug beschleunigt wird. Auch ist in diesem
Fall bei gewolltem Spurwechsel das Lenkverhalten deutlich verstärkt und
der Winkel zur Spurmarkierung sehr groß.
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Während sich
in der Regel sehr gute Erkennungsraten bei Spurwechseln nach links
ergeben, sind Spurwechsel nach rechts wesentlich schwieriger dahingehend
zu untersuchen, ob der Spurwechsel absichtlich oder unabsichtlich
erfolgt. Grund ist ein das oben skizzierte unterschiedliche Verhalten
der Fahrzeugführer
bei Spurwechsel nach links und recht. Bei einem Überholvorgang wird das Fahrzeug im
Allgemeinen vor dem Verlassen der Fahrspur nach links beschleunigt,
zusammen mit einem gut erkennbaren Lenkverhalten. Schert des Fahrzeug
jedoch nach dem durchgeführten Überholmanöver wieder
auf die rechte Fahrspur zurück,
liegt meist eine negative Beschleunigung vor und ein klares Lenkverhalten
ist oft nicht zu erkennen. Daher lässt sich die Klassifikation
der Spurwechsel dadurch verbessern, dass die Art der zurückliegenden
Spurwechsel (ob beabsichtigt oder nicht) berücksichtigt wird, insbesondere
des letzten zurückliegenden,
und auf der Basis dieser zusätzlichen
Information auf die Wahrscheinlichkeit der zukünftigen Spurwechselabsicht
geschlossen wird. In dem oben geschilderten Szenario kann somit
von einem gewollten Spurwechsel ausgegangen werden, wenn zuvor ein
klarer Spurwechsel- bzw. Überholwunsch
erkannt worden ist. Im Ausführungsbeispiel
eines Spurverlassenswarners kann in einer solchen Situation daher
die Warnung unterdrückt
werden. Liegen vergangene Spurwechsel zu weit zurück, lässt sich
die beschriebene Schlussfolgerung nicht ohne weiteres ziehen und
es muss ermittelt werden, beispielsweise im Rahmen der oben genannten
Vorgehensweise, ob ein beabsichtigter oder ein unbeabsichtigter
Spurwechsel vorliegt. Entsprechend wird im Anwendungsbeispiel des
Spurverlassenswarner eine Warnung erfolgen oder nicht.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm, welches eine Realisierungsmöglichkeit der oben dargestellten Vorgehensweise
als Rechnerprogramm skizziert. Das Ablaufdiagramm zeigt dabei eine
Vorgehensweise beim einem Spurverlassenswarner. Das skizzierte Programm
wird in vorgegebenen Zeitintervallen bei aktivem Spurverlassenswarner
durchlaufen.
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Im
ersten Schritt 200 wird ausgehend von der verwendeten Mono-Video-Kamera
und der von ihr erzeugten Bilder beispielsweise die oben erwähnten Fahrspurinformationen
(auch den Kurs des eigenen Fahrzeugs) übermittelt. Ferner werden Fahrzeuginformation übermittelt,
beispielsweise über
einen CAN-Bus. Diese umfassen beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeugs, die Beschleunigung des Fahrzeugs, die Gierrate, etc,
die von anderen Systemen über
den CAN-Bus übermittelt
werden. Auf der Basis dieser Informationen, insbesondere der Fahrspurinformationen,
wird Schritt 202 überprüft, ob ein
Spurwechsel vorliegt oder nicht. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird ein Spurwechsel wie oben erwähnt auf der Basis des lateralen
Abstands oder des Zeitwertes/time to line crossing) erkannt. Hat
diese Untersuchung ergeben, dass kein Spurwechsel zu erwarten ist
bzw. vorliegt, wird das Programm mit Schritt 200 wieder
gestartet. Liegt ein Spurwechsel vor, so wird im Schritt 204 anhand
der Fahrzeuginformation eine Situationserkennung durchgeführt dahingehend,
ob die aktuelle Fahrsituation eine Spurwechselabsicht des Fahrers
impliziert oder nicht, Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn
eine Überholabsicht
des Fahrers zu erkennen ist. Dies ist dann der Fall, wenn eine Beschleunigung
des Fahrzeugs erkannt wird bei gleichzeitiger Lenkung des Fahrzeugs über einen
bestimmten Wert hinaus. Ein weiteres Erkennungsmerkmal kann in einer
Ausführung
das Setzen des Blinkers durch den Fahrer sein.
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Eine
weitere Situation, die Fahrerabsicht impliziert und die in Schritt 204 untersucht
wird, ist die Berücksichtigung
der Art wenigstens eines zurückliegenden
Spurwechsels. Zurückliegende
Spurwechsel, insbesondere die Information ob es sich um beabsichtigte
und nichtbeabsichtigte Spurwechsel handelt bzw. ob das Warnsignal
unterdrückt
beim Spurwechsel unterdrückt
bzw. nicht erzeugt wurde, werden gespeichert. Ist ein zurückliegender
Spurwechsel aufgrund von Fahrerabsicht als beabsichtigter Spurwechsel
erkannt worden, so wird davon ausgegangen, dass der darauffolgende
Spurwechsel ebenfalls absichtlich ist. Dies insbesondere dann, wenn der
Spurwechsel in die entgegengesetze Richtung (nach linkem Spurwechseln
anschließendem
rechten Spurwechsel) erfolgt. Die Absichterkennung kann dabei aufgrund
der Fahrsituation (wie oben geschildert) oder aufgrund von anderen
Kriterien (siehe unten) erfolgt sein. In einer Ausführung werden
nur Spurwechsel berücksichtigt,
die nicht länger
als eine vorgegebenen Zeitperiode zurückliegen. Eine bevorzugte Option
zur Realisierung ist, dass ermittelt wird ob das Ausgangssignal
(Warnsignal) bei dem wenigstens einen zurückliegenden Spurwechsel unterdrückt oder
reduziert war, d.h. somit ein beabsichtigter Spurwechsel vorlag.
Ein weiteres Kriterium, welches in einer Ausführung abgeprüft wird
ist dass der Spurwechsel in die entgegensetzte Richtung als der zurückliegende
Spurwechsel erfolgt und auf die Warnung nur dann verzichtet wird,
wenn zusätzlich
zu den obigen Kriterien der Fall ist.
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Ergebnis
der Situationserkennung in Schritt 204 ist eine Entscheidung,
ob die Situation einen Fahrerabsicht impliziert, d.h. der Spurwechsel
aufgrund der Fahrerabsicht stattfin det oder nicht. Im erstgenannten
Fall wird keine Warnung ausgegeben und das Programm mit Schritt 200 wiederholt,
im letztgenannten wird zu Schritt 206 gegangen. Hat also
Schritt 204 kein eindeutiges Ergebnis ergeben, d.h. kann
aufgrund der Fahrsituation nicht auf eine Absicht des Spurwechsels
geschlossen werden, so wird in Schritt 206 eine Spurwechselabsichtserkennung
beispielsweise nach Maßgabe
der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise vorgenommen. Wird eine
Spurwechselabsicht erkannt, so wird die Warnung der Spurverlassenswarnung
unterdrückt
oder zumindest reduziert (unauffälliger)
und das Programm mit Schritt 200 wiederholt. Wird im Schritt 206 keine
Spurwechselabsicht durch den Klassifikator erkannt, so wird von
einer erkannten Unaufmerksamkeit, beispielsweise Sekundenschlaf,
ausgegangen und der Spurverlassenswarner warnt gemäß Schritt 208 akustisch,
optisch und/oder haptisch.