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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines bevorstehenden Überholvorgangs.
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Kraftfahrzeuge
werden zunehmend mit Fahrerassistenzsyste- men ausgerüstet, die
mit Hilfe einer geeigneten Sensorik, beispielsweise mit Hilfe von Radarsensoren,
das Umfeld des eigenen Fahrzeugs erfassen und den Fahrer bei der
Führung
des Fahrzeugs unterstützen
und/oder vor Gefahren warnen. Ein Beispiel eines solchen Fahrerassistenzsystems ist
ein sogenanntes ACC-System (Adaptive Cruise Control), mit dem die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf eine vom Fahrer gewählte Wunschgeschwindigkeit
geregelt wird und, sofern sich ein vorausfahrendes Fahrzeug auf
von dem eigenen Fahrzeug befahrenen Spur befindet, der Abstand zu
dem vorausfahrenden Fahrzeug mit Hilfe des Radarsensors gemessen
und durch Anpassung der eigenen Geschwindigkeit automatisch geregelt
wird. Ein solches System trägt
nicht nur zur Verbesserung des Fahrkomforts, sondern auch zur Verringerung
der Unfallgefahr bei. Falls der Fahrer das langsamere vorausfahrende
Fahrzeug überholen
möchte,
kann er das ACC-System durch Betätigung
des Gaspedals übersteuern
und dann durch einen Spurwechsel einen Überholvorgang einleiten.
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Bei
Fahrten auf Autobahnen oder mehrspurigen Landstraßen bergen
jedoch Spurwechselvorgänge
und insbesondere Überholvorgänge ein
erhebliches Unfallrisiko, etwa weil der Fahrer den Abstand und/oder
die Geschwindigkeit eines sich auf der Überholspur von hinten annähernden
Fahrzeugs falsch einschätzt
oder weil sich dieses Fahrzeug im toten Winkel befindet und deshalb
vom Fahrer übersehen
wird.
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Aus
diesem Grund sind Fahrerassistenzsysteme entwickelt worden, die
den Fahrer bei Spurwechselvorgängen
unterstützen
und/oder ein Warnsignal ausgeben, wenn ein gefahrenloser Spurwechsel
nicht möglich
ist. Solche Systeme, die auch als Spurwechselassistenten oder Tote-Winkel-Warnsysteme bezeichnet
werden, weisen typischerweise eine erweiterte Sensorik auf, etwa
in der Form eines Rückraumradars
zur Überwachung
des rückwärtigen Verkehrs
auf der Überholspur
und/oder eines Nahbereichsradars oder Ultraschallsensors zur Überwachung
des toten Winkels. Wenn das System erkennt, daß der Fahrer einen Spurwechselvorgang
einleiten will, und wenn sich dann aus den Sensordaten ergibt, daß ein gefahrenloser
Spurwechsel nicht möglich
ist, so wird ein Warnsignal an den Fahrer ausgegeben. Die Akzeptanz
eines solchen Systems ist jedoch davon abhängig, daß die Überholabsicht des Fahrers mit
hinreichender Zuverlässigkeit
erkannt werden kann, da häufige
Fehlwar nungen als erhebliche Beeinträchtigung des Komforts und des
Sicherheitsgefühls
empfunden werden.
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Zur
Erkennung der Überholabsicht
des Fahrers sind bereits verschiedene Verfahren bekannt.
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Ein
Verfahren, das z. B. in
DE
35 00 152 A1 ,
DE
36 22 091 A1 und
DE
296 20 357 U1 beschrieben wird, beruht auf der Auswertung
des Status des Fahrtrichtungsanzeigers. Dabei wird davon ausgegangen,
daß der
Fahrer seine Überholabsicht
durch Setzen des Fahrtrichtungsanzeigers zu erkennen gibt. Dieses
Verfahren hat jedoch nur eine begrenzte Verläßlichkeit da zum einen das
Setzen des Fahrtrichtungsanzeigers (des linken Blinkers) nicht immer auf
eine Überholabsicht
hinweisen muß und
zum anderen auch mit der Möglichkeit
gerechnet werden muß,
daß der
Fahrer den Überholvorgang
einleitet, ohne vorher den Blinker zu betätigen.
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Es
sind auch Fahrerassistenzsysteme bekannt, die als zusätzliche
Sensorkomponente ein Videosystem aufweisen, mit dem Fahrbahnmarkierungen
erkannt werden können
und somit auch die Position des Fahrzeugs relativ zu den linken
und rechten Spurgrenzen bzw. eine Annäherung des Fahrzeugs an eine
dieser Spurgrenzen erkannt werden kann. Ein typischer Anwendungsfall
sind Assistenzsysteme, mit denen eine Spurverlassenswarnung ausgegeben
werden kann, falls der Fahrer das Fahrzeug nicht annähernd auf
der Mitte der eigenen Fahrspur hält.
Eine Annäherung
an die linke Spurgrenze kann bei solchen Systemen auch als Indiz
für eine Überholabsicht
des Fahrers aufgefaßt
werden. Nachteilig ist jedoch der relativ hohe Aufwand für die Videosensorik
sowie die vergleichsweise hohe Störanfälligkeit einer solchen Sensorik,
die insbesondere bei schlechten Sichtverhältnissen zu Fehlinterpretationen
und damit zu Fehlwarnungen oder zum Ausbleiben von an sich notwendingen
Warnungen führen kann.
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In
DE 101 18 265 A1 wird
ein Verfahren beschrieben, bei dem mit Hilfe eines Gierratensensors die
Giergeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs gemessen wird. Außerdem wird
mit Hilfe eines winkelauflösenden
Ortungssensors, etwa eines Radarsensors, die Winkelgeschwindigkeit
eines vorausfahrenden Fahrzeugs gemessen. Durch Vergleich dieser
Daten läßt sich
dann eine Aussage über
einen bevorstehenden Spurwechsel gewinnen. Bei langsamen Spurwechselvorgängen bei
schneller Fahrt auf Autobahnen ist jedoch die auftretende Giergeschwindigkeit
sehr gering, so daß aufgrund
von Meßrauschen
und/oder begrenzter Sensorauflösung
oft keine hinreichende Meßgenauigkeit
erreicht werden kann. Außerdem
können
auch bei diesem Verfahren Situationen auftreten, in denen fälschlich
auf eine Spurwechselabsicht geschlossen wird oder eine tatsächlich bestehende
Spurwechselabsicht nicht erkannt wird. Ein Beispiel ist etwa die
Situation, daß der Fahrer
des eigenen Fahrzeugs einen Spurwechselvorgang beim Einfahren in
eine Rechtskurve einleitet. In diesem Fall wird zwar eine von null
verschiedene Winkelgeschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs
gemessen, doch kann keine entsprechende Gierrate des eigenen Fahrzeugs
gemessen werden, da der Fahrer nicht der Fahrbahnkrümmung folgt,
sondern zunächst
noch geradeaus fährt,
um auf die linke Nebenspur zu wechseln.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
mit den in Anspruch angegebenen Merkmalen ermöglicht es, einen bevorstehenden Überholvorgang
mit verhältnismäßig geringem
Sensoraufwand zuverlässig
zu erkennen.
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Das
Verfahren beruht auf einer Bewertung des Verhaltens des Fahrers
bei der Annäherung
an ein langsameres vorausfahrendes Fahrzeug. Wenn der Fahrer keine Überholabsicht
hat, wird er bereits bei relativ großem Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug
seine Geschwindigkeit reduzieren, damit er nicht zu dicht auf das
vorausfahrende Fahrzeug auffährt.
Beabsichtigt er dagegen einen Überholvorgang,
wird er die Geschwindigkeit nicht reduzieren, sondern gegebenenfalls
sogar beschleunigen, um sich in den fließenden Verkehr auf der Nebenspur einzufädeln. Durch
Vergleich des gemessenen Objektabstands mit der Relativgeschwindigkeit,
die mit Hilfe eines Radarsystems direkt gemessen werden kann oder
wahlweise auch durch Ableitung des gemessenen Abstands nach der
Zeit berechnet werden kann, läßt sich
daher eine Überholabsicht
des Fahrers bereits erkennen, bevor der Fahrer zu einem Spurwechsel
ansetzt. Falls sich dann ein Fahrzeug im toten Winkel befindet oder
sich auf der Überholspur
ein Fahrzeug mit hoher Relativgeschwindigkeit annähert, kann
eine Warnung an den Fahrer ausgegeben werden. Selbst wenn in Ausnahmefällen das Verhalten
des Fahrers einmal falsch interpretiert wird und eine Warnung ausgegeben
wird, obwohl der Fahrer keine Überholabsicht
hat, ist die Warnung dennoch nicht vergebens, da sie den Fahrer
darauf hinweist, daß er
im Begriff ist, zu dicht auf das vordere Fahrzeug aufzufahren.
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Das
Verfahren ermöglicht
es, eine Überholabsicht
auch dann zu erkennen, wenn der Fahrer den linken Blinker nicht
gesetzt hat. Umgekehrt kann in den Fällen, in denen der Fahrer den
Blinker aus anderen Gründen
betätigt
hat, erkannt werden, daß keine Überholabsicht
besteht.
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Für die Durchführung des
Verfahrens wird im einfachsten Fall lediglich ein abstandsmessender Sensor
benötigt,
so daß das
Verfahren auch bei Fahrzeugen implementiert werden kann, die nur über eine
sehr eingeschränkte
Umfeldsensorik verfügen. Insbesondere
ist das Verfahren nicht vom Vorhandensein eines Videosystems abhängig, womit
auch die Störquellen
vermieden werden, die sich aus der Verwendung eines solchen Systems
ergeben. Entsprechendes gilt auch bezüglich anderer Sensorkomponenten,
die bei den herkömmlichen
Verfahren verwendet wurden, etwa zur Messung der Gierrate des eigenen
Fahrzeugs, der Winkelgeschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs
und dergleichen.
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Andererseits
kann erfindungsgemäße Verfahren
auch mit den oben beschrieben herkömmlichen Verfahren kombiniert
werden, um eine noch höhere
Erkennungswahrscheinlichkeit und Verläßlichkeit zu erreichen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Fahrerassistenzsystem zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand
des unabhängigen
Erzeugnisanspruchs.
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In
einer zweckmäßigen Ausführungsform wird
aus der Relativgeschwindigkeit v des vorausfahrenden Fahrzeugs und
dem gemessenen Abstand d diese Fahrzeugs der Quotient v/d gebildet.
Dieser Quotient oder eine andere geeignete Funktion der Größen v und
d (oder von v/d), die generell steigend in v und fallend in d ist,
bildet dann ein Maß für die Wahrscheinlichkeit,
daß eine Überholabsicht
besteht. Wenn diese Wahrscheinlichkeit oberhalb eines vorgegebenen
Schwellenwertes liegt, der gegebenenfalls auch situationsabhängig variiert
werden kann, wird entschieden, daß der Fahrer einen Spurwechsel beabsichtigt,
und es wird eine Warnung ausgegeben, falls der Spurwechsel nicht
gefahrlos möglich
ist.
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Der
Schwellenwert kann beispielsweise davon abhängig sein, ob der Fahrer den
Fahrtrichtungsanzeiger betätigt
hat. Da das Setzen des Blinkers schon für sich allein ein Indiz für eine Überholabsicht des
Fahrers darstellt, ist es zweckmäßig, den Schwellenwert
zu verringern, da nur noch ein geringes zusätzliches Indiz für das Bestehen
einer Überholabsicht
benötigt
wird. Auf analoge Weise können auch
die Ergebnisse anderer bekannter Systeme zur Erkennung der Spurwechselabsicht
in den Schwellenwert einfließen,
und andererseits ist es auch möglich,
die anhand der Größen v und
d erhaltene Wahrscheinlichkeit für
die Überholabsicht
mit den anhand anderer Verfahren gewonnenen Wahrscheinlichkeiten
zu einer Gesamtwahrscheinlichkeit zusammenzufassen, die dann einem
Schwellenwertvergleich unterzogen wird.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Skizze eines Kraftfahrzeugs mit einem als Blockdiagramm eingezeichneten
Fahrerassistenzsystem;
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2 eine
Skizze einer Verkehrssituation zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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3 bis 5 Diagramme
zur Erläuterung der
Wirkungsweise des Verfahrens.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
schematisch ein Kraftfahrzeug 10 dargestellt, das mit einem
Fahrerassistenzsystem ausgerüstet
ist, das beispielsweise die Funktionen eines ACC-Systems (adaptiver
Geschwindigkeitsregler) sowie die Funktion eines Spurwechselassistenten
erfüllt.
Als Sensorkomponenten sind eine winkelauflösender Radarsensor 12,
der vorn im Fahrzeug eingebaut ist und das Vorfeld des Fahrzeugs überwacht,
ein Rückraumradar 14 zur Überwachung des
rückwertigen
Verkehrs auf der Überholspur
sowie ein Ultraschallsensor 16 vorgesehen, mit dem insbesondere
Fahrzeuge auf der Überholspur
erkannt werden können,
die sich im toten Winkel zwischen Innenspiegel, Außenspiegel
und Gesichtsfeld des Fahrers sowie auch außerhalb der Ortungsbereiche
der Radarsensoren 12, 14 befinden. Die Signale dieser
Sensorkomponenten werden in einer elektronischen Steuereinheit 18 ausgewertet,
und ein Warnsignalgeber 20, beispielsweise ein akustischer
Signalgeber, wird durch die Steuereinheit 18 zur Ausgabe
eines Warnsignals veranlaßt,
wenn eine Überholabsicht
des Fahrers erkannt wurde und sich aus den Signalen der Sensoren 14, 16 ergibt,
daß ein
gefahrloser Spurwechsel auf die linke Nebenspur zur Zeit nicht möglich ist.
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Diese
Warnfunktion setzt voraus, daß eine Spurwechsel- oder Überholabsicht
des Fahrers hinreichend zuverlässig
erkannt werden kann. Hierzu dient das nachstehend im einzelnen beschriebene Verfahren.
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2 illustriert
eine typische Verkehrssituation, in der sich das mit dem Fahrerassistentsystem ausgerüstete Fahrzeug 10 auf
der rechten Spur 22 einer mehrspurigen Fahrbahn 24 einem
langsameren vorausfahrenden Fahrzeug 26 nähert. Mit
Hilfe des Radarsensors 12 wird der Abstand d zwischen den
Fahrzeugen 10 und 26 gemessen, ebenso die Relativgeschwindigkeit
v des Fahrzeugs 26 relativ zum Fahrzeug 10. Aufgrund
des Winkelauflösungsvermögens des
Radarsensors 12 ist es außerdem möglich zu erkennen, daß sich das
Fahrzeug 26 auf der auch von dem Fahrzeug 10 befahrenen
rechten Spur 22 befindet.
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Das
in der Steuereinheit 18 implementierte Datenverarbeitungssystem
muß nun
erkennen, ob der Fahrer des Fahrzeugs 10 beabsichtigt,
das Fahrzeugs 26 zu überholen,
oder ob er seine Geschwindigkeit verringern will, um dem Fahrzeug 26 in
einem geeigneten Abstand zu folgen. Falls in dieser Situation das
ACC-System aktiv ist, wird dieses System automatisch eine Geschwindigkeitsanpassung
des Fahrzeugs 10 veranlassen, doch hat der Fahrer die Möglichkeit,
das System durch Betätigen
des Gaspedals zu übersteuern.
Dies muß allerdings
noch nicht bedeuten, daß der
Fahrer auch wirklich die Absicht hat, das Fahrzeug 26 zu überholen.
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In 2 ist
durch einen Pfeil 28 der Kurs angegeben, dem der Fahrer
des Fahrzeugs 10 zu folgen beabsichtigt. Demnach hat der
Fahrer vor, auf die linke Spur 30 zu wechseln, um das Fahrzeug 26 zu überholen.
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In 3 ist
dargestellt, wie sich der Abstand d während dieses Vorgang in Abhängigkeit
von der Zeit t ändert.
Der Einfachheit halber sei angenommen, daß die Fahrzeuge 10 und 26 ihre
Absolutgeschwindigkeit beibehalten, so daß die Relativgeschwindigkeit
v zeitlich konstant ist, wie in 4 gezeigt
ist. Der Abstand d nimmt somit linear mit der Zeit ab.
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In 5 ist
der Quotient v/d gegen die Zeit t aufgetragen. Dieser Quotient wird
durch eine progressiv ansteigende Kurve repräsentiert, die zu einem bestimmten
Zeitpunkt t0 einen vorgegebenen Schwellenwert S überschreitet.
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Der
Schwellenwert S ist – beispielsweise
anhand von empirischen Erhebungen – so gewählt, daß bei einem durchschnittlichen
Kraftfahrer bis zum Zeitpunkt t0 noch eine größere Wahrscheinlichkeit dafür spricht,
daß der
Fahrer nicht überholen
will, sondern doch noch seine Geschwindigkeit verringert, um dem Fahrzeug 26 zu
folgen, während
nach Überschreitung
des Schwellenwertes S zum Zeitpunkt t0 davon auszugehen ist, daß der Fahrer
einen Überholvorgang
beabsichtigt. Anhand dieses einfachen Kriterium kann somit ein Überholwunsch
des Fahrers erkannt werden, so daß erforderlichenfalls mit Hilfe
des Warnsignalgebers 20 ein Warnsignal ausgegeben werden
kann.
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Anstelle
des Quotienten v/d kann für
den Schwellenwert auch eine andere geeignete Größe herangezogen werden, die
eine Funktion der Relativgeschwindigkeit v und des Abstands d ist.
Wenn der Überholwunsch
des Fahrers anhand einer Überschreitung
des Schwellenwertes S erkannt wird, sollte diese Funktion so beschaffen
sein, daß sie
mit zunehmendem v und abnehmendem d wächst.
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Mathematisch äquivalent
hierzu ist die Betrachtung einer Funktion, die mit zunehmenden v
und abnehmendem d fällt,
etwa des Quotienten d/v, wenn das Entscheidungskriterium darin besteht,
daß ein geeigneter
Schwellenwert unterschritten wird.
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Gemäß einer
Weiterbildung kann auch eine Funktion betrachtet werden, die zusätzlich von
der positiven oder negativen Beschleunigung des Fahzeugs 10 abhängig ist.
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Der
hier benutzte Quotient v/d läßt sich
physikalisch interpretieren als die Zeit, die noch bis zur Kollision
mit dem Fahrzeug 26 vergehen würde, wenn beide Fahrzeuge 10, 26 ihre
Fahrt mit unveränderter
Geschwindigkeit fortsetzen.