DE102006050214A1 - Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers beim Fahren mit einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Verfahren, wobei eine Fahrbahnranderkennung mittels Sensoren, wie Infrarotsensoren, optischer Einrichtungen, wie eine Kamera oder bildgebende Abstandsmessung mit zum Beispiel Radar- oder Laserscannern, durchgeführt wird und eine Erkennung eines Fahrspurwechsels anhand der Auswertung der Sensorsignale nach Merkmalen, die die oberflächliche Beschaffenheit der Straße und des Straßenrandes repräsentieren, erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft das Gebiet der Fahrspurerkennung für Fahrzeuge und betrifft insbesondere ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Systeme bekannt, die den Fahrer eines Fahrzeuges darin unterstützen, das Fahrzeug in seiner Fahrspur zu halten. Diese Systeme werden auch als LKS-Systeme (LKS: Lane Keeping Support) bezeichnet. Bekannte LKS-Systeme umfassen ein Fahrspurerkennungssystem, wie z. B. einem Videosystem, mit der die Krümmung der Fahrspur und die relative Position des Fahrzeugs in der Fahrspur, die sogenannte Ablage und Orientierung, bestimmt werden können. Wenn der vom Fahrer gewählte Lenkwinkel von dem durch den Fahrspurverlauf vorgegebenen Soll-Lenkwinkel zu stark abweicht, werden mit Hilfe eines Lenkstellers, wie z.B. eines Servomotors, fahrerunabhängige Lenkkräfte auf die Lenkung des Fahrzeugs ausgeübt. Diese Lenkkräfte sind so stark, dass sie vom Fahrer haptisch erfasst werden können und den Fahrer darauf hinweisen, wie er die Lenkung betätigen müsste, um das Fahrzeug in seiner Fahrspur zu halten.
• Das Fahrspurerkennungssystem kann beispielsweise als Videosystem realisiert sein, dessen Videosignale von einer Signalverarbeitungssoftware verarbeitet werden, die die gewünschten geometrischen Daten (Ablage, Orientierung, Fahrspurkrümmung) liefert. Andere Fahrspurerkennungssysteme umfassen z.B. einen Magnetsensor, der die Fahrzeugposition in Verbindung mit in der Fahrbahn integrierten Magneten bestimmt, oder wahlweise auch Radarsensoren. Aus den geometrischen Ablagedaten und einer Information über die Fahrspurkrümmung wird dann mittels eines mathematischen Referenzmodells (Algorithmus) ein Referenz-Lenkwinkel berechnet, der an der Lenkung eingeschlagen werden müsste, um das Fahrzeug optimal in seiner Fahrspur zu halten. Bei einer Abweichung des Fahrer-Lenkwinkels vom Referenzlenkwinkel wird dann mit Hilfe eines Lenkstellers ein Unterstützungsmoment auf die Lenkung aufgebracht. Das Unterstützungsmoment wird dabei anhand einer vorgegebenen Kennlinie berechnet.
• Es sind Abstandssensoren bekannt, die dem Fahrer ein vor oder hinter dem Fahrzeug befindliches Objekt melden. Solche Sensoren könnten auch seitlich am Fahrzeug verwendet werden. Allerdings würden solche Sensoren ständig ansprechen, wenn sich Objekte, insbesondere Bordsteine, seitlich am Fahrzeug befinden, obwohl bei Geradeausfahrt keinerlei Gefahr besteht, diese zu überrollen. Würde bei solchen Hindernissen eine Anzeige oder Warnung an den Fahrer ausgegeben, würde er die Aufmerksamkeit verlieren und den Verkehr zusätzlich gefährden.
• Aus der DE 101 25 966 A1 ist ein Kurvenwarnsystem für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit großer Länge, bekannt. Eine Sensoreinrichtung erfasst den Lenkwinkel der Vorderachse des Kraftfahrzeugs und – bei mehreren lenkbaren Achsen – auch deren Lenkwinkel. Eine Erkennungseinrichtung erkennt Hindernisse in der seitlichen Umgebung des Kraftfahrzeuges. Wenn die Erkennungseinrichtung ein Hindernis erkennt, berechnet eine Berechnungseinrichtung anhand des Lenkwinkels sowie der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges voraus, ob eine Kollision mit dem Hindernis droht, und erzeugt bei Kollisionsgefahr ein Warnsignal für den Fahrer.
• Aus der DE 30 28 077 C2 ist ein Verfahren zur Warnung des Führers eines Fahrzeuges vor einem auf dessen Momentanspur fahrenden Fahrzeug bekannt. Hierbei wird das Verkehrsumfeld vor dem Fahrzeug mittels eines Radargerätes nach dem Vorhandensein eines vorausfahrenden Fahrzuges überwacht und der Abstand des eigenen Fahrzeuges zu einem detektierten vorausfahrenden Fahrzeug, sowie dessen Relativgeschwindigkeit bestimmt. Abhängig von diesen Parametern und der eigenen Fahrzeuggeschwindigkeit, sowie gegebenenfalls weiteren Parametern, wie Fahrbahn und Bremszustand, wird ein Sicherheitsabstand zwischen den beiden Fahrzeugen berechnet, der dann mit dem gemessenen Abstand verglichen wird. Wenn der gemessene Abstand geringer als der Sicherheitsabstand ist, wird ein Warnsignal erzeugt und das Risiko eines Zusammenstosses auf einem optischen Anzeigefeld dargestellt. In einer Variante des bekannten Verfahrens wird die Umfelderfassung auch auf den jeweiligen Rückraum benachbarter Fahrbahnen ausgedehnt, so dass auch im Vorfeld eines geplanten Fahrspurwechsels das zu erwartende Unfallrisiko bestimmt werden kann.
• Aus der Druckschrift DE 195 07 957 C1 geht ein Fahrzeug hervor, das mit einem System zur Einschlafwarnung ausgestattet ist. Das Fahrzeug weist eine seitlich angebrachte optische Abtasteinrichtung zur berührungslosen Erfassung von Fahrspurmarkierungen auf, die die Fahrspur des Fahrzeugs zur Seite hin begrenzen. Die von der Abtasteinrichtung bereitgestellten Sensordaten werden einer Auswerteeinheit zur Ermittlung eines zwischen dem Fahrzeug und den erfassten Fahrspurmarkierungen vorliegenden Abstands zugeführt. Zusätzlich ermittelt die Auswerteeinheit die Fahrzeugquergeschwindigkeit relativ zu den erfassten Fahrspurmarkierungen, wobei eine Einschlafwarnung in Form eines akustischen Signals ausgelöst wird, wenn sich aufgrund des vorliegenden Abstands und der Fahrzeugquergeschwindigkeit ergibt, dass ein Verlassen der Fahrspur droht.
• Um Unfällen vorzubeugen, die entstehen, wenn man während der Fahrt von der eigentlichen Fahrspur abweicht, sind heutzutage Systeme im Einsatz, die die von der Fahrspur abweichenden Fahrer warnen (ASIL- Spurassistent bei Citroen). Diese Systeme erkennen die Linien auf der Straßenoberfläche, seien es unterbrochene oder gezogene Linien und deren Farben und Breiten.
• Dabei ist es erforderlich, dass die Straßen mit Linien versehen sind, wie es auch der Gesetzgeber vorschreibt, da sonst solche Spurassistenten nicht eingesetzt werden können. Überquert das Fahrzeug eine solche Linie z.B. ohne die Betätigung eines Blinkersignal, wird ein Warnsignal durch ein Vibrieren des Sitzes ausgegeben.
• Da die Voraussetzung, dass die Straßen mit gut sichtbaren Linien markiert sind, nicht immer gegeben ist, zum Beispiel bei schmalen Landstraßen, neuen Straßen noch ohne Markierung, abgenutzten Markierungen und dergleichen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für einen verbesserten Spurassistenten anzugeben.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Vorteilhaft kann eine zuverlässige Erkennung des Fahrbahnrandes entweder über Kontrastaufnahmen einer Kamera oder über bildgebende Abstandsmessungen zum Beispiel über Radarscanner erfolgen. Diese Sensoren tasten die Randbebauung oder Randbepflanzung und somit Begrenzung der asphaltierten Fahrbahnränder ab.
• Anhand der erkannten Fahrbahnränder wird bei Abweichungen von der Fahrspur der Fahrer an Hand von optischen, akustischen oder haptischen Ausgangssignalen im Fahrerraum gewarnt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
• Es zeigen
• 1 eine Anordnung von Sensoren zur Abtastung der Straßenoberfläche.
• 2 die Erkennung eines Spurwechsels auf markierter und nicht markierter Fahrbahn.
• Gemäß einem Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Straßenerkennungssensorelemente 10a und 10b, 12a und 12b, zum Beispiel als Infrarotsensorelemente am vorderen und/oder hinteren Stoßfänger 14 installiert, die sowohl die Fahrbahnoberfläche 22 als auch den Straßenrand 20 an allen vier Fahrzeugecken (VL, VR, HL und HR) permanent abtasten. Die ermittelten Signale werden in Bezug gesetzt. Die Straßenerkennungssensoren 10 und 12 besitzen jede für sich zwei verschiedene Abstrahlcharakteristika mit unterschiedlichem Öffungswinkel. Die erste Abstrahlrichtung 16a/16b liegt beidseitig quer zur Fahrzeuglängsrichtung, somit in Fahrzeugquerrichtung und die zweite 18a/18b in Fahrzeuglängsrichtung. Somit wird der Raum bzw. die Fläche vor und seitlich vom Fahrzeug von den Straßenerkennungssensoren erfasst. Der Strahl mit kleinerem Öffnungswinkel zur Abtastung der Fahrbahnoberfläche 22 wird mit 18a bzw. 18b, und der Strahl mit größerem Öffnungswinkel zur Abtastung des Straßenrandes ist in 1 mit 16a bzw. 16b bezeichnet.
• Generell erkennen Infrarotsensoren licht-reflektierende Objekte in ihrer unmittelbaren Umgebung. Sie besitzen in einfachster Ausführungsform mindestens eine Sendediode, die Licht im infraroten Spektrum aussendet, und mindestens eine Empfängerdiode, welche die Intensität des reflektierten Lichts misst.
• Die beiden Elemente 10a/10b bzw. 12a/12b bilden erfindungsgemäß einen Infrarotsensor 10 bzw. 12. Erfindungsgemäß werden die Signalausgänge der Elemente 10a und 12a, 10b und 12b sowie 10a und 10b und 12a und 12b zu einer Rechnereinheit herausgeführt, um die Signale entsprechend auszuwerten. Es ist es vorgesehen, dass die einzelnen Elemente zu kompensierten Elementgruppe zusammengeschaltet werden. Für die genannte Fahrzeugumfeldüberwachung werden Sensoren eingesetzt, die Bereiche des Umfelds von 0,5 m bis 150 m abtasten bzw. abscannen.
• Die abzutastenden Regionen werden zum einen durch den jeweiligen Öffnungswinkel der jeweiligen Sendediode des Infrarotsensorelementes und zum anderen durch die geometrische Positionierung der Infrarotsensorelemente zueinander am jeweiligen Stoßfänger bestimmt. Fallen auf die beiden Infrarotsensorelemente, die an der vorderen rechten Ecke angebracht sind, Strahlung gleicher Intensität, ist das resultierende Ausgangssignal der Elementgruppe gleich Null. Unterschiedliche Strahlungsintensitäten auf beiden empfindlichen Infrarotsensorelementen führen dagegen zu einem Ausgangssignal der jeweiligen Elementgruppe, das der Differenz der Ausgangssignale der einzelnen Sensorelemente entspricht.
• Verlässt das Fahrzeug die Fahrspur bei einer nicht markierten Fahrbahnen bzw. beginnt das Fahrzeug auf den Straßenrand zuzusteuern, besitzen die Ausgangssignale der Infrarotsensoren, die zur Fahrzeugquerseite ausgerichtet unterschiedliche Eigenschaften, wie zum in 2 B angegeben. Hier liegt der Fall vor, dass ein Spurwechsel in linker Richtung erfolgt, wobei vorhergehend die Sollfahrspur eine Geradeausfahrt war.
• Vorne rechts 23 „liegt" der Straßenrand-Sensorstrahl 18 auf der Fahrbahn ab, während hinten rechts 24 der Straßenrand-Sensorstrahl 18 noch den Straßenrand erfasst und es liegt somit ein Fahrspurwechsel vor. Hingegen blieben bei einer Kurvenfahrt beide Straßenrand-Sensorstrahlen 18 auf dem Straßenrand. Für ein Fall einer Geradeausfahrt erfassen die Sensorstrahlen die Bereiche, die mit 25 gekennzeichnet sind und der vorderer abgetastete vordere Bereich erzeugt ein ähnliches Ausgangssignal wie der hintere Bereich. Zur Unterscheidung zwischen Fahrbahnoberfläche 22 und Straßenrand 20, werden diese getrennt abgetastet. Wird nun erkannt, dass das Fahrzeug die Fahrspur verlässt ohne dass der Blinker betätigt wurde, dann folgt ein Warnsignal. Die Warnung wird erfindungsgemäß geschwindigkeitsabhängig ab einer Fahrgeschwindigkeit von zum Beispiel 70 km/h abgegeben.
• Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Fahrzeug mit einem Radarscanner ausgerüstet, der die Randbebauung oder Randbepflanzung bildgebend abscannt und entsprechend der Abstandsmessung den Fahrer beim Verlassen der Fahrspur warnt. Dabei können die Informationen der bildgebenden Abstandsmessung über den Radarscanner zum Beispiel mit Fahrsituationsdaten des Fahrzeugs, die in Fahrzeugsicherheits- und/oder Fahrerassistenzsystemen vorhanden sind, kombiniert und plausibilisiert werden.
• Fahrzeugsicherheitssysteme können als Electronic Break System (EBS), Engine Management System (EMS), Antiblockiersystem (ABS), Antriebs-Schlupf-Regelung (ASR), Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP), Elektronische Differentialsperre (EDS), Traction Control System (TCS), Elektronische Bremskraftverteilung (EBV) und/oder Motor-Schleppmomenten-Regelung (MSR) ausgeführt werden.
• Fahrerassistenzsysteme sind als elektronische Zusatzeinrichtungen in Fahrzeugen zur Unterstützung des Fahrers in bestimmten Fahrsituationen implementiert. Hierbei stehen oft Sicherheitsaspekte, aber vornämlich die Steigerung des Fahrkomforts im Vordergrund. Diese Systeme greifen teilautonom oder autonom in Antrieb, Steuerung (z.B. Gas, Bremse) oder Signalisierungseinrichtungen des Fahrzeuges ein oder warnen durch geeignete Mensch-Maschine-Schnittstellen den Fahrer kurz vor oder während kritischer Situationen. Solche Fahrassistenzsysteme sind beispielsweise Einparkhilfe (Sensorarrays zur Hinderniss- und Abstandserkennung), Bremsassistent (BAS), Tempomat, Adaptive Cruise Control oder Abstandsregeltempomat (ACC), Abstandswarner, Abbiegeassistent, Stauassistent, Spurerkennungssystem, Spurhalteassistent/Sturassistent (Querführungsunterstützung, lane departure warning (LDW)), Spurhalteunterstützung (lane keeping support)), Spurwechselassistent (lane change assistance), Spurwechselunterstützung (lane change support), Intelligent Speed Adaption (ISA), Adaptives Kurvenlicht, Reifendruckkontrollsystem, Fahrerzustandserkennung, Verkehrszeichenerkennung, Platooning, Automatische Notbremsung (ANB), Auf- und Abblendassistent für das Fahrlicht, Nachtsichtsystem (Night Vision).
• Als eine weitere bevorzugte Ausführungsform werden die in einem ESP-Regelgerät vorhandenen Signale für die Giergeschwindigkeitsdifferenz oder die Lenkwinkelsignale mit den bildgebenden Abstandssignalen des Radarscanners zusammen ausgewertet und bei über oder unterschreiten von bestimmtem vorgegeben Sollwerten durch die zusätzliche Auswertung der aus der Bilderkennung gewonnen Abstandssignalen und den hieraus ermittelten Point of Interest (POI) eine Überprüfung und Plausibilisierung zwischen der Sollfahrspur und der Istfahrspur des Fahrzeugs durchgeführt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers beim Fahren mit einem Fahrzeug, mit einer Fahrspurerkennung dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrbahnranderkennung mittels Sensoren, wie Infrarotsensoren, optischer Einrichtungen, wie einer Kamera oder bildgebender Abstandsmessung mit zum Beispiel Radar- oder Laserscannern, durchgeführt wird und eine Erkennung eines Fahrspurwechsels anhand der Auswertung der Sensorsignale nach Merkmalen, die die oberflächliche Beschaffenheit der Straße und des Straßenrandes repräsentieren, erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Erkennen eines Fahrspurwechsels erfolgt, wenn zwischen den Signalen, die von den Sensoren, die in die selbe Fahrzeugquerrichtung ausgerichtete sind, ein Unterschied besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet; dass Infrarotsensoren unter mindestens einem vorderen und mindestens einem hinteren Stoßfänger angebracht sind, wobei an jedem einzelnen Stoßfänger mindestens zwei Infrarotsensoren mit mindestens zwei unterschiedlichen Abstrahlöffnungswinkeln zur Abtastung eines relevanten Bereichs der Fahrbahnoberfläche (22) und des Straßenrands (20) aufweisen und von allen Infrarotsensoren eine permanente Abtastung des relevanten Bereichs der Fahrbahnoberfläche (22) und des Straßenrands (20) durchgeführt wird, wobei die von den einzelnen Infrarotsensoren ermittelten Signale miteinander in Bezug gesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein Erkennen eines Fahrspurwechsels dann erfolgt, wenn ein Unterschied zwischen mittels der Infrarotsensoren abgetasteten räumlichen Bereich der vorderen rechten Fahrzeugecke und der hinteren rechten Fahrzeugecke und/oder der vorderen linken Fahrzeugecke und der hinteren linken Fahrzeugecke ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangene Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das bei Erkennung eines Fahrspurwechsels, der durch den Fahrer aktivierbare Signalgeber überprüft wird und bei deaktiviertem Signalgeber ein optisches, akustisches oder haptisches Warnsignal über einen unbeabsichtigtes Fahrspurwechsel an den Fahrer ausgegeben wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangene Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das optisches, akustisches oder haptisches Warnsignal über einer Fahrgeschwindigkeit von über 70km/h ausgegeben wird.