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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Assistenzsystem für den Fahrer eines Fahrzeugs,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs für den öffentlichen Straßenverkehr,
bei dem mittels Sensoren kontinuierlich Fahrzeug- und Umgebungsdaten
erfasst werden und von einem Prozessrechner in Informationssignale
für den
Fahrer umgesetzt werden.
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Ein
Assistenzsystem der vorbezeichneten Art ist aus der
US-PS 5,432,509 bekannt. Bei diesem Assistenzsystem
sind die vom Prozessrechner generierten Informationssignale Alarmsignale
für den
Fahrer.
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Assistenzsysteme
für Fahrzeuge,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge für
den öffentlichen
Verkehr erfassen regelmäßig Orts-
und Bewegungskoordinaten von Objekten ihrer äußeren Umgebung. Sie nutzen
dabei die Fähigkeiten
technischer Sensoren (Messgeräte)
empfindlicher, genauer, schneller, trennschärfer und zuverlässiger als
das menschliche Sensorium bestimmte Daten über die Umgebung zu gewinnen
und unter Verwendung ingenieurtechnischer Modelle auszuwerten.
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Der
Begriff „Fahrzeug" soll hier alle Arten
von mobilen Objekten/Geräten
einschließen,
die von einem Operator (Fahrer) geführt oder gesteuert werden.
Typischerweise sind auch Fernsteuerungen von Robotern und generell Steuerungen
von materiellen wie virtuellen Objekten (Computerspiele) erfasst,
die mittels optischer, akustischer oder anderer Verfahren direkt
oder indirekt beobachtet und beeinflusst werden.
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Die äußere Umgebung
quantitativ und qualitativ beschreibende Daten aus bekannten Assistenzsystemen
werden über
Messgeräte/Sensoren
erfasst und stehen beispielsweise als zeitabhängige Distanz- und Richtungsinformation über Hindernisse
zur Verfügung,
die die freie Bewegung des zu steuernden Fahrzeugs beschränkten. Solche
Informationen über
die Umgebung eines Fahrzeugs werden üblicherweise als beschreibende
Primärinformationen angezeigt,
beispielsweise als numerische Entfernungsangabe zu einem stehenden
oder vorausfahrenden anderen Fahrzeug. Sie werden in anderen Fällen mit
Hilfe gespeicherter Daten über
Verkehrswege, etwa in Navigationssystemen oder unter Verwendung
von Satellitensignalen, die zur Ortsbestimmung des Fahrzeugs und
der damit verbundenen Messsensoren dienen, als Sekundärdaten rechnerisch
abgeleitet und dann beispielsweise durch analoge Symbole, etwa als
Entfernung zu einer Kreuzung oder anderen, den Bewegungsraum festlegenden
Objekten dargestellt. In Einrichtungen, wie sie aus der eingangs
genannten US-PS bekannt sind, befinden sich auch Repräsentationen,
die qualitative Informationen solcher Assistenzsysteme über behindernde
Objekte in Form akustischer oder optischer Warnsignale vermitteln,
deren Intensität
oder deren Frequenz den Grad der Annäherung an ein Bewegungshindernis
signalisieren.
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Die
bekannt gewordenen Assistenzsysteme leiden im Vergleich zur natürlichen
kognitiven Wahrnehmung eines Operators oder Fahrers an einem entscheidenden
Defizit:
Zwischen der technischen, mit Hilfe von Sensoren vorgenommenen
Erfassung der Umwelt und der weitgehend freien Bewegungsabsicht
des Fahrers, mit der er sich unterschiedliche Pfade zwischen Hindernissen
hindurch oder um diese herum zurecht legt, besteht keine funktionale
Verbindung. Erst durch die Verknüpfung
zwischen dem, im Voraus zu denkenden Bewegungspfad und den Informationen über reale
Bewegungsmöglichkeiten
(etwa dem Fahrbahnverlauf) und/oder Hindernissen innerhalb seines
Bewegungsspielraumes gewinnt der Fahrer die Möglichkeit, relevante Objekte
zu identifizieren und sie von irrelevanten, weil fernab von seinem
beabsichtigten Bewegungspfad liegenden Objekten zu separieren und
schließlich
die verbleibenden wenigen, aber entscheidenden Objekte zur Bestätigung oder
zur Modifikation seiner individuellen Bewegungsabsicht heranzuziehen.
Die weit überwiegende Mehrzahl
an Informationen über
die äußere Umgebung
kann durch diesen mental arbeitenden Filterprozess unterdrückt werden.
Erst dadurch gelangt der Fahrer zu klaren und eindeutigen Entscheidungen
hinsichtlich der Umsetzung seines zunächst (nur versuchsweise und
grob) entworfenen Bewegungsplanes.
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Die
in bekannten Assistenzsystemen vorgenommen Repräsentationen kritischer Objekte
und kritischer Vorgänge
im Außenraum
des zu steuernden Fahrzeugs konkurrieren mit der eigenen natürlichen
Wahrnehmung der realen Bewegungskulisse durch den Fahrer. Sie können nur
mit zeitlicher Verzögerung
und auch nur intermittierend in den natürlichen Prozess der Festlegung
und Kontrolle des beabsichtigten Bewegungspfades einbezogen werden.
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Die
mittels technischer Sensoren gewonnenen Informationen über Objekte
im Bewegungsraum eines zu steuernden Fahrzeugs werden abhängig von
der instantanen Ausrichtung und Bewegung des die Sensoren tragenden
Fahrzeugs ermittelt. Sie werden üblicherweise über Displays,
die ebenfalls fest mit dem Fahrzeug verbunden sind, dem Fahrer präsentiert.
Der Fahrer erhält
damit zwar Hinweise, welche Orte oder Objekte er in dem zeitlich
vor ihm liegenden Entscheidungsfenster meiden oder bevorzugt ansteuern
soll. Die komplexe und bewegungslogische Übertragung dieser instrumentellen
Umgebungsdaten in seine subjektive natürliche Beobachtungsposition
und die Anpassung seines Bewegungsplanes muss er aber selbst ohne
technische Unterstützung
leisten.
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Das
führt regelmäßig dann
zu Wahrnehmungs- und Aufmerksamkeitskonflikten, wenn die Warnung
oder der Hinweis auf freie Bewegungsräume in einer Bewegungssituation
aufgenommen werden sollen, in der zeitkritische Steuerungsentscheidungen
durch den Fahrer getroffen werden müssen. In der Praxis sind instrumentelle
Hilfsinformationen durch die bekannten Assistenzsysteme gerade dann durch
einen Fahrer nicht verwertbar, wenn er sie am dringensten benötigen würde, und
zwar deshalb, weil er seine Aufmerksamkeit nicht gleichzeitig auf
die reale Außenwelt
und auf eine räumlich
anders repräsentierte,
instrumentelle Information fokussieren kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein gattungsgemäßes Assistenzsystem
zu schaffen, bei dem die objektiven Informationen so präsentiert
werden, dass diese vom Fahrer zusammen mit der realen Außenwelt
als unmittelbare und einheitliche Grundlage für die Konzeption und die Überprüfung seines
Bewegungsplanes dienen können.
Dabei kommt es entscheidend darauf an, dem Fahrer die von Sensoren
erfassten Informationen in einer Form anzubieten, die seine Aufmerksamkeit nicht
von jenen dynamischen Abläufen
ablenkt, die er laufend analysieren und in seinen Bewegungsentwurf
einbeziehen muss. Das sind vor allem jene Bereiche seines Bewegungsplanes,
die für
ihn jeweils die höchste
Priorität
besitzen.
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Erfindungsgemäß wird die
gestellte Aufgabe dadurch gelöst,
dass bei einem Assistenzsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 dem Prozessrechner zusätzlich
Missionsdaten, wie Sollgeschwindigkeit, Fahrtziel, Sicherheitsabstände zu festen
und beweglichen Hindernissen Nutzungsanteil der theoretisch möglichen
Quer- und Längsbeschleunigungen
zugeführt
werden und der Prozessrechner so angepasst und programmiert ist,
dass er aus allen erfassten Datengruppen (Fahrzeugdaten FD, Umgebungsdaten
UD und Missionsdaten MD) ein virtuelles, sich gefahrlos in der realen
Umgebung bewegendes Fahrzeug VF generiert, und mittels einer Projektionseinheit
P ein Bild dieses virtuellen Fahrzeugs perspektivisch korrekt an
das wahre Sichtfeld des Fahrers anpasst und dieses Fahrzeugsymbol
kontinuierlich so in das Sichtfeld (Windschutzschutzscheibe) des
Fahrers projiziert, dass dieser es als vorausfahrendes Lotsenfahrzeug
wahrnehmen kann.
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Durch
die erfindungsgemäße Verknüpfung von
Fahrzeugdaten, Umgebungsdaten und Missionsdaten gelingt es dem Fahrer
ein Lotsenfahrzeug, vergleichbar einem real auf der Straße vorausfahrenden Lotsenfahrzeug,
zu präsentieren,
dem er folgen kann, ohne dabei seine eigenständige Beobachtung der realen
Welt unterbrechen zu müssen.
Das Lotsenfahrzeug kann die für
den Fahrer wesentlichen Umgebungsdaten früher und präziser wahrnehmen und im Sinne
einer gefahrlosen Fortbewegung in Bewegungsentscheidungen umsetzen
als er selbst das vermöchte.
Dies wird ermöglicht
durch die weiterreichenden und höher
auflösenden
technischen Sensoren, deren Umwelterfassung zu Richtungsänderungen
oder anderen Bewegungsänderungen
des virtuellen Fahrzeugs umgesetzt wird, und die den Fahrer dadurch
auf ein potentielles Kollisionsobjekt hinweisen, noch ehe dieser
es mit seinen natürlichen
Sinnen ausreichend erfassen könnte.
Der Fahrer erkennt aus der vom Prozessrechner generierten Bewegung
des virtuellen Fahrzeuges einen optimalen Bewegungspfad und braucht
dem Fahrzeugsymbol in seinen Sichtfeld nur zu folgen, um sich mit
seinem Fahrzeug in der realen Umgebung unter realen Bedingungen
in einem sicheren Bereich zu bewegen.
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Obwohl
der Fahrer durch das erfindungsgemäße Assistenzsystem also in
die Lage versetzt wird, einem gefahrlos vorausfahrenden Lotsenfahrzeug
lediglich in angemessenem Abstand folgen zu müssen, ist es ein besonderer
Vorzug des erfindungsgemäßen Assistenzsystems,
dass der Fahrer seine Bewegungsrichtung, Abstand und Relativgeschwindigkeit zu
dem virtuellen Lotsenfahrzeug modifizieren kann und damit die Funktionalität und Sensitivität des Lotsen
aktiv überprüfen und
in einer Weise kategorisieren kann, wie er das mit anderen Objekten
seiner realen Bewegungskulisse auch handhabt (z. B. unsichere andere
Verkehrsteilnehmer). Obwohl das dem Fahrer kontinuierlich ins Sichtfeld
projizierte Lotsenfahrzeug auf Hindernisse im Bewegungspfad durch Geschwindigkeits-
und Richtungsänderungen
reagiert, was durch die technisch hochwertigen Sensoren mit zeitlichen
Vorsprung vor dem Handeln des realen Fahrers möglich ist, wird dieser dennoch
in die Lage versetzt, kritisch zu überprüfen, ob das Ergebnis der ihm
präsentierten
Zusammenfassung von Informationen in Form der gezeigten Bewegung
des Lotsenfahrzeugs sinnvoll ist oder nicht. Er hat jederzeit die
Möglichkeit,
das Lotsenfahrzeug bzw. dessen Bewegung zu ignorieren und einen
anderen Bewegungspfad zu wählen.
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Vorteilhaft
ist es, wenn das Programm des Prozessrechners so angepasst ist,
dass Eigenschaften des Fahrzeugsymbols, wie Größe, Farbe, Helligkeit, Lautstärke, Kontrast,
in Abhängigkeit
von aktuellen kritischen Grenzwerten für die Eigenbewegung des realen
Fahrzeugs verändert
werden. So kann z. B. bei zu dichtem Auffahren auf ein vorausfahrendes reales
Fahrzeug sich die Helligkeit des Fahrzeugsymbols deutlich steigern
oder es kann die Größe des Fahrzeugsymbols zunehmen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Assistenzsystems
besteht darin, dass Fahrzeugdaten FD und Umgebungsdaten UD, wie
an sich bekannt, Assistenzmodulen mit eigenen Modulrechnern MR,
wie elektronische Stabilitätskontrolleinrichtung
ESP oder Antiblockiersystem ABS oder Bremsassistent für Notfallbremsung
oder Navigationssystem zugeführt
werden und von dort unverändert
oder durch Rechenoperation transformiert dem Prozessrechner R zugeführt werden.
Durch die Vorverarbeitung von Fahrzeug- und Umgebungsdaten in solchen
Assistenzmodulen kann nicht nur, wie es bislang für solche
Assistenzmodule bekannt ist, in die Fahrzeugführung eingegriffen werden,
sondern es kann die Komplexität
und der Rechenaufwand des Prozessrechners des erfindungsgemäßen Assistenzsystems
erheblich vereinfacht werden.
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In
weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Assistenzsystems wird dann
vorgeschlagen, dass vorgesehene Assistenzmodule so angepasst sind,
dass ein Eingriff in die Steuerung des Fahrzeugs durch dafür charakteristische
Signale an den Prozessrechner R gemeldet wird, aus denen dieser Signale
für eine
unstetige Änderung
des Fahrzeugsymbols generiert. Eine solche Ausgestaltung hat den
Vorteil, dass dem Fahrer durch Veränderung der Eigenschaften des
Fahrzeugsymbols, wie es weiter oben bereits beschrieben wurde, angezeigt
wird, dass er sich in Fahrzuständen
befindet, indem die Assistenzmodule bereits zur Vermeidung von unsicheren
Fahrzuständen
eingegriffen haben, d. h. in Fahrzuständen, die in erhöhtem Maß gefahrträchtig sind.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das
Fahrzeugsymbol des Lotsenfahrzeugs als transparente Dreieckspfeilspitze ausgebildet
ist, deren Basisbreite proportional der Breite des realen Fahrzeugs zu
der zur Verfügung stehenden
Fahrspur dargestellt wird. Der Fahrer kann dadurch frühzeitig
und ohne seine Blickrichtung zu den Seiten des Fahrzeugs hin zu
verändern,
in einfachster Weise einen sicheren mittleren Bewegungspfad auf
der ihm zur Verfügung
stehenden Fahrbahn einhalten.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Fahrzeugsymbol des
Lotsenfahrzeuges anstelle eines Dreieckspfeils durch zwei quer beabstandete
Dreieckspfeilspitzen gebildet ist, wobei die Gesamtbreite über beide
Dreieckspfeilspitzen einschließlich
Abstand wiederum proportional der Breite des realen Fahrzeugs zu
der zur Verfügung
stehenden Fahrbahnbreite ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht
darin, dass der zentrale Bereich des Gesichtsfeldes des Fahrers
und damit der Fahrbahn für die
natürliche
eigene Umfelderkennung und Analyse des Fahrers frei bleibt. Darüber hinaus
erleichtern die inneren und äußeren Begrenzungskonturen
des Dreieckspfeilpaares vor allem eine bessere Auflösung von
relativen Bewegungen des Lotsenfahrzeugs, wenn sich der Abstand
(durch entsprechende Verkleinerung des Lotsenfahrzeugsymbols) zwischen
realem Fahrzeug und Lotsenfahrzeug vergrößert. Der besondere Vorzug
ergibt sich insbesondere bei der Abarbeitung von Blickprogrammen
des Fahrers, wenn real weiter entfernt liegende Wegverläufe oder
Wegmarkierungen detektiert werden müssen.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung erfährt ein erfindungsgemäßes Assistenzsystem
dadurch, dass die als Lotsenfahrzeugsymbol dienende Dreieckspfeilspitze
oder das Paar von Dreieckspfeilspitzen proportional der auf das
Fahrzeug einwirkenden Querbeschleunigung geneigt wird. Das Fahrzeugsymbol,
hier also die Dreieckspfeilspitze, nimmt eine Querneigung ein, wie
ein Zweiradfahrzeug in Kurven. Das gibt dem Fahrer des realen Fahrzeugs eine
sehr drastische Information über
den Fahrzustand des Lotsenfahrzeugs und damit über notwenige Steuerungsmaßnahmen
für das
reale Fahrzeug.
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In
weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung soll die Höhe (H) der
Dreieckspfeilspitze(n) proportional der in Fahrtrichtung auf das
reale Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen dargestellt werden. Wird
also das virtuelle Fahrzeug aufgrund der im Prozessrechner verarbeiteten
Sensordaten extrem verzögert
um eine Gefährdungssituation
zu verhindern, so wird die Höhe
der Dreiecksspitze sehr groß,
was den Fahrer unmittelbar zu einer Notbremsung veranlassen kann
noch bevor er durch Abstandsverringerung zum Lotsenfahrzeug die
Bremsnotwendigkeit erkennt. Umgekehrt, bei extremer Abnahme der Höhe der Dreieckspfeilspitze
wird dem Fahrer angezeigt, dass das Lotsenfahrzeug eine nach vorne
beschleunigte Bewegung ausführt
und er den Abstand zum Lotsenfahrzeug nur dann einhalten kann, wenn er
sein reales Fahrzeug durch Gasgeben ebenfalls beschleunigt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung erfährt das erfindungsgemäße Assistenzsystem
dadurch, dass das Programm des Prozessrechners so angepasst ist,
dass das Fahrzeugsymbol in ein Grenzwertsymbol, vorzugsweise eine
Grenzlinie, umgewandelt wird, wenn vorher einstellbare Grenzwerte
von Bewegungsparametern, wie Geschwindigkeit oder Beschleunigung, überschritten
werden. Eine solche Umwandlung, ganz gleich nach welcher Richtung,
zeigt dem Fahrer dann an, dass das Assistenzsystem zwar funktionsfähig ist,
er selbst aber eine Fahrweise wählt,
die dem Assistenzsystem nicht folgt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Assistenzsystems
besteht darin, dass das Programm des Prozessrechners R so angepasst
ist, dass eine seitliche Versetzung des Fahrzeugs zur Mitte des zur
Verfügung
stehenden Bewegungspfades (Fahrbahn) durch eine Referenzmarkierung
angezeigt wird. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass
der Fahrer erkennt, dass er sich anders bewegt als optimal, dennoch
aber auf einem möglichen
und zulässigen
Bewegungspfad.
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Eine
weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Assistenzsystems, die insbesondere
eine Verfeinerung darstellt, besteht darin, dass die Sensoren für die Datengruppe
Fahrzeugdaten auch solche umfassen, welche die Häufigkeit (Anzahl pro Zeiteinheit)
und die Intensität
von Steuerungsbewegungen des Fahrers aufnehmen und das Programm
des Prozessrechners aus diesen Daten abrupte Veränderungen des Fahrzeugsymbols
generiert. Durch diese Ausbildung kann dem Fahrer praktisch ein
virtueller Blick auf die eigene Fahrweise vermittelt werden, um ihn
darauf hinzuweisen, dass diese im Regelfall aufgrund zu hoher Geschwindigkeit
zu hektisch bzw. zu unsicher ist.
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Anhand
der beigefügten
Zeichnungsfiguren wird ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Assistenzsystems
in seiner Ausgestaltung und in seiner Wirkungsweise erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigt
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1 ein
Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Assistenzsystems für den Fahrer
eines Kraftfahrzeugs,
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2a die
Einspiegelung eines mit der Anordnung nach 1 generierten
Fahrzeugsymbols in das Sichtfeld des Fahrers im Längsschnitt
schematisch,
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2b die
Anordnung nach 2a in Blickrichtung des Fahrers
bei Geradeausfahrt auf der rechten Fahrspur einer Fahrbahn,
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3 die
Sequenz der Bewegung des Lotsenfahrzeugsymbols bei Auftreten eines
Hindernisses in der realen Fahrtrichtung des Fahrzeugs aus der Sicht
des Fahrers,
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4 einen
Fahrzustand entsprechend 3 mit einer Referenzmarkierung 30 zur
Anzeige einer seitlichen Versetzung 15,
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5a und 5b die
Sequenz des Einscherens in die rechte Fahrbahn nach einem Überholvorgang,
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5c den
Bewegungspfad nach einem Überholvorgang
entsprechend der Sequenz nach den 5a, 5b,
bei dem ein Einscheren nach rechts nicht möglich ist,
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6 eine
schematische Ansicht entsprechend 2,
bei der das Fahrzeugsymbol durch zwei quer beabstandete Dreieckspfeilspitzen 11 gebildet
ist,
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7a und 7b die
Sequenz eines Abbiegevorgangs von der Fahrbahn 20 in eine
Abzweigung 21.
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Das
in 1 als Blockschaltbild schematisch dargestellte
Beispiel eines erfindungsgemäßen Assistenzsystems
zeigt in seinem unteren Bereich einen Block FD für die Erfassung von Fahrzeugdaten und
einen Block UD für
die Erfassung von Umgebungsdaten. Jeder dieser Blöcke, FD,
UD umfasst eine Vielzahl von Sensoren S zur Dedektion der unterschiedlichsten
Daten. Als von den Sensoren S zu erfassende Fahrzeugdaten kommen
vor allem in Betracht: die physikalischen Abmessungen des Fahrzeugs,
maximale Querbeschleunigung, maximale Beschleunigung und Verzögerung,
bezogen auf Normbedingungen, aktuelle Fahrgeschwindigkeit, Schlupf-
und Gierverhalten, geodätische
Position und Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, geometrische Zuordnung
der Fahrerposition zum Sichtfeld, Vorgaben der Aktivatoren des Fahrzeugs
aus dem aktuellen Betrieb, wie Lenkeinschlag, Stellung des Gaspedals
bzw. des Bremspedals oder der auf die einzelnen Räder ausgeübten Bremskräfte und schließlich auch
Signalisation von Bewegungsabsichten, wie die Stellung der Fahrtrichtungsanzeiger oder
Fern- bzw. Abblendlicht.
Als zu detektierende Umgebungsdaten kommen in Betracht geodätische Beschreibung
der möglichen
Fahrwege, Wegbeschaffenheit, Unebenheiten, Schrägneigung der Fahrbahn, Reibungsbeiwerte,
seitlicher Abstand des Fahrzeugs von Fahrspurbegrenzungen, vorgeschriebene,
streckenbezogene maximale oder minimale Geschwindigkeit, Entfernung
und Richtung von festen Hindernissen, Entfernung, Richtung und Differenzgeschwindigkeit
von anderen bewegten Objekten, Außentemperatur, Sichtbedingungen
wie z. B. Helligkeit. Die nicht abschließend aufgezählten Fahrzeugdaten FD und
Umgebungsdaten UD werden zunächst
einem Block AM von Assistenzmodulen, wie z. B. Navigationssystem,
Antiblockiersystem, elektronischen Stabilitätskontrolleinrichtung und/oder
Bremsassistent zugeführt,
die jeweils ihre eigenen Modulrechner MR aufweisen. Von dem Assistenzmodulblock
AM werden die Fahrzeugdaten FD und Umgebungsdaten UD entweder unverändert oder
durch Rechenoperationen der Modulrechner MR transformiert einem
zentralen Prozessrechner R zugeführt. Diesem
zentralen Prozessrechner R werden zusätzlich Missionsdaten MD zugeführt, die
der Fahrer vor Antritt der Fahrt in einen geeignet ausgebildeten
Missionsdatenblock eingegeben hat. Als solche Missionsdaten kommen
in Betracht: die Sollgeschwindigkeit, gewünschte Sicherheitsabstände zu den festen und
bewegten Hindernissen, gewünschter
Nutzungsanteil der möglichen
quer- und Längsbeschleunigungen
des Fahrzeugs (entsprechend einer gewünschten, eher ruhigen oder
sportlichen Fahrweise) Fahrtziel mit Wegpunkten, Einschränkungen
für die
Routenwahl und/oder Verbrauchsoptimierung bezüglich des Treibstoffs und weitere.
Der Prozessrechner R ist so angepasst und programmiert, dass er
aus den ihm zugeführten
Datengruppen Fahrzeugdaten FD, Umgebungsdaten UD und Missionsdaten
MD ein virtuelles sich gefahrlos in der realen Umgebung bewegendes
Fahrzeug VF generiert. Der vom Prozessrechner R ausgegebene, das
virtuelle Fahrzeug bildende Datensatz, wird in einer Projektionseinheit
P in ein an das wahre Sichtfeld des Fahrers angepasstes perspektivisch
korrektes Fahrzeugsymbol umgesetzt und auf eine Displayfläche DF projiziert.
Von dort wird dieses Fahrzeugsymbol als Information I in das Sichtfeld des
Fahrers projiziert.
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2a erläutert die
Abbildungsgeometrie für die
Projektion des Fahrzeugsymbols 10 von der Displayfläche DF in
das Sichtfeld des Fahrers. Mittels einer Reflektion an der teildurchlässig spiegelnden Windschutzscheibe 2 des
realen Fahrzeugs wird das Lotsenfahrzeugsymbol für den Fahrer 1 vor
der realen Kulisse, die er durch die Windschutzscheibe 2 im Sichtfeld
hat, sichtbar.
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Die
schematische Anordnung nach 2a ist
in 2b aus der Blickrichtung des Fahrers dargestellt.
Im wesentlichen ist, stark vereinfacht, das reale Sichtfeld des
Fahrers durch die Windschutzscheibe 2 in Längsrichtung
des Fahrzeugs dargestellt. Das Lenkrad des Fahrers ist mit 3 bezeichnet.
Ein Fahrtrichtungsanzeiger üblicher
Bauart mit dem Referenzeichen 4. Der Fahrer bzw. das reale
Fahrzeug bewegt sich auf einer Fahrbahn 20 mit der Mittellinie 21, wobei
die Fahrbahn 20 in der gezeigten Fig. im wesentlichen gerade
verläuft.
Das Fahrzeugsymbol des Lotsenfahrzeugs ist als flache Dreieckspfeilspitze 10 dargestellt,
wobei diese Pfeilspitze teiltransparent sein soll, so dass die im
Bereich der Dreieckspfeilspitze liegenden Teile der Fahrbahn für den Fahrer sichtbar
bleiben. Die Basisbreite 10b der Dreieckspfeilspitze 10 soll
proportional der Breite des realen Fahrzeugs zu der zur Verfügung stehenden
Breite der Fahrspur dargestellt sein. Die Höhe H der Dreieckpfeilspitze
D ist proportional der in Fahrtrichtung wirkenden Beschleunigung
auf das Fahrzeug. Der Abstand der Dreieckspfeilspitze 10 von
der Unterkante der Windschutzscheibe 2, d. h. also von
der Unterkante des Sichtfeldes des Fahrers, ist geschwindigkeitsabhängig so
gewählt,
dass er einem mittleren Sicherheitsabstand in der realen Umgebung
entspricht. Je nach eingestelltem Missionsdatum kann dieser Abstand
für den
stationären
Fahrzustand größer oder
geringer eingestellt sein. Anstelle einer Dreieckspfeilspitze als
Fahrzeugsymbol kann natürlich
auch jedes andere geometrische Symbol als Lotsenfahrzeugsymbol verwendet
werden, wie z. B. die stilisierte Heckansicht eine PKW.
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Das
Assistenzsystem arbeitet nun in der Weise, dass dann, wenn die reale
Geschwindigkeit des realen Fahrzeugs mit der eingestellten Sollgeschwindigkeit übereinstimmt,
der Abstand und die geometrische Abmessung des Lotsenfahrzeugsymbols
konstant bleibt. Ist die tatsächliche
Geschwindigkeit des realen Fahrzeugs geringer als die eingestellte
Sollgeschwindigkeit, so entfernt sich die Dreieckspfeilspitze nach
vorne, wobei sie entsprechend den perspektivischen Verhältnissen
kleiner wird. Für den
Fahrer wäre
dies ein Hinweis durch mehr Gasgeben sein Fahrzeug zu beschleunigen
und dadurch dem vorauseilenden Lotsenfahrzeug (Lotsenfahrzeugsymbol)
zu folgen und wieder zu diesem aufzuschließen. Je nach Umweltbedingungen
wird die eingestellte Sollgeschwindigkeit aufgrund der im Prozessrechner
vorgenommen Generierung des virtuellen Fahrzeugs vermindert, so
dass dann, wenn der Fahrer die reale Fahrgeschwindigkeit seines
Fahrzeugs nicht vermindert, sich der Abstand zu dem Lotsenfahrzeugsymbol
verringert, wobei wiederum perspektivisch angepasst, in diesem Fall
sich die Dreieckspfeilspitze in ihrer geometrischen Ausdehnung vergrößert. Der
Fahrer hat in diesem Zustand die Information einer zu dichten Annäherung an
das Lotsenfahrzeug und wird so sein reales Fahrzeug durch Verminderung
der Geschwindigkeit wieder in einen größeren Abstand vom vorauseilenden
Lotsenfahrzeug bringen. Zusätzlich
zur Veränderung
der Größe des Lotsenfahrzeugsymbols
kann durch entsprechende Programmierung des Prozessrechners R auch
eine Veränderung
von Farbe, Helligkeit oder Kontrast vorgesehen sein, wenn das reale
Fahrzeug dem Lotsenfahrzeug nicht im vorgesehenen sicheren Abstand
folgt. Dabei ist es bei der praktischen Umsetzung eines erfindungsgemäßen Assistenzsystems
ohne weiteres möglich,
zusätzlich
zur optischen Darstellung eines virtuellen Lotsenfahrzeugs dieses auch
akustisch, etwa durch typische Fahrgeräusche, mit Hilfe von Lautsprechern,
dem Fahrer zu vermitteln und dann bei Abweichung des realen Fahrzeugs von
den eingestellten Missionsdaten die akustische Kulisse des Lotsenfahrzeugs
analog zu ändern.
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Das
Programm des Prozessrechners R bzw. der Projektionseinheit P ist
so ausgelegt, dass dann, wenn das Lotsenfahrzeugsymbol 10 etwa
infolge zu geringer Geschwindigkeit des realen Fahrzeugs nach oben
oder infolge zu großer
Geschwindigkeit des realen Fahrzeugs nach unten aus dem Sichtfeld verschwinden
würde,
eine Umwandlung des Fahrzeugsymbols 10 in Grenzwertsymbole
in Form von Grenzlinien GO und GU stattfindet. Dadurch wird dem
Fahrer angezeigt, dass das Assistenzsystem in Funktion ist, er sich
jedoch in einem Fahrzustand befindet, indem er den vom Assistenzsystem
generierten Lotsenfahrzeug nicht folgt.
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Das
in 3 dargestellte Bild entspricht im wesentlichen
der schematischen Ansicht nach 2,
zeigt jedoch die Bewegungssequenz des Lotsenfahrzeugsymbols 10 bei
Auftreten eines Hindernisses 5 in der Fahrtrichtung 12 des
realen Fahrzeugs. Ausgehend von der Fahrtrichtung 12, die
z. B. dem Wiedereinscheren in die rechte Fahrbahn nach einem Überholvorgang
entspricht, ist das Lotsenfahrzeugsymbol mit 10-3 bezeichnet.
Entsprechend der dedektierten Umgebungs- und Fahrzeugdaten hat der
Prozessrechner R eine Änderung
der Fahrtrichtung des virtuellen Fahrzeugs ermittelt und zeigt diese
durch Veränderung
der Neigung des Lotsenfahrzeugsymbols von 10-3 über 10-2 und 10-1 bis
zu dem mit 10 bezeichneten momentan dargestellten Lotsenfahrzeugsymbol 10 an.
Die Neigung α der
als Lotsenfahrzeugsymbol dienenden Dreieckspfeilspitze ist beträchtlich,
so dass dementsprechend eine beträchtliche Lenkkorrektur des
Fahrers notwendig ist, um dem Lotsenfahrzeug, das sich in der korrigierten, mit 14 bezeichneten
Fahrtrichtung bewegt, zu folgen.
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Das
in 4 gezeigte schematische Sichtfeld des Fahrers
entspricht weitgehend der Darstellung in 3 mit dem
Unterschied, dass die Sequenz der Neigungsänderung des Lotsenfahrzeugsymbols 10 weggelassen
ist, dafür
aber als vertikale Linie eine Referenzmarkierung 30 gezeigt
ist, die als zusätzliches
Hilfsmittel von der Projektionseinheit P in die Windschutzscheibe
eingespiegelt werden kann und dem Fahrer eine seitliche Versetzung 15 seines
Fahrzeugs zur Mitte des zur Verfügung
stehenden Bewegungspfades anzeigt.
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Die
in den 5a und 5b gezeigte
Sequenz eines Überholvorgangs
beginnt mit der in 5a dargestellten Situation,
in der sich das reale Fahrzeug auf der linken Fahrspur einer Fahrbahn 20 befindet,
d. h. also links von der Fahrbahnmittellinie 21 und dem
Lotsenfahrzeug 10 in angemessenem Abstand folgt. Ausgehend
von dieser Situation kann entweder automatisch in Abhängigkeit
der Dedektion der Umgebungsdaten oder in Abhängigkeit der Betätigung des
realen Fahrtrichtungsanzeigers 4 durch den Fahrer das Lotsenfahrzeug 10 die
in 5b gezeigte Bewegungssequenz ausführen, wobei
in jedem Zeitpunkt für
den Fahrer das Dreieckssymbol des Lotsenfahrzeugs nur einfach vorhanden
ist, d. h. dass der Fahrer nicht mehrere Dreiecke sieht sondern
immer nur eines. Als vorteilhaftes Hilfsmittel für den Fahrer kann das mit 13 bezeichnete
Blinklichtsymbol in Abhängigkeit
der Betätigung
des Fahrtrichtungsanzeigers 4 vorgesehen sein. Entsprechend der
Darstellung in 5b kann der Fahrer also bedenkenlos
durch entsprechende Lenkradbewegungen dem vorauseilenden Lotsenfahrzeugsymbol 10 nach
rechts folgen ohne eine Gefährdung,
etwa durch zu geringen Abstand von dem zu überholenden Fahrzeug, befürchten zu
müssen.
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Eine
zusätzliche
Hilfsfunktion des Assistenzsystems für den Fahrer ist in 5c dargestellt,
die wiederum die Situation entsprechend 5b wiedergeben
soll. In dieser gezeigten Sequenz ist das real für den Fahrer nicht sichtbare
Hindernis 5 etwa in Form eines überholten Fahrzeugs noch zu
nahe am eigenen Fahrzeug, so dass ein Einscheren nach rechts in
die rechte Fahrbahnhälfte 20 vermieden werden
muss. Das Lotsenfahrzeugsymbol 10 würde also nicht nach rechts
schwenken. Zusätzlich
ist als Warnhinweis für
den Fahrer eine zeitliche Grenzlinie GS eingespiegelt, die auch
farblich hervorgehoben sein kann und dem Fahrer anzeigt, dass eine
Fahrbewegung nach rechts noch nicht möglich ist.
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Die
Darstellung nach 6 entspricht der Ansicht gemäß 2b,
wobei das Lotsenfahrzeugsymbol in Form zweier quer beabstandeter
Dreieckspfeilspitzen 11 gebildet ist. Damit bleibt der
zentrale Bereich des Gesichtsfeldes des Fahrers, d. h. also die
real vor ihm liegende Fahrbahn für
die natürliche
Umfelderkennung und Analyse frei. Zusätzlich erleichtern die inneren
und die äußeren Begrenzungskonturen
des Dreieckspaares 11 vor allem eine bessere Auflösung von
relativen Bewegungen des Lotsenfahrzeugsymbols im fernen peripheren
Gesichtsbild. Besonders bei der Abarbeitung von Blickprogrammen
des Fahrers beim weiteren Umgebungsscreening, etwa beim Ablesen
von Wegweisern oder ähnlichen
Verkehrshilfsinformationen, die regelmäßig nur weit ab vom tatsächlichen
Bewegungspfad gelesen werden können,
ergeben sich dadurch Vorteile.
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Die
in den 7a und 7b gezeigte
Sequenz eines Abbiegevorgangs von der Fahrbahn 20 in eine
Abzweigung 22 verwendet als Lotsenfahrzeugsymbol wieder
das Pfeilspitzenpaar gemäß der Darstellung
in 6. 7a zeigt die Einleitung des Abbiegevorgangs
entsprechend der mittels eines Navigationssystems und/oder der Missionsdaten
dem Prozessrechner mitgeteilten Informationen. Zusätzlich zum
erfindungsgemäßen Assistenzsystem
ist das Vorhandensein eines Navigationsdisplays 6 im Instrumentenfeld
des Fahrers angedeutet. Die Neigung und der Abstand der als Lotsenfahrzeugsymbol dienenden
Dreieckspfeilspitzen 11 in 7a zeigt, dass
der Abbiegevorgang durch entsprechende Lenkradbewegung des Fahrers
ausreichend rechtzeitig vor der tatsächlichen Abzweigung 22 eingeleitet
wird. In 7b ist die darauffolgende Situation dargestellt,
in der der Fahrer offensichtlich sehr spät eine entsprechende Fahrzeugsteuerung
vorgenommen hat und dadurch der Abstand zum Lotsenfahrzeugsymbol
sich erheblich verringert hat und darüber hinaus die Neigung des
Lotsenfahrzeugsymbols nach rechts deutlich vergrößert ist, woraus sich für den Fahrer
unmittelbar ergibt, dass er seine Geschwindigkeit drastisch verringern
und den Lenkeinschlag drastisch erhöhen muss, wenn er die Abzweigung 22 noch
benutzen will.
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Zu
den vielfältigen
Möglichkeiten
der Ausstattung des Assistenzsystems mittels Lotsenfahrzeug zählen die
permanente Repräsentation
einer Geschwindigkeitsbeschränkung
oder einer selbst gewählten
Sollgeschwindigkeit (Tempomat) durch die Präsenz des Fahrzeugsymbols 10 in
entsprechendem Abstand, die Signalisation angepasster Geschwindigkeiten
bei wechselnden Fahrbahnzuständen,
die durch Schlupf- und Giersensoren ermittelt werden, aber auch
die Vorbereitung des Fahrers auf plötzlich auftretende Eigenschaftsänderungen
seines Fahrzeuges, die durch aktive Eingriffe von Assistenzsystemen,
etwa bei adaptiven Steuerungen oder durch Precrash Systeme ausgelöst werden
und das gewohnte Fahrverhalten des Fahrzeuges in der Nähe kritischer
Situationen stark verändern.
In diesen Fällen
weist das Lotsenfahrzeugsymbol auf die von automatisch eingreifenden
Assistenten bevorstehende Änderungstendenz
des Bewegungszustandes des eigenen Fahrzeugs hin.