DE102005042989B3

DE102005042989B3 - Verfahren zur Erkennung eines bevorstehenden Unfalls aufgrund eines Schleudervorgangs bei einem vorausfahrenden Fahrzeug

Info

Publication number: DE102005042989B3
Application number: DE102005042989A
Authority: DE
Inventors: Ottmar Dr.-Ing. Gehring; Sascha Dr.-Ing. Paasche; Gernot Prof. Dr.-Ing. Spiegelberg; Armin Dr.-Ing. Sulzmann; Frédéric Dipl.-Ing. Holzmann; Andreas Dr.-Ing. Schwarzhaupt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-06-01

Abstract

Verkehrsunfälle bei hohen Geschwindigkeiten verursachen häufig Massenkarambolagen, da die Abstände zwischen den Fahrzeugen zu gering sind und der Fahrer eine relativ lange Reaktionszeit besitzt. Zur Vermeidung derartiger Verkehrsunfälle wird daher ein Verfahren zur frühzeitigen Erkennung eines bevorstehenden Unfalls bei einem vorausfahrenden Fahrzeug vorgeschlagen. Dabei wird die Variation des Fahrzeugwinkels des vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit erfasst und anhand dieser sodann eine Auswertung zur Erkennung des bevorstehenden Unfalls durchgeführt. Es wird hierbei auf die Erkennung eines Unfalls geschlossen, falls die zeitliche Variation des Fahrzeugwinkels des vorausfahrenden Fahrzeugs einen bestimmten Schwellwert übersteigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines bevorstehenden Unfalls aufgrund eines Schleudervorgangs bei einem vorausfahrenden Fahrzeug.
Es sind Verfahren zur Erkennung eines bevorstehenden Aufpralls eines Verkehrsteilnehmers auf das Fahrzeug eines Beobachters bekannt. Hierbei wird der Bereich vor dem Fahrzeug visuell erfasst und auf potentielle Kollisionsgegner hin ausgewertet. Damit wird sowohl der Insassenschutz als auch der Schutz des Kollisionsgegners verbessert. Beispielsweise werden auf der Grundlage der Auswertung Insassenschutzsysteme in mehreren Stufen ausgelöst (z.B. eine sanfte Zündung des Airbags) oder schaltbare Crash-Strukturen zum Schutz des Kollisionsgegners eingesetzt (z.B. Anhebung der Motorhaube im Falle einer Fußgängerkollision). Hierbei kommen sogenannte Precrash-Sensoren zum Einsatz, welche meistens mittels Infrarot-Laser oder Ultraschall arbeiten. Derartige Sensoren besitzen üblicherweise eine kurze Reichweite und sind daher nur für den Nahbereich einsetzbar. Anhand moderner Bildsensoren ist es jedoch auch möglich, Verkehrsteilnehmer und deren Fahrdynamik aus größeren Entfernungen zur erfassen. Es wird daher unter Verwendung moderner Bildsensoren eine Vorhersage eines bevorstehenden Unfalls möglich, womit der Fahrer rechtzeitig gewarnt werden kann.

In der JP 06229759 A1 wird ein Verfahren zur Abschätzung der Distanz zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und dessen Geschwindigkeit anhand von Bildinformationen beschrieben. Hierzu sind Rückansichten unterschiedlicher Fahrzeugtypen sowie deren Fahrzeugbreite in der Form von Bilddaten in einem Speicher hinterlegt. Eine Einheit zur Erfassung von Fahrzeugbreiten segmentiert die mittels einer Kamera aufgenommenen Fahrzeugrückansichten vorausfahrender Fahrzeuge und vergleicht diese mit den hinterlegten Bildinformationen auf der Pixelebene, um daraus die Fahrzeugbreite zu bestimmen. Anhand der Fahrzeugbreite wird sodann die Entfernung und Geschwindigkeit eines vorausfahrenden Fahrzeugs bestimmt, wobei die Anzahl der durch das vorausfahrende Fahrzeug verdeckten Pixel im Bild sowie der horizontale Winkel der Kamera berücksichtigt werden.

JP2001202497A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung vorausfahrender Fahrzeuge. Anhand von Bildaufnahmen werden der Abstand und der relative Winkel zwischen dem beobachtenden Fahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug bestimmt. Dabei sind an der Rückseite des vorausfahrenden Fahrzeugs wenigstens 3 Marker derart angeordnet, dass diese sich nicht auf einer Linie befinden. Damit wird die Auswertung hinsichtlich des Abstands und des relativen Winkels anhand von Bildaufnahmen einer CCD-Kamera möglich.

In der DE 102004005104 A1 wird ein Fahrzeug-Radarsystem beschrieben. Das Fahrzeug-Radarsystem ist in ein Bezugsfahrzeug eingebaut und erfasst den Abstand und die Richtung zu einem vorausfahrenden Fahrzeug. Anhand des Abstands wird eine relative Position der Breitenmitte des vorausfahrenden Fahrzeugs berechnet. Auf Grundlage der berechneten relativ Position und eines erfassten Kurvenradius wird sodann ein relativer Drehwinkel des vorausfahrenden

Fahrzeugs ermittelt. Zur Ermittlung des Fahrspurverlaufs und damit des Kurvenradius wird entweder eine Umgebungserfassung mittels CCD-Kamera oder Karteninformationen eines Navigationssystems herangezogen. Die berechnete relative Position der Breitenmitte des vorausfahrenden Fahrzeugs wird sodann unter Verwendung des relativen Drehwinkels korrigiert. Die Sendefunkwellen des Fahrzeug-Radarsystems werden dabei auf eine Hinterseite, eine Seite und eine Ecke des vorausfahrenden Fahrzeugs abgestrahlt.

DE 10102771 A1 zeigt eine Einrichtung zur Bereitstellung von Signalen in einem Kraftfahrzeug. Die Signale dienen für einen Eingriff in die Lenkung und/oder Bremse, um Kollisionen des eigenen Kraftfahrzeugs mit vorausfahrenden Fahrzeugen zu vermeiden. Dabei werden der Abstand und Winkel zu einem vorausfahrenden Fahrzeug sowie die Ausdehnung des vorausfahrenden Fahrzeugs mittels Umgebungssensorik erfasst. Aufgrund dieser Größen erfolgt sodann eine Abschätzung der Zeit bis zur Kollision und eine Abschätzung dahingehend, ob ein Ausweichmanöver noch möglich ist. In der Einrichtung ist dabei eine Funktion vorgesehen, die für das jeweilige Fahrzeug nicht umsetzbare Stellgrößen bereitstellt, speichert und für Auslesevorgänge bereithält.

DE 10245800 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stellsignalen für eine ABS-Steuergerät oder eine Fahrdynamikregelung in einem Kraftfahrzeug. Die Stellsignale werden hierbei mittels einer Funktion die fahrzeugspezifische Stellgrößen bereitstellt erzeugt. Dabei wird wenigstens eine der folgenden Größen mitberücksichtigt: Der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug, dessen relative Geschwindigkeit, Ausmaße, Querversatz und/oder Quergeschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs. Eine integrierte Überwachungseinheit erkennt Fehler bei der Bereitstellung von Stellgrößen und steuert die Ausgabe der Stellgrößen in Abhängigkeit der Fehlererkennung.

Aus der DE 10321904A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen eines Kraftfahrzeugs mit Hindernissen bekannt. Dabei wird mittels eines Entfernungssensors die Entfernung zu Hindernissen erfasst. Zudem werden beim eigenen Fahrzeug fortlaufen der Lenkwinkel sowie die zurückgelegte Wegstrecke mittels Sensorik erfasst. Auf Grundlage der erfassten Sensorwerte wird sodann die Gefahr einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Hindernis im Seitenbereich berechnet. Bei Vorliegen einer Kollisionsgefahr wird das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der Entfernung zum Hindernis automatisch abgebremst.

In der DE 10325762 A1 wird ein Bildverarbeitungssystem für ein Fahrzeug gezeigt, welches mit Umgebungssensorik ausgestattet ist, um den Fahrer vor Kollisionen mit anderen Verkehrsteilnehmern zu warnen. Die Auswertung von Bilddaten erfolgt dabei anhand von einfachen geometrischen und dynamischen Modellen, welche das Verhalten von Verkehrsteilnehmern beschreiben. Es wird dabei insbesondere die Blickrichtung erkannter Verkehrsteilnehmer erfasst und auf Grund der erfassten Blickrichtung eine Wahrscheinlichkeit zur Abschätzung des Kollisionsrisikos mit anderen Verkehrsteilnehmern ermittelt.

DE 10347213 A1 zeigt Informationsvorrichtung für Fahrzeuge, wobei mittels eines Umgebungssensors der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug sowie dessen Geschwindigkeit erfasst wird. Das vorausfahrende Fahrzeug wird in einer photorealistischen Darstellung auf einer Anzeigeeinheit im Fahrzeugcockpit angezeigt. Eine Ausgabeeinheit gibt dann eine Warnung aus, falls eine derartige Verringerung der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs erfasst wird, sodass auch die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs selbst verringert werden muss.

Aus der DE 10235414 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Bevorstehens einer unausweichbaren Kollision mit einem vorausfahrenden Fahrzeug bekannt. Hierbei wird eine Änderung des Bewegungszustandes des vorausfahrenden Fahrzeuges mittels einer Umgebungssensorik über die Zeit erfasst. Anhand der erfassten zeitlichen Änderung des Bewegungszustandes des Fahrzeugs findet eine Auswertung zur Erkennung der bevorstehenden Kollision statt, wobei auf die Erkennung einer Kollision geschlossen wird, falls die Aufenthaltsorte des vorausfahrenden Fahrzeugs und des eigenen Fahrzeugs sich in einem Vorhersagezeitraum treffen. Dabei werden die maximal möglichen Längs- und Querbeschleunigungen des eigenen Fahrzeugs sowie des vorausfahrenden Fahrzeugs mitberücksichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Erkennung eines bevorstehenden Unfalls bei einem vorausfahrenden Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 bereitzustellen, womit bevorstehende Unfälle frühzeitig und auf zuverlässige Weise erkannt werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen aufgezeigt.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Erkennung eines bevorstehenden Unfalls bei einem vorausfahrenden Fahrzeug eingesetzt. In einer erfinderischen weise wird dabei eine Variation des Fahrzeugwinkels des vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit erfasst. Anhand der erfassten zeitlichen Variation des Fahrzeugwinkels findet sodann eine Auswertung zur Erkennung des bevorstehenden Unfalls statt. Dabei wird auf die Erkennung eines Unfalls geschlossen, falls die zeitliche Variation des Fahrzeugwinkels des vorausfahrenden Fahrzeugs einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Aufgrund der Erfassung der Variation des Fahrzeugwinkels des vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Erkennung eines bevorstehenden Unfalls frühzeitig und auf zuverlässige Weise auf einen bevorstehenden Unfall geschlossen werden. Hierzu werden keine weiteren aufwendigen Auswertungen benötigt, wie z.B. die Messung der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs oder die genaue Erfassung des Abstandes zwischen vorausfahrendem Fahrzeug und dem beobachtenden Fahrzeug oder in Bezug auf den Fahrbahnrand/Fahrspurrand.

In einer besonders gewinnbringenden Weise wird zur Bestimmung des Schwellwerts die Winkelgeschwindigkeit mit der der Fahrzeugwinkel des vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit variiert ermittelt. Dabei wird insbesondere die Frequenz mit der die Winkelgeschwindigkeit die Richtung ändert und dabei das Vorzeichen wechselt ausgewertet. Der Fahrzeugwinkel wird im Zusammenhang mit der Erfindung entweder unter Verwendung eines geeigneten Sensors direkt bestimmt oder anhand von Bildinformationen wenigstens eines Umgebungssensors unter Berücksichtigung von Modellinformationen des vorausfahrenden Fahrzeugs bestimmt. Insbesondere wird der Fahrzeugwinkel anhand von Modellinformationen über die Fahrzeugbreite und – länge sowie der Kameraparameter auf Basis geometrischer Beziehungen bestimmt. Ein Beispiel hierzu wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Figur detailliert beschrieben. Die Winkelgeschwindigkeit (ω) wird durch die Ableitung des Fahrzeugwinkels (θ) nach der Zeit (t) anhand der nachfolgenden Gleichung bestimmt:

Da der Fahrzeugwinkel aufgrund des Fahrerverhaltens und/oder Fahrzeuginstabilitäten über der Zeit variiert, kommt es auch zu Änderungen bei der Winkelgeschwindigkeit. Dabei ändern sich zum einen der Betrag der Winkelgeschwindigkeit und zum anderen deren Richtung und damit auch das der Winkelgeschwindigkeit zugeordnete Vorzeichen. Zur Erkennung eines bevorstehenden Unfalls bei einem vorausfahrenden Fahrzeug wird insbesondere die Frequenz ausgewertet, mit welcher Richtungswechsel bei der Winkelgeschwindigkeit auftreten. Falls die Frequenz dabei einen bestimmten Schwellwert übersteigt, kann sodann auf eine Erkennung eines Unfalls bei dem vorausfahrenden Fahrzeug geschlossen werden. Im Zusammenhang mit der Erfindung haben sich beispielsweise Frequenzwerte im Bereich von ca. 1 bis 2 Hertz als geeignete Schwellwerte erwiesen, wobei die durch einen Fahrer verursachten Richtungsänderungen der Winkelfrequenz üblicherweise ca. 1,2 Hertz betragen. Falls die Frequenz der Richtungswechsel der Winkelgeschwindigkeit mehr als 1,2 Hertz beträgt, kann auf einen bevorstehenden Unfall geschlossen werden, da die Schwingungen dann nicht durch das Fahrverhalten verursacht wurden. Da die Instabilität des Fahrzeugs über seine Schwingung bestimmt wird, besteht die Möglichkeit dass zur Bestimmung des Schwellwerts neben der Frequenz der Richtungsänderung der Winkelgeschwindigkeit zusätzlich oder alternativ auch die Amplitude mit der der Fahrzeugwinkel über der Zeit variiert zur Erkennung eines bevorstehenden Unfalls ausgewertet wird. Falls die Amplitude mit der der Fahrzeugwinkel des vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit variiert dabei einen bestimmten Wert übersteigt, kann der Fahrer aufgrund der Fahrzeugträgheit den Kurs nicht mehr korrigieren und es kommt zu einem Unfall.

In einer weiteren gewinnbringenden Weise wird zur Bestimmung des Schwellwerts die Winkelbeschleunigung mit der der Fahrzeugwinkel des vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit variiert ermittelt. Dabei findet ein Vergleich der ermittelten Winkelbeschleunigung mit der durch den Fahrer maximal möglichen Lenkraddrehbeschleunigung statt. Die Winkelbeschleunigung (α) mit der der Fahrzeugwinkel des vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit variiert wird anhand des Fahrzeugwinkels (θ) des vorausfahrenden Fahrzeugs bestimmt. Dazu wird die zweite Ableitung des Fahrzeugwinkels (θ) nach der Zeit (t) gemäß der nachfolgenden Gleichung bestimmt:

Nachdem die Winkelbeschleunigung des vorausfahrenden Fahrzeugs ermittelt ist, findet ein Vergleich der ermittelten Winkelbeschleunigung des Fahrzeugwinkels mit der durch den Fahrer maximal möglichen Lenkraddrehbeschleunigung statt. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird von einer maximalen Lenkraddrehbeschleunigung von 80°/s² ausgegangen. Damit ein Vergleich erst möglich wird, muss zunächst der Radeinschlagwinkel (φ_R) des Fahrzeugs bestimmt werden, wobei zusätzlich ein Lenkübersetzungskoeffizient (A) berücksichtigt wird. Der Radeinschlagwinkel (φ_R) wird dabei anhand folgender Gleichung bestimmt:

(A) kennzeichnet den Lenkübersetzungskoeffizient der Lenksäule, (φ_L) den Lenkraddrehwinkel, (t) die Zeitdauer für den Lenkradeinschlag und ([φ ._L]_max) die maximal mögliche Lenkraddrehgeschwindigkeit. Anhand des Radeinschlagwinkels (φ_R) kann sodann unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs zur Zeit (t) ein theoretischer Wert für die Winkelbeschleunigung des vorausfahrenden Fahrzeugs bestimmt werden. Falls beim Vergleich der tatsächlich erfasste Wert für die Winkelbeschleunigung den theoretisch bestimmten Wert für die Winkelbeschleunigung übersteigt, ist von einem bevorstehenden Unfall auszugehen. Dabei erfolgen die Richtungswechsel des vorausfahrenden Fahrzeugs schneller als dies durch eine Lenkbewegung des Fahrers möglich ist, wobei das Fahrzeug ausbricht oder ins schleudert gerät. Auch besteht in gewinnbringender Weise die Möglichkeit, dass bei der Auswertung zusätzlich der maximale Radeinschlagwinkel berücksichtigt wird. Beispielsweise beträgt der maximale Radeinschlagwinkel (φ_R,max) bei einem Pkw ca. 45°. Der Radeinschlagwinkel (φ_R) wird für den Fall, dass der Lenkraddrehwinkel größer ist als der maximal mögliche Radeinschlagwinkel (φ_L ≥ φ_R,max) alternativ aufgrund des maximalen Radeinschlagwinkels (φ_R,max) festgelegt, wobei dann

beträgt. Der maximale Radeinschlagwinkel ist hierbei nicht konstant, sondern variiert mit dem Fahrbahnzustand.

In einer vorteilhaften Weise wird bei der Auswertung der Fahrzeugtyp des vorausfahrenden Fahrzeugs mit berücksichtigt. Die Erkennung des Fahrzeugtyps erfolgt im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise indem die Fahrzeugform anhand der erfassten Bildinformationen bestimmt wird. Dabei werden vertikale und horizontale Kanten am Fahrzeug ausgewertet. Beispielsweise werden mittels einer Kantendetektion (z.B. Sobel-Operator) die horizontalen und vertikalen Linien des Kofferraums und der Rücklichter im Bild detektiert. Aufgrund dieser Geometrieinformationen wird sodann anhand hinterlegter Fahrzeuginformationen die Sollbreite des jeweiligen Fahrzeugtyps bestimmt. Unter Berücksichtigung der Sollbreite lässt sich anschließend der Abstand zum Fahrzeug bestimmen und bei einem bevorstehenden Unfall eine geeignete Bremskraft zum rechtzeitigen Anhalten des Fahrzeugs ermitteln. Falls keine Sollbreite bestimmt werden kann, ist es alternativ auch möglich, Standardbreiten zu verwenden, da die Bremskraft zur Verzögerung des Fahrzeugs ohnehin stärker gewählt wird als dies unbedingt nötig ist. Damit wird eine zusätzliche Sicherheitstoleranz eingehalten. Die Standardbreite für Pkws beträgt insbesondere 1,70 Meter und für Lkws 2,50 Meter. Auch besteht die Möglichkeit, dass neben der Fahrzeugbreite weitere Daten zu unterschiedlichen Fahrzeugtypen hinterlegt sind, dazu gehören beispielsweise die Fahrzeuglänge oder Informationen über den maximal möglichen Radeinschlagwinkel. Von besonderem Vorteil ist es, falls Informationen über Fahrzeugdynamikeigenschaften verschiedener Fahrzeuge hinterlegt sind, insbesondere Grenzwerte hinterlegt sind, bei deren Überschreitung eine Fahrzeuginstabilität auftritt. Dabei kann es sich beispielsweise um die maximal zulässige Amplitude handeln, mit welcher der Fahrzeugwinkel über der Zeit variieren darf, bevor es zu einer Fahrzeuginstabilität kommt und das Fahrzeug ins schleudern gerät. Aufgrund dieser Werte kann eine noch genauere und schnellere Erkennung von bevorstehenden Unfällen vorausfahrender Fahrzeuge erfolgen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform werden bei der Erfassung der zeitlichen Variation des Fahrzeugwinkels des vorausfahrenden Fahrzeugs Bildinformationen wenigstens eines umgebungserfassenden Sensors und/oder eines Navigationssystems berücksichtigt. Bei dem Umgebungserfassen Sensor kann es sich hierbei sowohl um 2D- als auch um 3D-Bildsensoren handeln. Beispielsweise werden in Fahrzeugen vermehrt Kameras zur Umgebungserfassung eingesetzt, welche sowohl im Infraroten als auch im sichtbaren Wellenlängenbereich empfindlich sein können. Es werden aber z.B. auch Radare und Lasersensoren eingesetzt. Diese Bildsensoren sind im Wesentlichen auf die dem Fahrzeug vorausliegende Umgebung ausgerichtet und können dabei an beliebigen Positionen innerhalb und/oder außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein. Im Rahmen einer Kalibrierung wird der Winkel des Bildsensors korrigiert, aus Gründen der Einfachheit ist der Bildsensor vorzugsweise jedoch geradeaus nach vorne ausgerichtet. Es können aber auch mehrere Bildsensoren bei der Umgebungserfassung zum Einsatz kommen. Mittels derartiger Bildsensoren können dabei vorausfahrende Fahrzeuge, der Fahrspurverlauf und beliebige andere Objekte in der Fahrzeugumgebung sowie deren Lage erfasst werden. Bei der Erfassung von vorausfahrenden Fahrzeugen wird vorzugsweise eine räumliche Ableitung der Bildinformationen durchgeführt, beispielsweise kommen dabei Verfahren zur Kantendetektion (z.B. Sobel-Operator) oder aber auch Template-Matching zum Einsatz. Die Form eines vorausfahrenden Fahrzeugs wird durch eine Formensuche oder eine zeitliche Variation der Bilddaten bestimmt. Nachdem ein vorausfahrendes Fahrzeug erfasst wurde, wird dieses solange es sich auf derselben Fahrspur wie das beobachtende Fahrzeug befindet nachverfolgt. Zur Nachverfolgung eignet sich beispielsweise ein Kalmann-Filter, welcher anhand der Fahrzeugposition und des Fahrzeugwinkels aufgesetzt wird. Falls das vorausfahrende Fahrzeug die Fahrspur wechselt, wird erneut eine Suche nach einem vorausfahrenden Fahrzeug durchgeführt. Die Suche wird auch dann durchgeführt, falls ein anderes Fahrzeug zwischen dem beobachtenden und dem vorausfahrenden Fahrzeug plötzlich einschert.

Im Falle eines bevorstehenden Unfalls wird in gewinnbringender Weise eine Warnung an den Fahrer ausgegeben. Die Warnung signalisiert dem Fahrer, dass bei dem vorausfahrenden Fahrzeug ein Unfall unmittelbar bevorsteht und daher eine Bremsung einzuleiten ist, damit das beobachtende Fahrzeug rechtzeitig vor dem voraus befindlichen Fahrzeug gestoppt wird. Bei der Warnung kann es sich beispielsweise um eine optische, akustische oder haptische Warnung handeln. Derartige Warnmittel kommen in Fahrzeugen bereits vielfach zum Einsatz.

In vorteilhafter Weise erfolgt im Falle eines bevorstehenden Unfalls ein automatischer Eingriff in die Fahrdynamik. Der automatische Eingriff kann dabei sowohl eine Bremsung als auch eine Lenkbewegung oder eine Kombination davon umfassen. Dabei ist es auch bekannt, dass lediglich einzelne Fahrzeugräder abgebremst werden. Aufgrund eines automatischen Eingriffs in die Fahrdynamik kann eine zusätzliche Verzögerung aufgrund der Reaktionszeit des Fahrers verhindert werden und somit schnellstmöglich auf den bevorstehenden Unfall reagiert werden.

Auch besteht die Möglichkeit, dass das Verfahren erst oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit des beobachtenden Fahrzeugs aktiv ist. Dadurch können unnötige Fehlwarnungen verhindert werden. Beispielsweise würde es zu Fehlwarnungen kommen, falls sich das beobachtende Fahrzeug auf einer Fahrspur in einem Stau befindet und sich nur mit geringer Geschwindigkeit bewegt und dabei ein auf einer benachbarten Fahrspur vorausfahrendes Fahrzeug schleudert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Dabei zeigen:
1 die geometrischen Verhältnisse bei der Bestimmung der Distanz und Geschwindigkeit zu vorausfahrenden Fahrzeugen
2 die geometrischen Verhältnisse bei der Bestimmung der Lage von vorausfahrenden Fahrzeugen
3 den Verlauf des Fahrzeugwinkels eines vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit
1 zeigt beispielhaft die geometrischen Verhältnisse bei der Bestimmung der Distanz und Geschwindigkeit zu vorausfahrenden Fahrzeugen. Zur Bestimmung der Geschwindigkeit anhand von Bildinformationen werden zwei aufeinander folgende Bildaufnahmen ausgewertet. Hierzu wird die in der Zeit (Δt) zwischen den beiden Bildaufnahmen zurückgelegte Wegstrecke (Δs) in Bezug zur eigenen Fahrzeuggeschwindigkeit (ν →_e) gesetzt. Die Geschwindigkeit (ν →_ν) des vorausfahrenden Fahrzeugs wird anhand folgender Gleichung bestimmt:
Die zurückgelegte Wegstrecke (Δs) wird dabei vorzugsweise anhand der Änderung des Abstandes des vorausfahrenden Fahrzeugs in Bezug auf das beobachtende Fahrzeug ermittelt. Die Änderung des Abstandes ergibt sich dabei aus der Differenz aus den einzelnen Abständen des vorausfahrenden Fahrzeugs in Bezug auf das beobachtende Fahrzeug zu den beiden Bildaufnahmezeitpunkten, wobei die einzelnen Abstände beispielsweise direkt mittels eines Stereokamerasystems erfasst werden. Wie am Beispiel der 1 gezeigt wird, ist darüber hinaus auch eine indirekte Bestimmung des Abstandes (d) zum vorausfahrenden Fahrzeugs (1), z.B. mittels einer Monokamera möglich, wofür die standardmäßige Fahrzeugbreite (W) herangezogen wird. Der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug (1) wird dabei anhand folgender Gleichung bestimmt:
dabei beschreiben (f) die Brennweite der Kameraoptik, (δ) die Pixelbreite und (n) die Anzahl der Pixel im Bild, die durch die Breite des vorausfahrenden Fahrzeugs (1) belegt sind. Unter Verwendung einer Standardkamera hat sich dabei gezeigt, dass eine Ungenauigkeit von einem Pixel einen Abstandsfehler von etwa einem Zentimeter zur Folge hat, was im Rahmen der Erfindung als tolerierbar angesehen wird.
2 zeigt beispielhaft die geometrischen Verhältnisse bei der Bestimmung der Lage von vorausfahrenden Fahrzeugen (1), wobei die Lage durch die Fahrzeugposition und den Fahrzeugwinkel (θ) beschrieben wird. Der Fahrzeugwinkel (θ) wird anhand der standardmäßigen Fahrzeuglänge (L) und der standardmäßigen Fahrzeugbreite (W) bestimmt. Für das Verhältnis von Fahrzeuglänge (L) zu Fahrzeugbreite (W) existiert hierbei ein Standardwert, welcher 2,3 beträgt und in Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp nur leicht variiert. Dieser Standardwert gilt dabei sowohl für Pkws als auch für Lkws. Ein Fehler, der sich aus der Verwendung dieses Standardwerts ergibt, führt beim Fahrzeugwinkel zu einer Winkelabweichung von 2°. Im Rahmen der Erfindung werden Abweichungen in dieser Größenordnung toleriert, da ein Fehler der sich aufgrund einer Abweichung von einem Pixel im Bild ergibt, eine größere Winkelabweichung zur Folge hat. Ausgehend von den trigonometrischen Beziehungen:

kann der Fahrzeugwinkel (θ) anhand folgender Gleichung bestimmt werden:
zur Bestimmung des Fahrzeugwinkel (θ) und der Fahrzeugposition werden dabei zunächst die beiden Werte für die Fahrzeuglänge (δl) und Fahrzeugbreite (δw) anhand der Bildaufnahme, welche eine Rückansicht das vorausfahrenden Fahrzeug enthält, bestimmt. Weiterhin werden in gewinnbringender Weise Fahrzeugsymmetrien bei der Bestimmung des Fahrzeugwinkels (θ) berücksichtigt. Zum Auffinden von Fahrzeugsymmetrien wird im Rahmen der Bildauswertung in einem ersten Schritt eine vertikale Ableitung der Bildinformation vorgenommen, beispielsweise mittels eines Sobel-Operators. Anhand des abgeleiteten Bildes wird sodann in einem zweiten Schritt ein Balkendiagramm berechnet. Die Balken werden dabei aufgrund von Schwankungsunterschieden bei den Kanten im Bild festgelegt. Für jeden Balken werden anschließend die Intensitätswerte der diesem Balken zugeordneten Pixel aufaddiert. Anschließend wird der Intensitätsverlauf über die gesamte Fahrzeugbreite in einem Diagramm aufgetragen, wobei jedes Maximum im Diagramm einer für die Auswertung relevanten Senkrechten im Bild entspricht. Anhand des Diagramms wird schließlich eine Kreuzkorrelation durchgeführt und das Ergebnis in einem neuen Diagramm dargestellt. Jedes Maximum in dieser Abbildung kennzeichnet eine mögliche Symmetrieachse des vorausfahrenden Fahrzeugs im Bild. Anhand der standardmäßig bekannten Fahrzeugbreite kann sodann eine Abschätzung für die Position der Symmetrieachse der Fahrzeugrückseite anhand der Korrelation im Bild bestimmt werden. Bei bekannter Position der Symmetrieachse an der Fahrzeugrückseite kann die genaue Position der Fahrzeugrückseite (δw) im Bild bestimmt werden. Die Breite der Fahrzeugrückseite (δw) im Bild führt dabei auf der Fahrzeugrückseite im Bild von der einen Fahrzeugaußenkante bis zur Symmetrieachse und verlängert sich nochmals um denselben Wert bis zur rechten Fahrzeugaußenkante. Die Strecke (δl) bildet somit den verbleibenden Rest im Bild, der durch das Fahrzeug abgedeckt wird und entspricht der Fahrzeuglänge. Aufgrund moderner Sensoren und geeigneter Bildverarbeitungsalgorithmik ist eine Auswertung der Variation des Fahrzeugwinkels (θ) eines vorausfahrenden Fahrzeugs in Echtzeit und damit eine frühzeitige Erkennung von bevorstehenden Unfällen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich.
3 zeigt beispielhaft den Verlauf des Fahrzeugwinkels (θ) eines vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit (t). Im Bereich 1 beträgt der Fahrzeugwinkel 0°, das vorausfahrende Fahrzeug bewegt sich dabei geradeaus. Im Bereich 2 kommt es zunächst zu einer Variation des Fahrzeugwinkels mit geringer Amplitude in eine Richtung. Der Betrag der negativen Steigung ist dabei relativ gering und damit auch die Winkelbeschleunigung, sodass das vorausfahrende Fahrzeug hier noch nicht ausbricht. Der Fahrer versucht den Fahrzeugwinkel zu korrigieren, wobei das Fahrzeug ausbricht. Im Bereich 2 ist anhand der betragsmäßig großen positiven Steigung zu sehen, dass auch die Winkelgeschwindigkeit relativ groß ist und in diesem Fall der Schwellwert zum Erreichen einer Fahrzeuginstabilität daher überschritten wird. Im Bereich 3 nimmt der Fahrzeugwinkel (θ) nur etwas ab und die Winkelgeschwindigkeit nimmt schnell ab, wobei das vorausfahrende Fahrzeug nachdem es ausgebrochen ist seitlich driftet.
Der Gegenstand der Erfindung ist hierbei nicht auf den Einsatz bei Pkws alleine beschränkt, sondern kann beispielsweise auch im Anhängerbetrieb genutzt werden. Gleichsam ist auch Einsatz im Zusammenhang mit Lkws oder Omnibussen möglich.

Claims

Verfahren zur Erkennung eines bevorstehenden Unfalls bei einem vorausfahrenden Fahrzeug, bei welchem eine Variation des Fahrzeugwinkels des vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit erfasst wird und anhand der erfassten zeitlichen Variation des Fahrzeugwinkels eine Auswertung zur Erkennung des bevorstehenden Unfalls stattfindet, wobei auf die Erkennung eines Unfalls geschlossen wird, falls die zeitliche Variation des Fahrzeugwinkels des vorausfahrenden Fahrzeugs einen bestimmten Schwellwert übersteigt.
Verfahren zur Unfallerkennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Schwellwerts die Winkelgeschwindigkeit mit der der Fahrzeugwinkel des vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit variiert ermittelt wird, wobei die Frequenz mit der die Winkelgeschwindigkeit die Richtung ändert und dabei das Vorzeichen wechselt ausgewertet wird.
Verfahren zur Unfallerkennung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Schwellwerts die Winkelbeschleunigung mit der der Fahrzeugwinkel des vorausfahrenden Fahrzeugs über der Zeit variiert ermittelt wird, wobei ein Vergleich der ermittelten Winkelbeschleunigung mit der durch den Fahrer maximal möglichen Lenkraddrehbeschleunigung stattfindet.
Verfahren zur Unfallerkennung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung zusätzlich der maximale Radeinschlagwinkel berücksichtigt wird.
Verfahren zur Unfallerkennung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der Fahrzeugtyp des vorausfahrenden Fahrzeugs berücksichtigt wird.
Verfahren zur Unfallerkennung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erfassung der zeitlichen Variation des Fahrzeugwinkels des vorausfahrenden Fahrzeugs Bildinformationen wenigstens eines umgebungserfassenden Sensors und/oder eines Navigationssystems berücksichtigt werden.
Verfahren zur Unfallerkennung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines bevorstehenden Unfalls eine Warnung an den Fahrer ausgegeben wird.
Verfahren zur Unfallerkennung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines bevorstehenden Unfalls ein automatischer Eingriff in die Fahrdynamik erfolgt.
Verfahren zur Unfallerkennung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren erst oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit des beobachtenden Fahrzeugs aktiv ist.