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Die
Erfindung betrifft ein Kollisionswarnsystem und ein Verfahren zur
Kollisionswarnung bei denen ein Fahrzeug und ein gefährdetes
Objekt über Sender
und Empfänger
verfügen,
mit deren Hilfe die relativen Bewegungszustände ermittelt und Warnfunktionen
ausgelöst
werden.
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Im
deutschen Straßenverkehr
betrug laut Statistischem Bundesamt Deutschland im Jahr 2003 die
Anzahl der Verletzten 462052. Dabei ist die Anzahl der Verletzten
in Personenkraftwagen seit Jahren leicht rückläufig, was auf verbesserte Technik
für den
Insassenschutz, wie z.B. Airbag und Seitenaufprallschutz, zurückzuführen ist.
Anders sieht die Situation bei Zweiradfahrern aus. Hier betrug allein
bei den Radfahrern 2003 die Anzahl der Verletzten 75615 gegenüber 70163
im Jahr 2002. Statt einer Abnahme ist eine signifikante Zunahme
zu verzeichnen. Bei Motorradfahrern sieht es ähnlich aus. Es ist davon auszugehen,
daß die
meisten Unfälle
von Zweiradfahrern, vor allem die schweren Unfälle, durch Kollisionen mit
Pkw zustande kommen. Als Hauptunfallursachen (für alle Arten von Verkehrsunfällen) werden
vom Statistischen Bundesamt angebeben: 1. Nicht angepaßte Geschwindigkeit,
2. Nichtbeachten der Vorfahrt, 3. Ungenügender Abstand. In allen drei
Fällen
handelt es sich um Fehleinschätzungen
des jeweiligen Fahrzeugführers,
da Vorsatz in der Regel ausgeschlossen werden kann. Demzufolge sind
die Fahrzeugführer
häufig
mit der Einschätzung
von Gefahrensituationen überfordert.
Mit anderen Worten, die Fahrzeugführer unterschätzen regelmäßig die
Kollisionswahrscheinlichkeit und überschätzen ihr Reaktionsvermögen. Das
subjektive Sicherheitsgefühl
von Pkw- oder Lkw-Fahrern durch erhöhten Insassenschutz könnte hierzu
noch beitragen. Leidtragende von diesem Trend sind vor allem Zweiradfahrer
und Fußgänger. Aber
auch die nach wie vor sehr hohe Anzahl von Verletzten in Pkw (273822
im Jahr 2003) läßt sich offensichtlich
durch schadensmindernde Maßnahmen,
wie Airbags und Seitenaufprallschutz, nicht mehr nennenswert verringern.
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Der
Mensch ist nur unzureichend in der Lage einen Zusammenstoß zweier
Verkehrsteilnehmer vorherzusagen. Die Zuverlässigkeit hängt dabei von vielen Faktoren
ab: Erfahrung, Aufmerksamkeit, Sichtverhältnisse, etc. Ein technisch
basiertes Verfahren könnte
die Zuverlässigkeit
der Vorhersage erheblich erhöhen
und somit die Unfallzahlen dramatisch senken.
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Die
DE 100 41 714 A1 Schrift
offenbart eine Vorrichtung, die aus mehreren Sende- und Empfangseinrichtungen
zur Erkennung von Objekten besteht, mit dem Ziel der Kollisionsvermeidung.
Zur Informationsübertragung
zwischen den Objekten werden Funksignale (Ortungssignal, Kennungssignal) vorgeschlagen.
Die Objekterkennung soll primär durch
die Funksignal erfolgen. Als zusätzliche
(optionale) Objekterkennungssensoren werden IR- oder Temperatursensoren
vorgeschlagen. Diese Sensoren sind jedoch nicht zur Übertragung
von Signalen vorgesehen, sondern sollen beispielsweise Lebewesen
aufgrund ihrer Körpertemperatur
identifizieren.
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Nachteilig
an der hier beschriebenen Vorrichtung ist die Signalübertragung
per Funk, da eine präzise
Lokalisierung von Objekten aufgrund von Funksignalen aufwendig und
störanfällig ist.
Zur Störanfälligkeit
können
insbesondere die Kfz-Elektronik, Mobilfunkgeräte (Handys)
und andere Datenübertragungssysteme
(Bluetooth) beitragen. Auf der anderen Seite besteht hier auch die
Gefahr, daß die Kfz-Elektronik
durch die Funksignale der beschriebenen Vorrichtung gestört wird.
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Die
DE 197 56 706 A1 offenbart
eine Vorrichtung, bei der von einem Fahrzeug aus digital kodierte Lichtsignale
ausgesendet werden, die dann von einem passiven Reflektor, der beispielsweise
an einer gefährdeten
Person befestigt ist, reflektiert werden. Es wird vorgeschlagen
anhand der reflektierten Strahlung über Laufzeitmessungen die Entfernung zu
der gefährdeten
Person zu bestimmen.
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Nachteilig
an dieser Vorrichtung ist, daß zwar die
Entfernung zu einer gefährdeten
Person bestimmt wird, nicht jedoch die genaue Position relativ zum
Fahrzeug. Daher ist es unmöglich,
präzise
vorherzusagen, ob eine Kollision bevorsteht oder nicht.
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Es
ist bekannt, konventionelle Bilderfassungssysteme, d.h. die Beobachtung
der Kfz-Umgebung mit einer Kamera unter Einbeziehung von Objekterkennungsalgorithmen
zur Identifizierung von Gegenständen
einzusetzen.
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Das
Problem von derartiger Bilderfassungssysteme liegt darin, daß die eindeutige
Identifizierung und Klassifizierung von Verkehrsteilnehmern aufwendig
und fehleranfällig
ist. Bei Dunkelheit sind Bilderkennungssysteme in der Regel auf
IR-Kameras und IR-Scheinwerfer angewiesen, die zur Blendung anderer
IR-Kameras führen
kann. Auch wenn ein Objekt beispielsweise als Radfahrer erkannt
wurde, ist eine Kollisionsvermeidung noch nicht gewährleistet, da
hierzu auch dessen Entfernung und Bewegungszustand ermittelt werden
muß. Da
Bilderkennungssysteme auf reflektiertes Licht bzw. Wärmestrahlung angewiesen
sind, besteht grundsätzlich
die Gefahr, daß die
Belichtungszeiten für
ein hinreichend schnelles Kollisionswarnsystem zu lang werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorwiegend für den Straßenverkehr
vorgesehenes Kollisionswarnsystem zu schaffen, das Zusammenstösse zwischen
Verkehrteilnehmern aller Art vermeidet. Insbesondere sollen Kollisionen
von Kraftfahrzeugen (Kfz) mit Zweiradfahrern und Kollisionen von
Kfz untereinander vermieden werden. Weiterhin soll es prinzipiell
auch geeignet sein, um Zusammenstösse von Kraftfahrzeugen mit
Fußgängern zu
vermeiden. Zudem soll das Verfahren sowohl bei Tageslicht als auch
bei Dunkelheit und schlechten Sichtverhältnissen funktionieren. Die
benötigten
Vorrichtungen sollen kostengünstig
herstellbar sein und die Verfügbarkeit
soll hoch sein.
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Diese
Aufgabe wird bei dem Kollisionswarnsystem erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche
2 bis 26 sind vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Das
Kollisionswarnsystem sowie das Verfahren zur Kollisionswarnung kann
eigenständig
oder in Kombination mit Bilderkennungsverfahren bzw. Radarbasierten
Verfahren eingesetzt werden. Insbesondere umfaßt die Erfindung auch die Ermittlung
von Abstand, Geschwindigkeit und Beschleunigung anderer Verkehrsteilnehmer
mittels zweier oder mehrerer bildgebender Kameras im Abstand A.
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Die
Erfindung beruht auf der Nutzung von sichtbarem oder unsichtbarem
Licht, insbesondere auf der Übertragung
von Infrarot-Signalen. Die Erfindung kann mit bereits vorhanden
Bilderfassungssystemen in Kfz kombiniert werden.
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Im
Zusammenhang mit dieser Erfindung bedeuten IR: Infrarot (Wellenlänge 780
nm – 1
mm), NIR: Nahes IR (780 nm – 1400
nm), MIR: Mittleres IR (1400 nm – 3000 nm), FIR: Fernes IR
(3000 nm – 1 mm),
VIS: Sichtbarer Spektralbereich (380 nm – 780 nm), IR-LED: Leuchtdioden,
die ausschließlich IR-Strahlung
aussenden, IR-FD: Fotodioden, die ausschließlich IR-Strahlung detektieren,
IR-FT: Fototransistoren, die ausschließlich IR-Strahlung detektieren,
IR-Kamera: Bildgebender
Detektor oder Zeilendetektor, der nur für IR-Strahlung empfindlich
ist, CCD-Kamera: Bildgebender Detektor oder Zeilendetektor, der
für UV-,
VIS- und NIR-Strahlung empfindlich ist (CCD = Charge Coupled Device),
CMOS-Kamera: Bildgebender Detektor oder Zeilendetektor, der für UV-, VIS-
und NIR-Strahlung empfindlich ist (CMOS = Complementary Metal Oxid
Semiconductor), HUD: Head Up Display (Einspiegelung von Informationen über eine
semitransparente Scheibe), DOE: Diffraktiv Optisches Element Modul 1 bezeichnet
eine aktiv Abstand, Geschwindigkeit und Beschleunigung ermittelnde
Anordnung. Modul 2 ist eine im Bezug zu den Funktionen
des Moduls 1 passive Anordnung, welches durch Aussendung
von Strahlung die Funktion des Moduls 1 gewährleistet.
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Die
Stromversorgung der Module 1 und 2 erfolgt in
der Regel durch die in die jeweiligen Fahrzeuge bereits serienmäßig installierte
Energieversorgung. Es ist jedoch auch eine eigenständige Energieversorgung
möglich.
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Die
Aufgabe wird bei dem Verfahren zur Kollisionswarnung erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruchs 27 gelöst. Die Unteransprüche 28 bis
33 sind vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Folgende
Verfahrensschritte werden unter Verwendung der Module 1 und 2 durchgeführt:
- 1. Die Sendereinheit des Moduls 1 sendet
ein IR-Aktivierungssignal aus, das von dem Empfänger im Modul 2 erkannt
wird.
- 2. Der Sender im Modul 2 wird durch das IR-Aktivierungssignal
veranlaßt,
für einen
vorgegebenen Zeitraum (von ca. 30 s) IR-Antwortimpulse auszusenden.
Diese IR-Antwortimpulse sind zeitlich und in der Intensität so ausgelegt,
daß sie
von dem Modul 1 auf einer Distanz von mindestens 50 m noch
eindeutig detektiert werden können, gleichzeitig
aber einen minimalen Stromverbrauch verursachen.
- 3. Da die Empfängereinheiten
des Moduls 1 räumlich
versetzt angeordnet sind, empfangen sie die näherungsweise punktförmig erscheinenden IR-Antwortsignale unter
verschiedenen Winkeln α, β. Die Steuer-
und Auswerteeinrichtung des Moduls 1 berechnet aus den
IR-Antwortsignalen die Position des gefährdeten Objektes relativ zum Fahrzeug
nach dem Triangulationsprinzip.
Der Abstand des Fahrzeuges
zu dem gefährdeten Objekt
berechnet sich In der Hauptverkehrsrichtung gemäß: dv = A/(tanα – tanβ) + C, und
quer zur Hauptverkehrsrichtung gemäß: ds = dv·tanβ, wobei A der Abstand der beiden
Empfängereinheiten
ist und C der Abstand von den Empfängereinheiten zur vorderen
Begrenzung des Fahrzeuges (zum Beispiel der Stoßstange). Die Winkel α und β werden hier
jeweils im Uhrzeigersinn positiv gewertet. Die Längsachse des Kfz entspricht
0°.
Der
Gesamtabstand beider Objekte beträgt demnach: dg = √dv2 + ds2.
- 4. Die Schritte 2 und 3 werden wiederholt, um auch den Geschwindigkeitsvektor
und die Beschleunigung des gefährdeten
Objektes relativ zum Fahrzeug zu ermitteln.
- 5. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung des Moduls 1 berechnet,
ob bei unveränderten
Bewegungszuständen
des Fahrzeuges und des gefährdeten
Objektes die Gefahr einer Kollision besteht.
- 6. Sofern die Gefahr einer Kollision besteht, werden mindestens
an die dem Fahrzeug zugeordneten Personen Signale (optisch, akustisch und/oder
haptisch) abgegeben. Optional können auch
Warnungen mittels IR-Signalen an das Modul 2 des gefährdeten
Objektes übermittelt
werden, welche dann an die dem gefährdeten Objekt zugeordneten
Personen (optisch, akustisch und/oder haptisch) weitergegeben werden
können.
Bei extremen Gefahrensituationen kann ggf. auch eine automatische
Bremsung des Fahrzeuges eingeleitet werden, um die Kollision zu
verhindern. Ein nachfolgendes, weiteres Fahrzeug wird mittels der
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahren
zur Kollisionswarnung über
die IR-Verbindung (Modul 2 an der Rückscheibe des Fahrzeuges und
Modul 1 an der Windschutzscheibe des nachfolgenden Kfz) über den
Bremsvorgang des Fahrzeuges informiert, wodurch Auffahrunfälle vermieden
werden.
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Dabei
kann bei Einsatz von mehr als zwei Empfängern die Genauigkeit der Positionsbestimmung
erhöht
werden.
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Soll
die Kollisionswarnung auch bei entgegenkommenden Fahrzeugen funktionieren,
enthält das
Modul 1 auch die technische Funktion des Moduls 2.
Das Modul 1 ist dann in der Lage mit seinen Empfängereinheiten
ein Aktivierungssignal zu empfangen und mit seiner Sendereinheit
die Abstrahlung von Antwortsignalen zu übernehmen. Voraussetzung ist
hier, daß die
Signale für
jedes Fahrzeug und jedes gefährdete
Objekt kodiert sind, so daß eine
eindeutige Zuordnung der Signale gewährleistet ist.
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Wesentlich
ist weiterhin eine extrem schnelle und präzise Messung und Auswertung
der Signale, insbesondere im Nahbereich sich begegnender Fahrzeuge,
um mit hoher Sicherheit feststellen zu können, ob sich Fahrzeuge auf
Kollisionskurs befinden, oder ob diese gefahrlos aneinander vorbei
fahren. Hierzu ist insbesondere weiterhin vorgesehen, eine Erfassung
und Auswertung des Fahrbahnverlaufes mit durchzuführen.
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Um
die Position und den Bewegungszustand von mehreren gefährdeten
Objekten gleichzeitig ermitteln zu können, ist es vorteilhaft, wenn
jedes der gefährdeten
Objekte unterschiedliche IR-Antwortsignale aussendet. Dies ist durch
bekannte Kodierungsmaßnahmen
(z.B. unterschiedliche Impulslängen, -höhen oder
-abstände)
möglich.
Es müssen
dann so viele verschiedene Kodierungen existieren, daß die Wahrscheinlichkeit
für ein
Auftreten von zwei Vorrichtungen 2 mit identischer Kodierung hinreichend
gering ist oder durch eine Vergabestelle jeder Code nur einmal ausgegeben
wird, so daß Doppelungen
ausgeschlossen werden können.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß im Falle
der Kollisionsgefährdung eine
Warnanzeige betätig
und/oder automatisch in das Management des Fahrzeuges eingegriffen
wird.
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Das
Kollisionswarnsystem sowie das Verfahren zur Kollisionswarnung kann
eigenständig
oder in Kombination mit Bilderkennungsverfahren bzw. Radarbasierten
Verfahren eingesetzt werden.
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Weiterhin
sind das Kollisionswarnsystem sowie das Verfahren zur Kollisionswarnung
nicht auf Anwendungen für
Straßenfahrzeuge
begrenzt. Vielmehr eigenen diese sich prinzipiell auch für Transporteinrichtungen
in Räumen,
landwirtschaftlich und forstwirtschaftlich genutzte Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge
sowie Flugzeuge.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben.
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Es
zeigen:
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1:
Darstellung der Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und einem
gefährdeten
Objekt, welches mit einem aktivierbaren Modul ausgestattet ist
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2:
Empfängereinheit
mit einem Matrix-Detektor
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3:
Empfängereinheit
mit einem Zeilen-Detektor
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4:
Sendereinheit mit einer Zeilen-Lichtquelle
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5:
Sendereinheit mit einer punktförmigen
Lichtquelle
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6:
Kombinierte Sendereinheit und Empfängereinheit mit Matrixdetektor
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7:
Kombinierte Sendereinheit und Empfängereinheit mit Zeiledetektor
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8:
Aufbau eines Moduls 2 in einer Rückbeleuchtung für ein Fahrrad
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9:
Einbau der Module in eine Windschutzscheibe mit refraktiver Optik
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10:
Einbau der Module in eine Windschutzscheibe mit diffraktiver Optik
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11:
Darstellung der Kommunikation zwischen Fahrzeug und gefährdeten
Objekten, bei der in das Fahrzeug zwei Module 1 eingebaut
sind.
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Die 1 zeigt
ein Anwendungsbeispiel für die
erfindungsgemäße Anordnung,
die einen PKW als Fahrzeug 3, das sich in einer Hauptverkehrsrichtung 9 entlang
eines Farbahnverlaufes 8 bewegt, und die ein Fahrrad mit
Fahrer als gefährdetes
Objekt 20 zeigt. Das Fahrzeug 3 hat jeweils eine
Empfängereinheit 4, 6,
die an der rechten und an der linken oberen Ecke der Windschutzscheibe
angebracht sind. Der Abstand A der beiden Empfängereinheiten 4, 6 bildet den
Basisabstand A für
das Triangulationsverfahren, bei dem die Winkel α und β bestimmt werden. Der Abstand
C ist die Entfernung zwischen den Empfängereinheiten und der vordersten
Begrenzung des Fahrzeuges 3.
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Innerhalb
der Winkelbegrenzungen sendet eine Sendereinheit 10, die
im Bereich des Rückspiegels,
ebenfalls im oberen Bereich der Windschutzscheibe, angeordnet ist,
Aktivierungssignale 13 aus.
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Weiterhin
sind die Empfängereinheiten 4, 6 und
die Sendereinheit 10 mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 11 verbunden,
welche an eine Energieversorgung 12 angeschlossen ist.
Die Empfängereinheiten 4, 6,
die Sendereinheit 10 und die Steuer- und Auswerteeinheit 11 mit
der Energieversorgung 12 bilden ein Modul 1, welches
in der Lage ist, die Position und die Relativbewegung eines gefährdeten
Objektes 20 aktiv zu erkennen und für eine Gefährdungserkennung auszuwerten.
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Das
gefährdete
Objekt 20 befindet sich in der Nähe des Fahrzeuges 3,
hier im Gebiet seiner voraussichtlichen Fahrtrichtung. Im Beispiel
ist das Fahrrad vorne, seitlich und hinten mit den üblichen Fahrrad-Beleuchtungseinrichtungen
ausgestattet, in denen jeweils die Funktion einer Quelle 21, 21', 21'' und 21''' integriert
ist. Je nach dem gewünschten Ausstattungsgrad
kann die Quelle 21
- a) eine mit Energie
versorgte Lichtquelle sein, die Licht in einem Wellenlängenbereich
aussendet, welcher von den Empfängereinheiten 4, 6 empfangen
wird,
- b) ein einfacher Reflektor für
die Aktivierungssignale 13 der Sendereinheit 10 sein
oder
- c) aus einem Empfänger 24 und
einem Sender 25 bestehen, die an eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 22 angeschlossen
sind, die mit einer Energieversorgung 23 verbunden ist,
wie dies im Beispiel der 1 gezeigt ist.
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Die
Quelle 21 sowie die optionale Energieversorgung 23 und
die Steuer- und Auswerteeinrichtung 22 bilden ein Modul 2,
welches selbst keine Positionsmessung vornimmt. Daher kann das Modul 2 vergleichsweise
zum Modul 1 wesentlich kostengünstiger gebaut werden.
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Über das
erfindungsgemäße Verfahren
werden die Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Radfahrers
relativ zum PKW ermittelt. Dem Pkw-Fahrer wird über eine Warnanzeige 27 akustisch
und über
ein HUD (nicht dargestellt) angezeigt, daß er bei unveränderter
Fahrtrichtung und Geschwindigkeit mit dem Radfahrer zusammenstoßen wird.
Reagiert der Pkw-Fahrer
auf die Warnung nicht, so kann der Pkw automatisch soweit abgebremst werden,
daß eine
Kollision verhindert wird.
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Zusätzlich ist
vorgesehen, daß auch
in dem Fahrrad als gefährdetes
Objekt 20 eine Warnanzeige 27 installiert ist,
die den Fahrradfahrer vor einer gefährlichen Situation warnt. Diese
Warnanzeige 27 wird von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 22 ausgelöst, die
ihrerseits ein Signal von dem Empfänger 24 erhält. In diesem
Fall muß der
Empfänger 24 auch
für den
Empfang von Warnsignalen 14 ausgerüstet sein. Die Warnsignale 14 werden
von der Sendereinheit 10 des Moduls 1 abgegeben,
die diese nur im Gefahrenfall, von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 gesteuert,
aussendet.
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Im
Beispiel ist am Heck des Fahrzeuges 3 zudem zusätzlich ein
Modul 2' angebracht,
welches in die Rückbeleuchtung
eingebaut ist. Das Modul 2 enthält hier beispielhaft eine Quelle 21,
die ständig Strahlung
abgibt, die von den Detektoren eines Moduls 1 als Antwortsignal 26 empfangen
wird.
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Über das
erfindungsgemäße Verfahren
wird der Fahrer eines nachfolgenden KFZ, das mit dem Modul 1 ausgestattet
ist, über
den relativen Bewegungszustand des Fahrzeuges 3 informiert
und bei einer Gefahrensituation gewarnt. Ein Bremsassistent kann
das nachfolgende KFZ abbremsen. Bei unvermeidbarer Kollision können Gurtstraffvorrichtungen und Ähnliches
aktiviert werden.
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Sind
alle Fahrzeuge mit entsprechenden Modulen ausgestattet, können die
meisten Auffahrunfälle
vermieden oder zumindest in ihren Folgen abgeschwächt werden.
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Weiterhin
ist es möglich,
weiteren nachfolgenden oder vorausfahrende Fahrzeugen Warnzeichen
per Funk zu übermitteln,
um Massenunfälle
zu vermeiden.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für die Empfängereinheiten 4, 6 des
Moduls 1. Die IR-Antwortsignale 26 werden durch
eine winkelvergrößernde Optik 15,
hier ein Weitwinkelobjektiv, auf den Detektor 5, 7,
hier eine IR-empfindliche
bildgebende Kamera, abgebildet. Die Detektoren 5, 7 sind
mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 verbunden,
welche ihrerseits mit einer Energieversorgung 12 gekoppelt
ist.
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Bevorzugt
handelt es sich um Kameras, die auch für den sichtbaren Wellenlängenbereich
geeignet sind. Es kann sich z.B. um konventionelle CCD- oder CMOS-Kameras
handeln, die in der Regel im VIS- und NIR-Bereich sensitiv sind.
Bei Verwendung von speziellen IR-Kameras, die das atmosphärische Fenster
(z.B. 8-14 μm)
nutzen, sind hingegen auch die Wellenlängen des Senders 25 auf
die für
die IR-Kameras geeigneten Wellenlängen auszulegen.
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Die
Abbildungseigenschaften der winkelvergrößernden Optik 15 sind
derart ausgelegt, daß jedem
Pixel ein Einstrahlwinkel α bzw. β zugeordnet werden
kann. Um das Triangulationsverfahren auch bei 50-100 m Abstand zum
gefährdeten
Objekt 20 anwenden zu können,
sollte die Winkelauflösung
in der Größenordnung
von 0,1° liegen.
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Um
wahlweise einen zweckmäßigen Spektralbereich
auswählen
zu können,
um das optimale Erkennen der IR-Aktivierungssignale zu ermöglichen,
sind vor den Detektoren 5, 7 elektromechanisch
wechselbare oder über
Polarisationseffekte schaltbare Spektralfilter 16 angebracht.
Je nach spektralem Durchlaßbereich
kann dann wahlweise sichtbare Strahlung VIS oder IR-Strahlung unterdrückt werden.
Bei der Verwendung von NIR-LEDs oder NIR-Laserdioden im Modul 2 kommt
bevorzugt eine CCD- oder CMOS-Kamera in Verbindung mit einem Langpaßspektralfilter
mit Durchlässigkeit
im NIR-Bereich zum Einsatz. Bevorzug liegt der Durchlaßbereich
des Spektralfilters 16 im Spektralbereich der Antwortsignale 26 des
Moduls 2.
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3 entspricht
im wesentlichen 2, zeigt aber zwei Ansichten
der Empfängereinheit 4, 6. Der
Detektor 5, 7 ist hier eine Zeilenkamera. Die
winkelvergrößernde Optik 15 kann
hier durch Zylinderoptiken realisiert werden.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für eine Sendereinheit 10 des
Moduls 1. Kreisförmig
parallel zur Fahrbahnebene angeordnete Lichtquellen 17, hier
IR-LEDs, strahlen ein gepulstes IR-Aktivierungssignal 13 ab,
wobei sich die Strahlkegel der LEDs überlappen, so daß keine
Abstrahllücken
entstehen.
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Die
IR-Aktivierungssignale 13 sind für alle Module 1 einheitlich
und so ausgelegt, daß sie
von Empfängern 24 im
Modul 2 in 100 m Entfernung noch detektierbar sind. Die
Empfängereinheiten 4, 6 und die
Sendereinheit 10 des Moduls 1 haben eine gemeinsame
Elektronik-Ansteuerung durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 und
eine gemeinsame Energieversorgung 12.
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5 zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel für die Sendereinheit 10 des
Moduls 1. Ein Weitwinkelobjektiv als winkelvergrößernde Optik 15 sorgt
für die
aufgefächerte
Abstrahlung der Lichtquelle 17, beispielsweise einer leistungsstarken
IR-LED oder eines leistungsstarken IR-Diodenlasers.
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6 zeigt,
daß die
Detektoren 5, 7 der Empfängereinheiten 4, 6 und
die Lichtquelle 17 der Sendereinheit 10 des Moduls 1 im
selben Gehäuse untergebracht
sind. Die Strahlung wird über
einen Strahlteiler 37 vereinigt und über die winkelvergrößernde Optik 15 ausgesendet
bzw. empfangen.
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7 zeigt
eine Anordnung, bei der daß die Detektoren 5, 7 der
Empfängereinheiten 4, 6 und
die Lichtquelle 17 der Sendereinheit 10 des Moduls 1 übereinanderliegend
in einem Gehäuse
angeordnet sind.
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8 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für das Modul 2,
das am gefährdeten
Objekt angeordnet ist. Hier ist eine Variante für die Verwendung am Fahrrad dargestellt,
die eine konventionelle Rückbeleuchtung 38 mittels
Glühlampe
oder Weißlicht-LED
enthält. Das
Gehäuse
ist weiterhin mit Reflektoren 39 versehen. In das Gehäuse sind
jeweils mehrere IR-Fotoempfänger 18 zum
Empfang des IR-Aktivierungssignals 13 und mehrere IR-LEDs als Lichtquellen 17 zum
Abstrahlen des IR-Antwortsignals 26 eingebaut. Eine energiesparende
Steuer- und Auswerteeinheit 22 identifiziert die IR- Aktivierungsignale 13 und
liefert für
ca. 30 s kodierte IR-Antwortsignale 26. Zur Unterscheidung
von mehreren Modulen 2 wird vorzugsweise eine Pulshöhen-Modulation eingesetzt,
um die Fähigkeit
des Moduls 1, Intensitätsunterschiede messen
zu können,
auszunutzen. Hierdurch kann die Anzahl der für eine Kodierung notwendigen
IR-Impulse minimiert werden, was die Reaktionszeit des Verfahrens
erhöht.
Die IR-Impulslänge
wird minimiert, um möglichst
wenig Strom zu verbrauchen. Zur Gewährleistung einer wartungsfreien
Funktion für
mindestens 1 Jahr, kann das Modul 2 folgende Elemente für die Stromversorgung
aufweisen: Batterie 29, Akku 30, Dynamo 31,
Solarzelle 32 sowie einer intelligente Ladeelektronik.
Die Vorrichtung kann weiterhin mit einem Beschleunigungssensor 28 versehen werden,
um bei längerem
Stillstand des Fahrrads den Stromverbrauch weitgehend abzuschalten.
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Prinzipiell
kann das Modul 2 auch ein von dem Modul 1 ausgesendetes
Kollisionswarnsignal über
die IR-Fotodioden empfangen und auswerten. In diesem Fall kann das
Modul 2 auch eine akustische, optische oder haptische Warnanzeige 27 bzw. eine
Schnittstellen zu solchen Warnvorrichtungen aufweisen.
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Für den Fall,
daß das
Modul 2 in einem Kfz eingebaut ist, können die Energiespar-Funktionen entfallen.
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Die 9 und 10 zeigen
Ausführungen für das Modul 1 oder
das Modul 2, das eine Minimierung von Reflexionsverlusten
an Frontscheibe 33 bzw. an der Heckscheibe 34 realisieren.
Die Ein- und Auskopplung der IR-Strahlung
erfolgt gemäß 9 über refraktive
optische Koppelelemente 35, im Beispiel aufgeklebte Prismenkoppler.
Die Ein- und Auskopplung der IR-Strahlung
erfolgt gemäß 10 über diffraktive
optische Koppelelemente 36, im Beispiel oberflächlich angebrachte
DOEs.
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11 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung.
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Das
gefährdete
Objekt 20, das Fahrrad mit seinem Fahrer hat hier ein Modul 2,
das als Quelle 21 einen einfachen Reflektor für die Aktivierungssignale 13 aufweist.
Die reflektierten Aktivierungssignale treffen als Antwortsignale 26 auf
die Detektoren 6, 7 des Moduls 1.
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Weiterhin
zeigt 11, daß in dem Fahrzeug 3 eine
weiteres Modul 1' im
Bereich der Heckscheibe 34 eingebaut ist. Das Modul 1' korrespondiert
mit einem Modul 1'', welches in
einen nachfolgenden Fahrzeug 3' eingebaut ist. Die Module 1' und 2' senden und
empfangen jeweils Aktivierungssignale 13 und Antwortsignale 26,
so daß beide
Fahrzeuge 3 und 3' eine
relative Positions- und Bewegungsbestimmung vornehmen können. Diese
Anordnung ist insbesondere auch zum Erkennen von Hindernissen bei
einer Rückwärtsfahrt
des Fahrzeuges 3 von Vorteil.
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- 1
- Modull
- 2
- Modull
- 3
- Fahrzeug
- 4
- erste
Empfängereinheit
für Antwortsignale 26
- 5
- erster
Detektor
- 6
- zweite
Empfängereinheit
für Antwortsignale 26
- 7
- zweiter
Detektor
- 8
- Fahrbahnverlauf
- 9
- Hauptverkehrsrichtung
- 10
- Sendereinheit
für Aktivierungssignale 13 und Warnsignale 14
- 11
- Steuer-
und Auswerteeinrichtung
- 12
- Energieversorgung
- 13
- Aktivierungssignale
- 14
- Warnsignale
- 15
- winkelvergrößernde Optik
- 16
- Spektralfilter
- 17
- Lichtquelle
- 18
- Fotoempfänger
- 19
-
- 20
- gefährdetes
Objekt
- 21
- Quelle
- 22
- Steuer-
und Auswerteeinrichtung
- 23
- Energieversorgung
- 24
- Empfänger für Aktivierungssignale 13
- 25
- Sender
für Antwortsignale 26
- 26
- Antwortsignale
- 27
- Warnanzeige
- 28
- Beschleunigungssensor
- 29
- Batterie
- 30
- Akku
- 31
- Solarzelle
- 32
- Dynamo
- 33
- Frontscheibe
- 34
- Heckscheibe
- 35
- refraktives
optisches Koppelelement
- 36
- diffraktives
optisches Koppelelement
- 37
- Strahlteiler
- 38
- Rückbeleuchtung
- A
- Basisabstand
der Detektoren
- C
- Abstand
der Empfängereinheiten
von der vorderen Fahrzeugbegrenzung
- α
- Winkel
des Meßsignals
für den
ersten Detektor
- β
- Winkel
des Meßsignals
für den
zweiten Detektor