DE102005029662A1

DE102005029662A1 - Umgebungserfassung bei Landfahrzeugen

Info

Publication number: DE102005029662A1
Application number: DE102005029662A
Authority: DE
Inventors: Marius Dr. Schlingelhof
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2006-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung der Umgebung eines Landfahrzeuges (1), wobei Satellitensignale jeweils von einer Mehrzahl der Landfahrzeuge empfangen werden. Zumindest in einem Teil der Mehrzahl der Landfahrzeuge (1, 15, 16, 17) werden aus den Satellitensignalen Rohdaten erzeugt, die Entfernungen, Pseudoentfernungen und/oder Relativgeschwindigkeiten des Landfahrzeuges relativ zu den Satelliten (1) entsprechen, wobei zumindest die Rohdaten eines ersten der Landfahrzeuge (1, 15, 16, 17) zu einem zweiten der Landfahrzeuge (1, 15, 16, 17) übertragen werden, wobei zumindest aus den Rohdaten des ersten Landfahrzeuges (1) und aus den Rohdaten des zweiten Landfahrzeuges (15) Umgebungsinformationen über die Umgebung der Landfahrzeuges ermittelt werden und wobei bei der Erzeugung der Umgebungsinformationen aus den Rohdaten Trajektorien der Bewegung einer Mehrzahl von Fahrzeugen gebildet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung der Umgebung eines Landfahrzeuges.
Um den Fahrer eines Landfahrzeuges zu unterstützen und um die Fahrzeugsicherheit zu erhöhen, können Systeme eingesetzt werden, die den Fahrer insbesondere bei kritischen Fahr- oder Verkehrszuständen warnen, unterstützen oder sogar in den Fahrzeugführungsprozess eingreifen (z. B. unter Einsatz eines Antiblockiersystems, ABS). Vorteilhaft sind insbesondere Systeme, die dem Fahrer einen situationsabhängigen Überblick über die Fahrzeugumgebung verschaffen, wobei der Überblick über das normale sichtbare Umfeld einschließlich eines Rückspiegelbereichs hinausgeht. Damit ist es beispielsweise möglich, automatisch fahrzeugseitige Steuerungs- und Regelprozesse zu unterstützen.
Es besteht die Möglichkeit, dass solche Systeme zusätzliche Sensoren aufweisen, die Informationen über die Fahrzeugumgebung liefern. So können z. B. Kameras Bildinformationen aus so genannten toten Winkeln erfassen. Damit können bestimmte Umgebungsbereiche des Fahrzeuges erfasst werden, um z. B. für den Fahrspurwechsel eines Straßenkraftfahrzeuges, für ein Überholen anderer Fahrzeuge und/oder beim Abbiegen wichtige Umgebungsinformationen zu erfassen.
Als spezielle Abstands- und Einparkhilfen für Straßenkraftfahrzeuge können Ultraschallsensoren dienen, die auf kurze Entfernungen Hindernisse in einer bestimmten Detektionsrichtung wahrnehmen. Als Ergebnis der Erfassung erhält der Fahrer lediglich die Information, ob ein kritischer Abstand zu einem meist unbeweglichen Hindernis unterschritten ist.
Für die Überwachung während der Fahrt, insbesondere in Fahrtrichtung, können Radarsysteme eingesetzt werden, die z. B. einen Winkelbereich vor dem Fahrzeug erfassen können. Auf diese Weise ist es möglich, den Fahrer automatisch zu warnen oder Einfluss auf die Führung des Fahrzeuges zu nehmen. Hierfür können entsprechende rechnergestützte Einrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise ein zentraler Bordcomputer. Insbesondere ist es möglich, den Fahrer bei einem Fahrspurwechsel zu unterstützen, die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges bei Kurvenfahrten automatisch zu reduzieren und das Fahrzeug automatisch zu bremsen. Die Kosten und der technische Aufwand für derartige Radarsysteme sind jedoch hoch.
Mit den zuvor beschriebenen Systemen können nur eingeschränkte, relativ kleine Bereiche der Fahrzeugumgebung erfasst werden. Um größere Winkelbereiche zu erfassen werden entsprechend viele der Sensoren an dem Fahrzeug benötigt. Die Reichweiten der Erfassung sind dadurch begrenzt, dass die Erfassungsbereiche in Erfassungsrichtung am nächstliegenden Hindernis enden. Somit ist beispielsweise keine vorausschauende Stau- oder Kurvenwarnung möglich, wenn ein Straßenkraftfahrzeug hinter einem höheren Fahrzeug hinterherfährt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Erfassung der Umgebung eines Landfahrzeuges anzugeben, die die Nachteile der zuvor genannten Systeme vermeiden und die insbesondere für den relativ engen und bewegungsdynamischen Straßen- und Schienenverkehr geeignet sind. Insbesondere soll es möglich sein, in Echtzeit Informationen über die Umgebung zu erhalten und zur Assistenz eines Fahrers zu verwenden.

Es wird ein Verfahren zur Erfassung der Umgebung eines Landfahrzeuges vorgeschlagen, wobei Satellitensignale jeweils von einer Mehrzahl der Landfahrzeuge empfangen werden, wobei zumindest in einem Teil der Mehrzahl der Landfahrzeuge aus den Satellitensignalen Rohdaten erzeugt werden, die Entfernungen, Pseudoentfernungen und/oder Relativgeschwindigkeiten des Landfahrzeuges relativ zu den Satelliten entsprechen, wobei zumindest die Rohdaten eines ersten der Landfahrzeuge zu einem zweiten der Landfahrzeuge übertragen werden und wobei zumindest aus den Rohdaten des ersten Landfahrzeuges und aus den Rohdaten des zweiten Landfahrzeuges Umgebungsinformationen über die Umgebung der Landfahrzeuge ermittelt werden.

Vorteilhafter Weise werden bei der Erzeugung der Umgebungsinformationen aus den Rohdaten Trajektorien der Bewegung einer Mehrzahl von Fahrzeugen gebildet.

Unter einer Trajektorie wird eine zeitliche Folge von Positionen oder relativen Positionen (relativ in Bezug auf eine ausgezeichnete Position oder in Bezug auf ein bestimmtes Fahrzeug, z. B. in Bezug auf ein Fahrzeug, dessen Fahrer durch Auswertung der Umgebungsinformationen unterstützt werden soll) verstanden, die ein bestimmtes Fahrzeug während einer Bewegung erreicht. Die Positionen oder relativen Positionen können auf einfache Weise und hochgenau aus den Rohdaten bestimmt werden. Die Genauigkeit liegt beispielsweise im Bereich von einigen Dezimetern oder Zentimetern.

Es ist daher ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass insbesondere Trajektorien von einer Mehrzahl von Fahrzeugen aus den Rohdaten ermittelt werden können und somit ein genaues und aktuelles Umgebungsmodell mit Bewegungen der benachbarten Fahrzeuge zur Verfügung steht. Beispielsweise kann so erkannt werden, ob eine Kollision zu erwarten ist. Allgemeiner formuliert, ist es möglich, zumindest eine der Trajektorien in die Zukunft zu extrapolieren.

Einer besonders bevorzugte Möglichkeit der Auswertung der Trajektorien ist die Erkennung der Position oder Relativposition von Fahrwegen, insbesondere Fahrspuren, z. B. auf Straßen. Liegt eine Mehrzahl der Trajektorien auf demselben Weg, oder weisen diese Trajektorien nur geringe Abstände zueinander auf, kann daraus geschlossen werden, dass die Positionen der Trajektorien auf üblicherweise oder derzeit verwendeten Fahrwegen der Landfahrzeuge liegen.

Zusätzlich zu einem so festgestellten Fahrweg oder zu einer so festgestellten Mehrzahl von Fahrwegen kann insbesondere auch eine Eigenschaft des Verkehrs auf dem Fahrweg aus den Rohdaten festgestellt werden, z. B. eine typische oder mittlere Geschwindigkeit der auf den Fahrwegen fahrenden Fahrzeuge, ein Nutzungsgrad des Fahrweges (beispielsweise mit der Folge, dass einem Fahrer empfohlen werden kann, auf einen anderen Fahrweg mit geringem Nutzungsgrad auszuweichen) und/oder eine Richtung des Verkehrs auf dem Fahrweg (in Frage kommt als Ergebnis z. B., dass ein Fahrweg nur in einer Richtung befahren wird oder in beiden Richtungen befahren wird, sodass z. B. an den Fahrer eine Warnung vor einer Kollision ausgegeben werden kann).

Alternativ oder zusätzlich kann durch automatische Auswertung der Trajektorien ein Signal erzeugt wird, das zur Assistenz eines Fahrers zumindest eines der Landfahrzeuge geeignet ist. Einzelne Beispiele für den Zweck und den Auslöser solcher Signale wurden bereits gegeben. Allgemeiner formuliert können insbesondere Warnungen und/oder Informationen ausgegeben werden und/oder es kann automatisch in den Prozess des Führens des Landfahrzeuges eingegriffen werden (z. B. kann bei einer erwarteten Kollision, die durch Auswertung der Trajektorien ermittelt wurde, eine Not-Bremsung eingeleitet werden).

Eine weitere bevorzugte Möglichkeit der Nutzung der aus den Trajektorien ermittelten Umgebungsinformationen besteht, wenn außer den Rohdaten des ersten Landfahrzeugs die zu dem zweiten Landfahrzeugs übertragen werden, auch Informationen über Eigenschaften des ersten Landfahrzeugs übertragen werden und bei der Ermittlung der Umgebungsinformationen verwendet werden. Insbesondere wenn für eine Mehrzahl der Landfahrzeuge solche Eigenschaftsinformationen unter den Fahrzeugen ausgetauscht werden, kann bei der Auswertung der Rohdaten auch ermittelt werden, zu welchem Zweck ein Fahrweg genutzt wird. Beispielsweise kann ermittelt werden, dass eine Fahrspur nur von Bussen und/oder Taxis genutzt wird. Wird z. B. erkannt, dass auf dem wahrscheinlichen weiteren Fahrweg eines Fahrzeugs der Beginn einer solchen Sondernutzungsspur liegt, kann der Fahrer des Fahrzeugs aufgefordert werden, die Spur zu wechseln. Beispiele für Eigenschaften der Fahrzeuge sind die Länge, die Höhe, die Größe und/oder der Typ eines Fahrzeuges. Dabei können die Eigenschaften in Klassen eingeteilt sein, z. B. "kurze Länge bis vier Meter", oder "Lastkraftwagen".

Unter den Satellitensignalen werden Signale verstanden, die beispielsweise von den Satelliten eines satellitenbasierten Positionsbestimmungssystems wie das Global Positioning System (GPS) oder das entsprechende System Galileo ausgesendet werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch den Austausch von Rohdaten zwischen den Landfahrzeugen im Vergleich zu der bisherigen Nutzung derartiger satellitenbasierter Positionsbestimmungssysteme sehr viel genauere Ortsinformationen ermittelt werden können. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zu Grunde, dass in den Landfahrzeugen in der Regel nur hochgenaue Ortsinformationen relativ zu den Positionen der anderen Landfahrzeuge benötigt werden. Die absolute Position der Landfahrzeuge, d. h., die Position relativ zur Erde muss nicht oder nicht mit derselben Genauigkeit bekannt sein. Durch die unmittelbare Auswertung von Rohdaten verschiedener Landfahrzeuge kann vermieden werden, dass Ungenauigkeiten auf Grund der Ermittlung der absoluten Position entstehen. Außerdem kann die Zuverlässigkeit und Schnelligkeit der Bestimmung der Ortsinformationen gesteigert werden, da beispielsweise auch bei kurzzeitiger Unterbrechung des Empfangs der Satellitensignale kontinuierlich aktuelle Ortsinformationen ermittelt werden können. Dies kann etwa dadurch erreicht werden, dass durch Auswertung anderer Signale in den Landfahrzeugen (z. B. der Fahrgeschwindigkeit durch Raddrehzahl-basierte Messeinrichtungen des Fahrzeuges) die Rohdaten ersetzende und/oder ergänzende Daten ermittelt werden und zu den anderen Landfahrzeugen übertragen werden.

Insbesondere können Fahrzeugabstände mit einer Genauigkeit im Subdezimeterbereich bei einer Rate von mehreren Messwerten pro Fahrzeug und Sekunde erzeugt und übertragen werden.

Alternativ könnte in den Landfahrzeugen jeweils ein Satellitensignal-Empfänger verwendet werden, der auf eine fahrzeugexterne stationäre (d. h. nicht in anderen Fahrzeugen angeordnete) Infrastruktur zurückgreift. Bei einer solchen Infrastruktur könnte zumindest eine Referenzstation vorgesehen sein, die einen Satellitensignal-Referenzempfänger und eine Sendeeinrichtung aufweist. Die Referenzstation erzeugt und sendet Korrektursignale für eine entsprechende Umgebung in einem für die einzelnen Fahrzeuge erkennbaren Datenformat aus, mit deren Hilfe ein fahrzeugseitiger Empfänger sein eigenes Positionsergebnis verbessern kann. Nachteilig an einem solchen System ist jedoch, dass die Referenzstation nur einen begrenzten lokalen Bereich abdecken kann. Für eine flächendeckende Verfügbarkeit ist eine entsprechende Infrastruktur entlang der Verkehrswege erforderlich. Dagegen kommt das vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahren auf Grund der Nutzung von Rohdaten aus verschiedenen Landfahrzeugen ohne eine derartige aufwändige Infrastruktur aus.

Ferner wird vorgeschlagen, dass zwischen einer Mehrzahl von Landfahrzeugen, die an dem Verkehr teilnehmen, Funksignale überfragen werden, so dass in zumindest einem der Fahrzeuge durch Auswertung der Signale Umgebungsinformationen über die Fahrzeugumgebung erhalten werden.

Dadurch, dass die Funksignale zumindest nicht generell durch Hindernisse an ihrer Übertragung gehindert werden, und durch die Möglichkeit der Übertragung und Weiterleitung der Funksignale über eine Mehrzahl von Sende- und Empfangsstationen (z. B. am Verkehr teilnehmende Fahrzeuge und/oder ortsfeste Relaisstationen), kann das auswertende Fahrzeug Umgebungsinformationen über einen großen und grundsätzlich unbeschränkten Umgebungsbereich erhalten.

Insbesondere weisen die (z. B. in jedem teilnehmenden Fahrzeug berechneten) Umgebungsinformationen auf:

• Abstandsinformationen über den Abstand zwischen zumindest zwei der Fahrzeuge,
• Richtungsinformationen über die Richtung, in der sich aus Sicht zumindest eines der Fahrzeuge ein anderes Fahrzeug befindet, und/oder
• Positionsinformationen über die absolute und/oder relative Position eines oder mehrerer der Fahrzeuge.

Vorzugsweise werden in einer Vielzahl der Landfahrzeuge jeweils die Rohdaten aus Satellitensignalen erzeugt und werden die Rohdaten zwischen allen der Vielzahl von Landfahrzeugen ausgetauscht. Auf diese Weise kann für jedes der Landfahrzeuge ein umfassendes Bild seiner Umgebung erzeugt werden, insbesondere durch jeweils eine in den Landfahrzeugen angeordnete Recheneinrichtung.

Insbesondere werden die Rohdaten in dem Landfahrzeug jeweils auf einen von einer Mehrzahl der Satelliten bezogen. Z. B. werden Entfernungen oder Pseudoentfernungen des Landfahrzeuges zu jedem der Satelliten berechnet, von denen Signale empfangen werden.

Die Erfindung betrifft auch Fälle, in denen kein Satellitensignal eines tatsächlich vorhandenen Satelliten empfangen wird, der sich in einer Umlaufbahn um die Erde befindet. Vielmehr sind beispielsweise in einem Straßentunnel Sender installiert, die das Vorhandensein von Satelliten simulieren. Auf diese Weise ist es möglich, satellitenbasierte Systeme auch in Situationen einzusetzen, in denen Signale von Satelliten jedenfalls nicht direkt empfangen werden können.

Allgemeiner formuliert betrifft die Erfindung folglich auch den Fall, dass keine Satelliten vorhanden sind oder ein Teil der Satelliten simuliert wird. Unter dem Begriff Satellitensignal werden also auch Signale von simulierten Satelliten verstanden. Ferner müssen die Satellitensignale nicht direkt von Satelliten empfangen werden. Vielmehr können sie in jeder denkbaren Weise indirekt von dem Landfahrzeuge empfangen werden, beispielsweise über Relaisstationen und/oder andere Fahrzeuge.

Außerdem wird eine Anordnung zur Erfassung der Umgebung eines Landfahrzeuges vorgeschlagen, die folgendes aufweist:

• eine Satellitensignal-Empfangseinrichtung zum Empfangen von Satellitensignalen,
• eine Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Rohdaten, die Entfernungen, Pseudoentfernungen und/oder Relativgeschwindigkeiten des Landfahrzeuges relativ zu den Satelliten entsprechen, aus den Satellitensignalen, wobei die Erzeugungseinrichtung mit der Empfangseinrichtung verbunden ist, und
• eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen der Rohdaten zu zumindest einem anderen Landfahrzeug, wobei die Übertragungseinrichtung mit der Erzeugungseinrichtung verbunden ist.

Ferner wird eine Anordnung zur Erfassung der Umgebung eines Landfahrzeuges vorgeschlagen, die folgendes aufweist:

• eine Satellitensignal-Empfangseinrichtung zum Empfangen von Satellitensignalen,
• eine Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen von ersten Rohdaten, die Entfernungen, Pseudoentfernungen und/oder Relativgeschwindigkeiten eines ersten Landfahrzeuges entsprechen, aus den Satellitensignalen, wobei die Erzeugungseinrichtung mit der Empfangseinrichtung verbunden ist,
• eine Rohdaten-Empfangseinrichtung zum Empfangen zumindest von zweiten Rohdaten, die Entfernungen, Pseudoentfernungen und/oder Relativgeschwindigkeiten eines zweiten Landfahrzeuges entsprechen, und
• eine Auswertungseinrichtung zum Auswerten der Rohdaten und zum Erzeugen von Umgebungsinformationen über die Umgebung der Landfahrzeuge zumindest aus den Rohdaten des ersten Landfahrzeuges und aus den Rohdaten des zweiten Landfahrzeuges.

Dabei ist die Auswertungseinrichtung insbesondere so ausgestaltet, dass sie bei der Erzeugung der Umgebungsinformationen aus den Rohdaten Trajektorien der Bewegung einer Mehrzahl von Fahrzeugen bildet.

Vorzugsweise sind die beiden zuvor genannten Anordnungen miteinander kombiniert, so dass beispielsweise in demselben Landfahrzeug eine Anordnung mit der Übertragungseinrichtung, der Rohdaten-Empfangseinrichtung und der Auswertungseinrichtung angeordnet ist. Diese Gesamt-Anordnung kann daher sowohl eigene Rohdaten über die Entfernungen, Pseudoentfernungen und/oder Relativgeschwindigkeiten des Landfahrzeuges zu anderen Landfahrzeugen übertragen als auch die Rohdaten von zumindest zwei der Landfahrzeuge auswerten.

Insbesondere soll eine gegenseitige Beobachtung von Fahrzeugen auf der Basis von relativen Entfernungsmessungen bei beliebigen Fahrzeug- und Verkehrsarten möglich sein. Dabei kann z. B. ein spezieller mobiler oder portabler Satellitenortungsempfänger (z. B. in dem Fahrzeug oder auch von einem anderen Verkehrsteilnehmer, etwa einem Fahrradfahrer oder einem Fußgänger) genutzt werden. Rohdaten-Messwerte (insbesondere die Pseudoentfernungen und Entfernungsänderungen zu den Satelliten und Phasenwinkel der Empfangssignale) werden ausgelesen. Diese Messwerte werden optional beispielsweise in dem Fahrzeug oder an dem Verkehrsteilnehmer gespeichert, in dem bzw. an dem der Satellitenortungsempfänger angeordnet ist. Es können dann einige oder alle gespeicherten sowie auch die aktuellen Messwerte über eine geeignete Funkverbindung (z. B. ein so genanntes „ad-hoc" Funknetzwerk der Verkehrsteilnehmer) unter den Verkehrsteilnehmern verbreitet werden.

Außerdem werden über das gleiche Kommunikationssystem die Messdaten anderer Fahrzeuge, die sich in Reichweite befinden, empfangen. Eine Recheneinrichtung, insbesondere ein Fahrzeug-Bordrechner, vergleicht alle empfangenen und bordeigenen Messdaten so miteinander, dass durch Differenzbildung relative Geschwindigkeiten und Entfernungen der Fahrzeuge untereinander bestimmt werden können.

Somit ist eine hochgenaue relative Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung zwischen Verkehrsteilnehmern einer erfassten Umgebung möglich.

Die Messdaten können ferner (z. B. durch spezielle mathematische Algorithmen) so verarbeitet werden, dass mit Hilfe der Recheneinrichtung jedes Verkehrsteilnehmers dieses Netzwerkes ein Abbild der jeweiligen Umgebung des Verkehrsteilnehmers entsteht.

Es wird insbesondere vorgeschlagen, Messdaten über in der Vergangenheit liegende Umgebungszustände zu verwenden. Beispielsweise können dabei relative Trajektorien (z. B. eines auf einer Fahrspur fahrenden Fahrzeuges relativ zu einem anderen auf der Fahrspur fahrenden Fahrzeug) der einzelnen Teilnehmer verarbeitet werden. Auch ist es zusätzlich möglich, mit statistischen Filterverfahren Messwertabweichungen zu einem zeitlichen Verlauf einer Bewegung eines Verkehrsteilnehmers festzustellen und optional zu korrigieren und/oder zu unterdrücken. Ferner können mit Hilfe des zeitlichen Verlaufs der Bewegung zeitliche Lücken in den Messdaten überbrückt werden.

Ferner können insbesondere hierbei bekannte Bewegungsmuster der jeweiligen Verkehrsteilnehmer bzw. Fahrzeuge zugrunde gelegt werden, in denen z. B. die physikalischen Grenzen für Geschwindigkeiten, Beschleunigungen oder Richtungsänderungen berücksichtigt sind. So werden z. B. aus der Summe aller Trajektorien der umgebenen Fahrzeuge statistisch die idealen geometrischen Fahrspurenmitten bestimmt. Verlässt ein Fahrzeug einen Toleranzstreifen – wenn etwa ein Fahrer auf der Autobahn hinter anderen Fahrzeugen herfährt und einschläft -ist dies ein Indiz für eine Gefahrensituation und kann z. B. über eine leichte Lenkradvibration dem Fahrer mitgeteilt werden. Der Effekt der Vibration wäre dem Effekt ähnlich, der beim Überfahren eines Nagelstreifens auf der Fahrbahn entsteht.

Im Ergebnis stehen dann jedem Teilnehmer, der dieses Verfahren verwendet und ein entsprechendes System mitführt, Informationen über die aktuelle Verkehrssituation (wie z. B. Fahrspurenbelegung, Verkehrsgeschwindigkeit, Verkehrsdichte, plötzliches Aufstauen) und/oder über den Streckenverlauf (z. B. Kurven, Ab- und Zufahrten, Straßenverengungen durch Baustellen, Geschwindigkeitsbeschränkungen, Unfall- und Gefahrensituationen) über die unmittelbare und optisch wahrnehmbare Umgebung hinaus zur Verfügung. Die Reichweite ist hierbei maßgeblich vom verwendeten Übertragungssystem zum Übertragen der Rohdaten abhängig.

Die Recheneinrichtung kann aus dieser Gesamtübersicht Gefahrensituationen ermitteln und kann bei Bedarf entsprechende Verhaltens- oder Fahrempfehlungen und/oder Warnungen ausgeben und kann optional in Fahrzeugsysteme eingreifen. Ein Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, dass weder digitale Kartendaten noch eine absolute geographische Position der Teilnehmer erforderlich sind.

Es können zusätzlich bestimmte Kriterien definiert werden, unter deren Verwendung eine Gefahrensituation festgestellt wird. Anwendungen des Verfahrens betreffen insbesondere:
Im Straßenverkehr:

• Spurführungshilfe,
• Bremsassistent bei sich aufstauendem Verkehr
• Kurven-, Hindernis- oder Engpasswarnung
• Geschwindigkeitsabhängige Warnung, z. B. Baustellen-, Unfall- und/oder Abstandswarnung
• die Steuerung des Fahrzeugs in zur Verfügung stehenden Bewegungsräumen, insbesondere zu vorausfahrenden und nachfolgenden Fahrzeugen sowie gegenüber benachbarten und insbesondere entgegenkommenden Fahrspuren
• Gegenseitige Warnung zwischen nicht Spur gebundenen Fahrzeugen und Straßenbahnverkehr
• Unterstützung des Fahrers beim Überholen, Ausscheren und/oder Einscheren
• Anhängerüberwachung insbesondere von Lastkraftwagen
• Überwachung der Umgebung bei Fahrten mehrerer Fahrzeuge hintereinander (Konvoi)
• Kollisionsvermeidung zwischen Service-Fahrzeugen, Luftfahrzeugen und anderen Hindernissen im Flughafenvorfeldbereich
• Fahrbahnwarnung für sehbehinderte Fußgänger

Im Schienenverkehr:

• Zugvollständigkeitskontrolle
• Geschwindigkeitsabhängige Zugabstandswarnung
• Gleiskontrolle und Zugtrennung
• Rangierhilfe

Insbesondere ist es auch möglich, die Rohdaten (und optional weitere Informationen, z. B. Informationen über das Fahrzeug, das aus den Satellitensignalen die Rohdaten erzeugt) einer Mehrzahl der Landfahrzeuge zu einer stationären Einrichtung zu übertragen (beispielsweise über ein GPRS-System). In diesem Fall kann der Schritt der Übertragung der Rohdaten des ersten Landfahrzeuges zu dem zweiten Landfahrzeug entfallen. Allerdings können zum Beispiel im Rahmen eines Fahrzeug-Fahrzeugkommunikationsnetzes die Rohdaten auch über andere Fahrzeuge zu der stationären Einrichtung weitergeleitet werden.

Bei der Übertragung der Rohdaten zu der stationären Einrichtung (die beispielsweise einer zentralen Leitstelle, Verkehrs-Überwachungseinrichtung und/oder Forschungseinrichtung zugeordnet ist) können zum Beispiel fest an Verkehrswegen der Landfahrzeuge positionierte Empfangseinrichtungen genutzt werden. Dabei können die Landfahrzeuge die Rohdaten zunächst speichern und dann über die Empfangseinrichtung zu der stationären Einrichtung senden, wenn sie jeweils in den Empfangsbereich der Empfangseinrichtung gelangt sind.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Rohdaten jedoch unverzüglich zu der stationären Einrichtung übertragen und dort unverzüglich ausgewertet. Dies ermöglicht es, dass die stationäre Einrichtung den Verkehr steuert und/oder Signale zur Assistenz zumindest eines Fahrers eines der Landfahrzeuge ausgibt, die die Rohdaten erzeugt haben.

Es ist jedoch auch möglich, dass die stationäre Einrichtung die aus den Rohdaten ermittelten Informationen über den Verkehr der Landfahrzeuge dazu nutzt, ein Modell des Verkehrs und/oder ein Situationsbild des Verkehrs laufend zu verbessern und/oder zu aktualisieren, z. B. die Situation an Baustellen und/oder Verkehrsknotenpunkten wie Kreuzungen. Insbesondere in diesem Fall kann die stationäre Einrichtung entsprechende Informationen über den Verkehr und/oder die Situation wieder an die einzelnen Landfahrzeuge senden, beispielsweise über die erwähnten Empfangseinrichtungen, die auch als Sendeeinrichtungen ausgestaltet sind. Diese Informationen können zum Beispiel von Navigationssystemen, Fahrer-Assistenzsystemen und anderen Steuerungssystemen in den einzelnen Landfahrzeugen genutzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Figuren der Zeichnung zeigen:
1 einen Verkehrsteilnehmer, insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug, mit einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung,
2 eine Mehrzahl von Fahrzeugen mit einem Fahrzeug-Fahrzeugkommunikationsnetz,
3 eine Fahrsituation auf einer zweispurigen Straße und
4 ein Ergebnis bei der Auswertung von Rohdaten in der Fahrsituation gemäß 3.
Der in 1 dargestellten Verkehrsteilnehmer 1 ist beispielsweise ein Straßenkraftfahrzeug. Alternativ kann es sich dabei beispielsweise jedoch um einen Fußgänger, ein Fahrrad oder um ein Schienenfahrzeug handeln. In oder an dem Verkehrsteilnehmer ist eine Anordnung 3 zum Erfassen der Umgebung des Verkehrsteilnehmers angeordnet. Die Anordnung 3 ist mit einer Satellitensignal-Empfangseinrichtung 7 und mit einer Funkantenne zum Empfangen und Senden von Funksignalen verbunden oder weist zumindest eine der beiden Einrichtungen auf.
Die Satellitensignal-Empfangseinrichtung 7 weist eine Antenne zum Empfangen von Satellitensignal auf. Die Empfangseinrichtung 7 ist mit einer Rohdaten-Erzeugungseinrichtung 9 der Anordnung 3 verbunden. Bei der Rohdaten-Erzeugungseinrichtung 9 handelt es sich beispielsweise um eine spezielle Ausführungsform und/oder Abwandlung eines Standard-GNSS (Global Navigation Satellite System)-Empfängers. Ein solcher Standard-GNSS-Empfänger ist üblicherweise derart ausgestaltet, aus den empfangenen Satellitensignalen von mehreren Satelliten die absolute Position des Empfängers zu bestimmen. Die Rohdaten-Erzeugungseinrichtung 9 kann optional auch hierzu ausgestaltet sein. Zumindest ist sie jedoch in der Lage, aus den empfangenen Satellitensignalen Rohdaten zu gewinnen. Die Rohdaten sind dadurch definiert, dass sie auf die momentane Position des Empfängers bezogen sind und es zusammen mit entsprechenden Rohdaten eines weiteren Empfängers ermöglichen, die relative Position der beiden Empfänger, eine Richtung der direkten Verbindungslinie zwischen den beiden Empfängern, den Abstand der beiden Empfänger, eine zumindest einer dieser Informationen entsprechende Information und/oder eine aus zumindest einer dieser Informationen abgeleitete Information (z. B. eine relative Geschwindigkeit der momentanen Bewegungen der beiden Empfänger) zu bestimmen.
Die Rohdaten-Erzeugungseinrichtung 9 ist mit einer insbesondere zentralen Recheneinrichtung (beispielsweise einem Bordcomputer eines Straßenkraftfahrzeuges) verbunden. Indirekt, über die Recheneinrichtung 8, ist die Rohdaten-Empfangseinrichtung 9 mit einer Funkeinrichtung 6 verbunden. Die Funkeinrichtung 6 ist in Kombination mit einer Funkantenne 5 ausgestaltet, Funksignale zu anderen Verkehrsteilnehmern auszusenden. Eine entsprechende Funkverbindung ist mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet. Vorzugsweise handelt es sich bei der Funkverbindung 4 nicht um eine gerichtete Funkverbindung. Vielmehr ist die Funkantenne 5 ausgestaltet, die Funksignale in einen möglichst großen Raumwinkelbereich auszusenden, in dem sich verschiedene andere Verkehrsteilnehmer befinden können. Die Funksignale werden folglich in vielen Verkehrssituationen von einer Mehrzahl anderer Fahrzeuge oder Verkehrsteilnehmer empfangen.
Ferner sind die Funkantenne 5 und die Funkeinrichtung 6 ausgestaltet, auf die Position von anderen Verkehrsteilnehmern bezogene Rohdaten, die in entsprechender Weise wie von der Rohdaten-Erzeugungseinrichtung 9 gewonnen wurden, zu empfangen und an die Recheneinrichtung 8 weiterzuleiten. Die Funkeinrichtung 6 und die Funkantenne 5 können beispielsweise ausgestaltet sein, die Funksignale gemäß den Protokollen und Verfahren zum Senden und Empfangen von Funksignalen zu senden bzw. zu empfangen, wie sie für Fahrzeug-Fahrzeugkommunikationsnetze geeignet und bekannt sind (z. B. Wireless Local Area Network).
Mit der Recheneinrichtung 8 ist ein Speicher 10 zum Speichern der von der Anordnung 3 erzeugten und/oder empfangenen Rohdaten verbunden. Ferner ist mit der Recheneinrichtung 8 eine Ausgabeeinrichtung 11 zum Ausgeben eines Rechenergebnisses der Recheneinrichtung 8 verbunden. Zusätzlich oder alternativ kann mit der Recheneinrichtung 8 auch eine Stelleinrichtung verbunden sein, mit der in Abläufe beim Betrieb des Verkehrsteilnehmers eingegriffen werden kann, beispielsweise eine Fahrzeugbremsen-Betätigungseinrichtung, eine Fahrtrichtungs-Steuereinrichtung und/oder eine Geschwindigkeits-Stelleinrichtung. Eine derartige Stelleinrichtung wird ebenfalls abhängig von einem Rechenergebnis der Recheneinrichtung 8 betrieben.
Die in 2 dargestellte Verkehrssituation zeigt drei auf einem Verkehrsweg hintereinander fahrende Fahrzeuge 16, 1, 17 und ein in der entgegengesetzten Richtung fahrendes Fahrzeug 15. Bei den Fahrzeugen handelt es sich beispielsweise um Straßenkraftfahrzeuge auf einer zwei- oder mehrspurigen Straße. Bei dem Fahrzeug 1 kann es sich insbesondere um den in 1 dargestellten Verkehrsteilnehmer handeln.
Vorzugsweise weisen alle der in 2 dargestellten Fahrzeuge 1, 15, 16, 17 ein Exemplar der in 1 dargestellten Anordnung 3 auf. Die Anordnungen sind jeweils über Funkverbindungen 4 miteinander verbunden. Da sich jedoch das Fahrzeug 1 zwischen den Fahrzeugen 16, 17 befindet, besteht keine direkte Funkverbindung zwischen Fahrzeug 16 und Fahrzeug 17. Jedoch ist die Anordnung 3 in Fahrzeug 1 vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie die jeweils von Fahrzeug 16 und Fahrzeug 17 empfangenen Funksignale weiterleitet, so dass Fahrzeug 16 und Fahrzeug 17 indirekt miteinander verbunden sind.
Die in 1 dargestellte Anordnung 3 wird beispielsweise wie folgt betrieben: Die über die Satellitensignal-Empfangseinrichtung 7 empfangenen Satellitensignale werden zu der Rohdaten-Empfangseinrichtung 9 übertragen, die daraus kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich entsprechende Rohdaten erzeugt. Die Rohdaten werden wiederholt an die Recheneinrichtung 8 weitergeleitet, die etwaig vorzunehmende sofortige Berechnungen unter Verwendung der Rohdaten durchführt, die Rohdaten zur Speicherung an den Speicher 10 weiterleitet und außerdem die Rohdaten zum Aussenden an andere Verkehrsteilnehmer an die Funkeinrichtung 6 weiterleitet. Die Funkeinrichtung 6 sendet über die Funkantenne 5 Funksignale aus, mit denen die Rohdaten zu den anderen Verkehrsteilnehmern übertragen werden. Gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig empfängt die Funkeinrichtung 6 über die Funkantenne 5 Rohdaten anderer Verkehrsteilnehmer und leitet sie an die Recheneinrichtung 8 weiter.
Die Recheneinrichtung 8 berechnet aus den Rohdaten verschiedener Verkehrsteilnehmer Informationen über die Umgebung des Verkehrsteilnehmers 1. Außerdem ermittelt die Recheneinrichtung 8, ob ein Warnsignal auszugeben ist, beispielsweise ein akustisches oder optische Signal, mit dem z. B. der Fahrzeugführer auf eine gefährliche Situationen hingewiesen werden kann. Alternativ oder zusätzlich ermittelt die Recheneinrichtung 8, ob in den Fahrzeugführungsprozess eingegriffen werden soll und steuert – falls erforderlich – eine entsprechende Stelleinrichtung an.
3 zeigt eine Fahrsituation auf einer zweispurigen Straße 20. Eine erste Spur 20a der Straße 20 dient dem Verkehr von Straßenkraftfahrzeugen in eine erste Richtung (unten in 3, Fahrtrichtung nach rechts). Eine zweite Spur 20b der Straße 20 dient dem Verkehr von Straßenkraftfahrzeugen in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung (oben in 3, Fahrtrichtung nach links). Dies ist durch Pfeile an den in 3 dargestellten Fahrzeugen 21 (erste Fahrspur 20a) und 23, 24, 25 (zweite Fahrspur 20b) angedeutet.
Beispielsweise werden die Rohdaten sämtlicher Fahrzeuge 23, 24, 25, deren Funksignale von dem Fahrzeug 21 empfangen werden können, in dem Fahrzeug 21 ausgewertet und daraus Umgebungsinformationen gewonnen. Im Allgemeinen wird die Anzahl der Fahrzeuge, die zumindest zeitweise innerhalb eines gewissen Zeitraumes (z. B. mehrere Minuten), im Empfangsbereich des Fahrzeuges 21 fahren, wesentlich größer sein als in der Fahrsituation von 3. Durch Bestimmung der Trajektorien aller dieser Fahrzeuge wird in dem Fahrzeug 21 aus den Positionsinformationen (die aus den Rohdaten gewonnen wurden) ermittelt, wo die Fahrspuren liegen. Insbesondere wird jeweils die relative Position der Trajektorien bzw. der Fahrspuren in Bezug auf das Fahrzeug 21 ermittelt.
Anhand von 4 wird ein bevorzugtes Verfahren beschrieben, wie aus den Positionen oder relativen Positionen von anderen Fahrzeugen, die über einen Zeitraum hinweg ermittelt wurden, die Positionen von Fahrspuren bestimmt werden. Im linken Figurenteil von 3 ist eine Koordinatenachse eingezeichnet, die in der Bildebene von oben nach unten verläuft. Die Koordinatenachse betrifft einen Positionswert D, der quer zum Verlauf der Fahrspuren 20a, 20b bzw. zum Verlauf der Straße 20 gemessen wird. In 4 ist die Anzahl n von Messwerten über dem Positionswert D aufgetragen. Die Messwerte werden beispielsweise aus den Trajektorien der Fahrzeuge ermittelt, wobei die Trajektorien wiederum aus den Rohdaten ermittelt wurden, die von dem Fahrzeug 21 empfangen worden. Durchläuft eine der Trajektorien innerhalb eines definierten Zeitraumes die Koordinatenachse, wird der Messwert D des Kreuzungspunktes ermittelt und ein Zählerwert des Messwertes erhöht. In dem Beispiel von 4 entsprechen die Messwerte der gestrichelten Linie M. Z. B. haben bei D = 60 (in beliebigen Einheiten, z. B. dm) etwa 50 Fahrzeuge in dem definierten Zeitraum die Koordinatenachse gekreuzt.
Man erkennt, dass etwa bei D = 35 und bei D = 58 jeweils ein Maximum der Anzahl von kreuzenden Trajektorien ermittelt wurde. Die Maxima sind deutlich ausgeprägt und lassen als erstes Auswertungsergebnis den Schluss zu, dass es sich um zwei Fahrspuren handelt. Optional kann die Fahrtrichtung der Fahrzeuge ermittelt werden, die die Fahrspur benutzen. Losgelöst von dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel verdeutlicht dies einen wesentlichen Vorteil der Erfindung: ohne eine Karte oder einen Plan der Umgebung des Fahrzeugs zur Verfügung zu haben, kann ermittelt werden, wie viele Fahrspuren innerhalb eines Zeitraumes von Fahrzeugen in der Umgebung benutzt werden und wo die Fahrspuren relativ zu einem bestimmten Fahrzeug verlaufen.
Zur Bestimmung der Fahrspurmitten und der Abweichung einzelner Trajektorien davon wird nun optional eine statistische Auswertung der Messwerte vorgenommen. Dabei wird z. B. für jede der Fahrspuren eine Verteilung der Anzahl der kreuzenden Trajektorien gemäß einer Gaußschen Normalverteilung (Glockenkurve) angenommen. Das Ergebnis der statistischen Auswertung bzw. der Ausgleichsrechnung ist durch die Linie F dargestellt. Zusätzlich kann noch die Standardabweichung der Verteilung um den jeweiligen Mittelwert der Fahrspuren ermittelt werden, die ein Maß für die Breite der Verteilung ist. Aus der Standardabweichung und/oder aus einer durch ein anderes Verfahren ermittelten Breite der Verteilung um das Maximum einer Fahrspur kann ermittelt werden, wie groß der Sicherheitsabstand eines Fahrzeugs sein sollte, das auf einer anderen, benachbarten Fahrspur fährt. Weiterhin kann aus der Standardabweichung ermittelt werden, dass ein bestimmtes Fahrzeug, das auf derselben Fahrspur fährt, ungewöhnlich stark von der Fahrspurmitte entfernt fährt. In beiden Fällen kann eine Warnung an den Fahrer des Fahrzeugs ausgegeben werden und/oder automatisch in den Prozess der Lenkung des Fahrzeugs eingegriffen werden. Dabei kann die bereits festgestellte Trajektorie des Fahrzeugs in die Zukunft extrapoliert werden. Verläuft die extrapolierte Trajektorie in naher Zukunft außerhalb des Sicherheitsbereichs, der durch die Standardabweichung (oder auf andere Weise) ermittelt wurde, kann ebenfalls ein Warnsignal ausgegeben werden und/oder in den Prozess der Lenkung eingegriffen werden.

Claims

Verfahren zur Erfassung der Umgebung eines Landfahrzeuges (1), wobei Satellitensignale jeweils von einer Mehrzahl der Landfahrzeuge empfangen werden, wobei zumindest in einem Teil der Mehrzahl der Landfahrzeuge (1, 15, 16, 17) aus den Satellitensignalen Rohdaten erzeugt werden, die Entfernungen, Pseudoentfernungen und/oder Relativgeschwindigkeiten des Landfahrzeuges (1) relativ zu den Satelliten entsprechen, wobei zumindest die Rohdaten eines ersten der Landfahrzeuge (1, 15, 16, 17) zu einem zweiten der Landfahrzeuge (1, 15, 16, 17) übertragen werden, wobei zumindest aus den Rohdaten des ersten Landfahrzeuges (1) und aus den Rohdaten des zweiten Landfahrzeuges (15) Umgebungsinformationen über die Umgebung der Landfahrzeuge ermittelt werden und wobei bei der Erzeugung der Umgebungsinformationen aus den Rohdaten Trajektorien der Bewegung einer Mehrzahl von Fahrzeugen gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen der Mehrzahl von Landfahrzeugen (1, 15, 16, 17) Funksignale mit den Rohdaten übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Umgebungsinformationen Abstandsinformationen über den Abstand zwischen zumindest zwei der Landfahrzeuge (1, 15, 16, 17) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Umgebungsinformationen Richtungsinformationen über die Richtung, in der sich aus Sicht zumindest eines der Landfahrzeuge (1, 15, 16, 17) ein anderes Landfahrzeug befindet, aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Umgebungsinformationen Positionsinformationen über die absolute und/oder relative Position eines oder mehrerer der Landfahrzeuge (1, 15, 16, 17) aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch Auswertung der Trajektorien Informationen über Fahrwege, insbesondere Fahrspuren, der Landfahrzeuge gewonnen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch Auswertung der Trajektorien ein Signal erzeugt wird, das zur Assistenz eines Fahrers zumindest eines der Landfahrzeuge geeignet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei außer den Rohdaten des ersten Landfahrzeugs (1, 15, 16, 17), die zu dem zweiten Landfahrzeugs (1, 15, 16, 17) übertragen werden, auch Informationen über Eigenschaften des ersten Landfahrzeugs übertragen werden und bei der Ermittlung der Umgebungsinformationen verwendet werden.
Anordnung zur Erfassung der Umgebung eines Landfahrzeuges (1) mit: • einer Satellitensignal-Empfangseinrichtung (7) zum Empfangen von Satellitensignalen, • einer Erzeugungseinrichtung (9) zum Erzeugen von ersten Rohdaten, die Entfernungen, Pseudoentfernungen und/oder Relativgeschwindigkeiten des ersten Landfahrzeuges (1) entsprechen, aus den Satellitensignalen, wobei die Erzeugungseinrichtung (9) mit der Empfangseinrichtung (7) verbunden ist, • einer Rohdaten-Empfangseinrichtung (5, 6) zum Empfangen zumindest von zweiten Rohdaten, die Entfernungen, Pseudoentfernungen und/oder Relativgeschwindigkeiten eines zweiten Landfahrzeuges entsprechen, und • einer Auswertungseinrichtung (8) zum Auswerten der Rohdaten und zum Erzeugen von Umgebungsinformationen über die Umgebung der Landfahrzeuge zumindest aus den Rohdaten des ersten Landfahrzeuges (1) und aus den Rohdaten des zweiten Landfahrzeuges, wobei die Auswertungseinrichtung (8) ausgestaltet ist, bei der Erzeugung der Umgebungsinformationen aus den Rohdaten Trajektorien der Bewegung einer Mehrzahl von Fahrzeugen zu bilden.
Anordnung nach Anspruch 6 und Anspruch 7, wobei die Satellitensignal-Empfangseinrichtung (7), die Erzeugungseinrichtung (9), die Rohdaten-Empfangseinrichtung (5, 6), die Auswertungseinrichtung (8) und die Übertragungseinrichtung (5, 6) miteinander kombiniert sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinrichtung (8) ausgestaltet ist, durch Auswertung der Trajektorien Informationen über Fahrwege, insbesondere Fahrspuren, der Landfahrzeugen zu gewinnen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinrichtung (8) ausgestaltet ist, durch Auswertung der Trajektorien ein Signal zu erzeugen, das zur Assistenz eines Fahrers zumindest eines der Landfahrzeuge geeignet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung ausgestaltet ist, außer den zweiten Rohdaten, auch Informationen über Eigenschaften des zweiten Landfahrzeugs zu empfangen und bei der Erzeugung der Umgebungsinformationen zu verwenden.