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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Bestimmen einer Verkehrsführungsinformation
für ein
Fahrzeug und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen
einer aktuellen Verkehrsführungsinformation
in einem Bereich vor dem Fahrzeug, welcher im Wesentlichen die nächsten Kilometer
umfasst.
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Insbesondere
im Bereich von Baustellen oder Unfallstellen ist die Verkehrsführung aufgrund von
blockierten oder verlegten Fahrbahnen besonders unübersichtlich.
Darüber
hinaus sind in diesen Bereichen die Fahrsstreifen häufig verengt,
so dass in diesen Bereichen eine erhöhte Anforderung an die Aufmerksamkeit
eines Fahrers eines Fahrzeugs gestellt wird. Darüber hinaus ist besonders in
Baustellenbereichen aufgrund der Verkehrsführung, der zumeist hohen Verkehrsdichte
und eventueller Sichtbehinderungen durch Baufahrzeuge oder Absperrungen
die Sichtweite des Fahrers stark beschränkt, so dass eine vorausschauende
Fahrweise erschwert wird. Dadurch steigt einerseits das Unfallrisiko
in diesen Bereichen und andererseits steigt durch eine unangepasste
Fahrweise außerdem
das Risiko einer Staubildung, so dass der Fahrzeugdurchsatz dadurch
zusätzlich
verringert wird.
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Die
bekannten Systeme eines Fahrzeugs zur Unterstützung des Fahrers, so genannte
Fahrerassistenzsysteme, wie zum Beispiel ein Navigationssystem oder
ein adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem (Adaptive Cruise Control,
ACC), können speziell
im Bereich von Baustellen oder Unfallstellen nur wenig zur Entlastung
des Fahrers beitragen. In diesen Bereichen treten Blockierungen
von Fahrstreifen oder Änderungen
der Verkehrsführung
sehr kurzfristig auf, so dass Navigationssysteme im allgemeinen
nicht über
diese kurzfristigen Änderungen verfügen und
somit dem Fahrer keine diesbezüglichen
Hinweise geben können.
Auch adaptive Geschwindigkeitsregelanlagen, welche eine Anpassung der
eigenen Geschwindigkeit in Abhängigkeit
eines Abstandes zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und dessen Geschwindigkeit
einstellen, können
den Fahrer des Fahrzeugs im Bereich einer Baustelle oder Unfallstelle
nur wenig unterstützen.
Sie können
zwar ein Auffahren auf ein vor dem Fahrzeug fahrendes Fahrzeug verhindern,
aber nicht dazu beitragen, den Fahrer über die Verkehrsführung zu
informieren, oder eine angepasste Geschwindigkeit und einen angepassten
Abstand vorschlagen, um einen Verkehrsstau zu vermeiden.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Bestimmen einer Verkehrsführungsinformation für ein Fahrzeug
bereitzustellen. Die Verkehrsführungsinformation
sollte dabei einen vor dem Fahrzeug liegenden Bereich umfassen,
welcher über
den für
den Fahrer einsehbaren Bereich hinausgeht, d. h. beispielsweise
einen Bereich von bis zu 3 km vor dem Fahrzeug umfassst.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zum Bestimmen einer Verkehrsführungsinformation für ein Fahrzeug
nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Verkehrsführungsinformation
für ein
Fahrzeug nach Anspruch 11 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Verkehrsführungsinformation
für ein
Fahrzeug bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Erfassen mehrerer
Positions- und Zeitdaten eines weiteren Fahrzeugs in einer Umgebung
des Fahrzeugs und ein Übertragen
der erfassten Positions- und Zeitdaten zu dem Fahrzeug. Aus den
empfangenen Positions- und Zeitdaten des weiteren Fahrzeugs wird
dann eine Verkehrsführungsinformation
für das
Fahrzeug bestimmt. Das weitere Fahrzeug kann beispielsweise ein
vorausfahrendes Fahrzeug sein, welches in einem Abstand von bis
zu einigen Kilometern vor dem Fahrzeug in gleicher Richtung fährt. Die
Positions- und Zeitdaten des weiteren Fahrzeugs können z.
B. Folgen von Orts-/Zeitkoordinaten des weiteren Fahrzeugs umfassen.
Sie können
zusätzlich
auch Bewegungsdaten des weiteren Fahrzeugs umfassen. Indem die Positions-
und Zeitdaten des weiteren Fahrzeugs erfasst und zu dem Fahrzeug übertragen
werden, kann eine aktuelle Verkehrsführungsinformation aus diesen
Positions- und Zeitdaten abgeleitet werden. So kann beispielsweise
eine aktuelle Verkehrsführung
des Straßenverlaufs
in einem Baustellenbereich nahezu in Echtzeit, d. h. mit einer Verzögerung von
wenigen Minuten, z. B. 5 Minuten, bestimmt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
bei dem Verfahren die Positions- und Zeitdaten mehrerer weiterer
Fahrzeuge erfasst und zu dem Fahrzeug übertragen werden. Über die
Positions- und Zeitdaten der mehreren weiteren Fahrzeuge wird dann
ein Hüllkurvenverlauf
bestimmt und die Verkehrsführungsinformation
für das
Fahrzeug aus diesem Hüllkurvenverlauf
bestimmt. Aus dem Verlauf der Hüllkurve
kann neben der aktuellen Verkehrsführungsinformation auch beispielsweise
eine Breite der von den mehreren vorausfahrenden Fahrzeugen verwendeten
Fahrbahnbreite abgeleitet werden. Die so ermittelte Verkehrsführungsinformation
kann beispielsweise einem Fahrer des Fahrzeugs grafisch dargestellt
werden oder einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs bereitgestellt
werden. Durch eine grafische Darstellung der Verkehrsführungsinformation für den Fahrer
des Fahrzeugs erhält
der Fahrer eine Information über
den vor ihm liegenden Straßenverlauf
für einen
Bereich, der erheblich weiter ist als der für den Fahrer direkt einsehbare
Bereich. Ein Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs kann beispielsweise
aufgrund der ihm zur Verfügung
gestellten Verkehrsführungsinformation
eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs an den vor dem Fahrzeug liegenden
Straßenverlauf
anpassen. Mit Hilfe eines derartigen störungsadaptiven Fahrens können die
Verkehrssicherheit und der Verkehrsfluss insbesondere in unübersichtlichen
Bereichen, wie zum Beispiel im Bereich einer Baustelle oder einer
Unfallstelle, deutlich verbessert werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann das weitere Fahrzeug ferner eine Verkehrsinformation, wie zum
Beispiel Straßenschilder,
Fahrstreifenmarkierungen oder Randbebauungen, mit Hilfe beispielsweise
einer Kamera in einer Umgebung des weiteren Fahrzeugs erfassen und
zu dem Fahrzeug übertragen.
Diese Verkehrsinformation wird dann dem Fahrer des Fahrzeugs angezeigt
oder einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs bereitgestellt. Dadurch erhält der Fahrer
des Fahrzeugs bereits im Vorfeld eine Information über eine
vor ihm liegende Verkehrsregelung, wie zum Beispiel eine Geschwindigkeitsbegrenzung
oder ein Überholverbot
oder eine Fahrbahnverengung, um darauf entsprechend rechtzeitig
reagieren zu können.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die Positions- und Zeitdaten des weiteren
Fahrzeugs bzw. der weiteren Fahrzeuge mittels eines globalen Positionsbestimmungssystems
erfasst. Das globale Positionsbestimmungssystem kann beispielsweise
das derzeit üblicherweise verwendete
Satellitennavigationssystem GPS oder zukünftig auch das europäische Positionsbestimmungssystem
Galileo umfassen. Mit Hilfe des globalen Positionsbestimmungssystems
ist eine genaue Bestimmung der Positions- und Zeitdaten des weiteren
Fahrzeugs möglich,
wodurch die Zuverlässigkeit des
Verfahrens zum Bestimmen der Verkehrsführungsinformation sichergestellt
werden kann. Darüber
hinaus können
die Positions- und Zeitdaten des weiteren Fahrzeugs auch alternativ
oder zusätzlich mit
Hilfe von Beschleunigungs-, Geschwindigkeits-, Wegstrecken- und/oder
Lenkwinkelsensoren erfasst werden. Insbesondere durch Kombinieren
der Sensoren mit Positions- und Zeitdaten des globalen Positionsbestimmungssystems
kann eine sehr genaue Positionsbestimmung des weiteren Fahrzeugs über der
Zeit sichergestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird aus dem Hüllkurvenverlauf
eine Anzahl von Fahrstreifen bestimmt. Dabei kann der Hüllkurvenverlauf in
Segmente entlang der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs unterteilt
werden und die Anzahl der Fahrstreifen für jedes Segment des Hüllkurvenverlaufs bestimmt
werden. Dadurch können
Fahrbahnverengungen, bei denen die Anzahl der Fahrstreifen reduziert
wird, zuverlässig
erkannt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens wird aus den Positions- und Zeitdaten
der mehreren weiteren Fahrzeuge eine aktuelle Verkehrslage bestimmt.
Aus den Positionsdaten kann eine aktuelle Verkehrsdichte bestimmt
werden und aus den daraus bestimmbaren Bewegungsdaten kann eine
aktuelle Fließgeschwindigkeit
des Verkehrs bestimmt werden. Durch Kombinieren der Verkehrsdichte
und der aktuellen Fließgeschwindigkeit
kann eine Verkehrslage, wie z. B. Stau, Staugefahr, zähfließender Verkehr
oder behinderungsfreier Verkehr, bestimmt werden. Da diese Verkehrslage
direkt aufgrund der Positions- und Zeitdaten der vorausfahrenden
Fahrzeuge ermittelt wird, ist diese Verkehrslageinformation höchst zuverlässig und
aktuell und kann somit zu einer Erhöhung der Verkehrssicherheit
erheblich beitragen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird aus den Positions- und Zeitdaten der mehreren
weiteren Fahrzeuge eine digitale Straßenkarte der Umgebung des Fahrzeugs
bestimmt. Indem nicht nur die Positions- und Zeitdaten von vorausfahrenden
Fahrzeugen, sondern auch die Positions- und Zeitdaten von weiteren
Fahrzeugen in der Umgebung des Fahrzeugs ausgewertet werden, kann
aus den entsprechenden Verkehrsführungsinformationen,
die aus den Positions- und Zeitdaten bestimmt werden, eine Straßenkarte
der Umgebung des Fahrzeugs bestimmt werden. Diese Straßenkarte
umfasst die tatsächlichen
aktuellen Verkehrsführungsinformationen
und ist somit erheblich genauer als Straßenkarten von beispielsweise
einem herkömmlichen Navigationssystem.
Die so erzeugte digitale Straßenkarte
kann beispielsweise in Kombination mit einem Navigationssystem für eine erheblich
genauere Navigation verwendet werden, oder kann beispielsweise an
einen zentralen Server übermittelt
werden, um dort eine aktuelle und genaue Straßenkarte der Umgebung des Fahrzeugs
bereitzustellen, welche von anderen Fahrzeugen abgerufen und verwendet
werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Verkehrsführungsinformation
für ein
Fahrzeug bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Empfänger zum
Empfangen von Positions- und Zeitdaten eines weiteren Fahrzeugs
und eine Verarbeitungseinheit, welche mit dem Empfänger gekoppelt
ist. Die Verarbeitungseinheit ist zum Bestimmen der Verkehrsführungsinformation
für das
Fahrzeug aus den empfangenen Positions- und Zeitdaten des weiteren
Fahrzeugs ausgestaltet. Die Vorrichtung kann ferner eine grafische Anzeigeeinheit
umfassen, welche mit der Verarbeitungseinheit gekoppelt ist. Die
Verarbeitungseinheit kann derart ausgestaltet sein, dass die Verkehrsführungsinformation
grafisch auf der Anzeigeeinheit dargestellt wird. Alternativ oder
zusätzlich
kann die Vorrichtung eine Schnittstelle zum Koppeln mit einem Fahrerassistenzsystem
des Fahrzeugs umfassen, wobei die Verarbeitungseinheit in diesem
Fall derart ausgestaltet ist, dass die Verkehrsführungsinformation dem Fahrerassistenzsystem über die
Schnittstelle bereitgestellt wird. Die derart ausgestaltete Vorrichtung
ist zum Durchführen
des zuvor beschriebenen Verfahrens zum Bestimmen einer Verkehrsführungsinformation
für ein
Fahrzeug geeignet und weist daher die gleichen Vorteile wie das
zuvor beschriebene Verfahren auf.
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Die
Verarbeitungseinheit kann ferner ausgestaltet sein, die Positions-
und Zeitdaten mehrerer weiterer Fahrzeuge zu verarbeiten, und aus
diesen Positions- und Zeitdaten einen Hüllkurvenverlauf zu bestimmen,
um die Verkehrsführungsinformation
für das
Fahrzeug aus dem Hüllkurvenverlauf
zu bestimmen. Darüber
hinaus kann die Verarbeitungseinheit so ausgestaltet sein, dass
sie aus dem Hüllkurvenverlauf
eine Anzahl von Fahrstreifen bestimmt. Die Verarbeitungseinheit
kann dazu beispielsweise den Hüllkurvenverlauf
in Segmente unterteilen und die Anzahl der Fahrstreifen für jedes
Segment des Hüllkurvenverlaufs
aus dem Hüllkurvenverlauf
bestimmen.
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Weiterhin
kann die Verarbeitungseinheit ausgestaltet sein, aus den Positions-
und Zeitdaten der mehreren weiteren Fahrzeuge eine Verkehrslage
zu bestimmen oder eine digitale Straßenkarte der Umgebung des Fahrzeugs
zu bestimmen, wie in dem obigen Verfahren beschrieben.
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Schließlich kann
der Empfänger
der Vorrichtung auch zum Empfangen von Verkehrsinformationen in
einer Umgebung des weiteren Fahrzeugs ausgestaltet sein und die
Verarbeitungseinheit kann ausgestaltet sein, die Verkehrsinformationen
auf der Anzeigeeinheit darzustellen oder über die Schnittstelle dem Fahrerassistenzsystem
des Fahrzeugs bereitzustellen. Die Verkehrsinformationen können z.
B. Straßenschilder,
Fahrstreifenmarkierungen oder dergleichen umfassen.
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Die Übertragung
der Positions- und Zeitdaten sowie gegebenenfalls der Verkehrsinformationen zwischen
dem weiteren Fahrzeug und dem Fahrzeug kann beispielsweise direkt
mit Hilfe einer drahtlosen Kommunikation, wie z. B. einem WLAN oder einem Mobilkommunikationssystem
wie z. B. GSM, GPRS oder UMTS, erfolgen. Darüber hinaus können die
Positions- und Zeitdaten des weiteren Fahrzeugs auch zunächst an
Vorrichtungen, welche am Fahrbahnrand angeordnet sind, sogenannte
Road Side Units (RSU), übertragen
werden, welche diese Daten sammeln und nachfolgenden Fahrzeugen,
welche die Road Side Unit passieren, zur Verfügung stellen.
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Alternativ
kann die Road Side Unit selbst bereits eine Verkehrsführungsinformation
aus den empfangenen Positions- und Zeitdaten bestimmen und diese
Verkehrsführungsinformation
an das Fahrzeug übertragen.
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Die
so ausgestaltete Vorrichtung ist geeignet, eine aktuelle Verkehrsführungsinformation
auf der Grundlage der empfangenen Positions- und Zeitdaten der weiteren
Fahrzeuge zu bestimmen. Indem diese Verkehrsführungsinformation einem Fahrer des
Fahrzeugs oder einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs bereitgestellt
werden, können
die Verkehrssicherheit und der Verkehrsfluss erhöht werden, da dadurch dem Fahrer
bzw. dem Fahrerassistenzsystem eine umfassende und genaue Verkehrsführungsinformation
des vor dem Fahrzeug liegenden Streckenabschnitts zur Verfügung gestellt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
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1 zeigt
einen Streckenabschnitt einer Fahrbahn mit einer Fahrstreifenverringerung.
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2A–E zeigt
grafisch die Schritte eines Verfahrens zum Bestimmen einer Verkehrsführungsinformation
aus Positions- und Zeitdaten mehrerer Fahrzeuge mit Hilfe eines
segmentierten Hüllkurvenverlaufs.
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3 zeigt ein Verfahren zum Erkennen der Anzahl
der Fahrstreifen der Fahrbahn gemäß der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Verkehrsführungsinformation für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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1 zeigt
eine Fahrbahn 1, auf der sich mehrere Fahrzeuge 2–9 von
links nach rechts in der Darstellung der 1 bewegen.
Die Fahrbahn 1 umfasst zwei Fahrstreifen, einen linken
Fahrstreifen 10 und einen rechten Fahrstreifen 11.
Im Bereich 12 befindet sich auf dem linken Fahrstreifen 10 eine
Baustelle, so dass der linke Fahrstreifen 10 in diesem Baustellenbereich 12 nicht
befahrbar ist. Am Fahrbahnrand befinden sich Vorrichtungen 15, 16,
welche über
eine Verbindung 17 miteinander gekoppelt sind und über Funkverbindungen 18–24 mit
den Fahrzeugen 5, 2, 6, 7, 4, 8 bzw. 9 in
Verbindung stehen, um Positions- und Zeitdaten der Fahrzeuge zu
empfangen, zwischenzuspeichern und an die Fahrzeuge zu verteilen.
Die Vorrichtungen 15, 16 werden auch Road Side
Units (RSUs) genannt. Darüber
hinaus sind die Vorrichtungen 15, 16 optional über Verbindungen 25, 26 mit
einem Verkehrsrechenzentrum 27 verbunden. Das Verkehrsrechenzentrum 27 kann
einerseits die von den Vorrichtungen 15, 16 empfangenen
Positions- und Zeitdaten der Fahrzeuge 2–9 sammeln,
um Verkehrsinformationen, wie z. B. eine Stauwarnung, zu bestimmen,
und stellt den Vorrichtungen 15, 16 darüber hinaus
Informationen über
den Streckenabschnitt der Fahrbahn 1 bereit, wie z. B. dort
gültige
Geschwindigkeitsbegrenzungen oder besondere Vorkommnisse, wie z.
B. einen Unfall oder eine Fahrbahnsperrung.
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Die
Fahrzeuge 2, 5 und 6 befinden sich im Bereich
der Vorrichtung 15 und übertragen
in vorbestimmten Abständen
ihre Positions- und Zeitdaten zu der Vorrichtung 15. Darüber hinaus
verfügen
die Fahrzeuge 5 und 7 über einen Abstandsradar, um den
Abstand zwischen den Fahrzeugen 5 und 6 bzw. den
Abstand zwischen den Fahrzeugen 6 und 7 bestimmen
zu können.
Auch diese Information wird an die Vorrichtung 15 übertragen.
Die Fahrzeuge 4, 7, 8 und 9,
welche sich im Bereich der Vorrichtung 16 befinden, übertragen
ebenso ihre Positions- und Zeitdaten in vorbestimmten Abständen zu
der Vorrichtung 16. Die vorbestimmten Abstände können beispielsweise
zeitliche Abstände,
wie z. B. jede Sekunde oder alle 5 Sekunden, oder auf eine Bewegung
des Fahrzeugs bezogene Abstände
sein, wie z. B. alle 5 Meter oder alle 15 Meter.
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Dringt
ein Fahrzeug in den Sende- und Empfangsbereich der Vorrichtung 15 ein,
so erhält
dieses Fahrzeug alle Positions- und Zeitdaten der vor ihm fahrenden
Fahrzeuge über
eine vor ihm liegende Strecke von beispielsweise 3 km und einen
Zeitraum von beispielsweise der vergangen 5 oder 10 Minuten. In
Abhängigkeit
von dem Sende- und Empfangsbereich der Vorrichtungen 15, 16 kann
es erforderlich sein, dass die Positions- und Zeitdaten der Fahrzeuge
von mehreren Vorrichtungen 15, 16 zu sammeln sind
und über
die Verbindung 17 der Vorrichtung 15 zuzuführen sind.
Mit Hilfe der Positions- und Zeitdaten, die dem Fahrzeug 5 von
der Vorrichtung 15 übertragen
wurden, kann eine entsprechende Vorrichtung des Fahrzeugs 5 eine
Verkehrsführungsinformation über den
vor dem Fahrzeug liegenden Streckenabschnitt von beispielsweise
3 km bestimmen.
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Anstatt
die Positions- und Zeitdaten an die Vorrichtungen 15, 16 zu übertragen,
ist es auch möglich,
dass die Fahrzeuge 2–9 ihre
jeweiligen Positions- und Zeitdaten an alle umliegenden Fahrzeuge
in beispielsweise einem Bereich von 2–3 km direkt über beispielsweise
ein WLAN aussenden. Dadurch erhält ein
auf dem Streckenabschnitt hinten fahrendes Fahrzeug, wie beispielsweise
das Fahrzeug 5, alle Positions- und Zeitdaten der in einem
Bereich von 2–3
km vor ihm fahrenden Fahrzeuge, beispielsweise der Fahrzeuge 2–4 und 6–9,
und eine entsprechende Vorrichtung des Fahrzeugs 5 kann
diese Positions- und Zeitdaten zum Bestimmen einer Verkehrsführungsinformation
in dem vor dem Fahrzeug 5 liegenden Bereich bestimmen.
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2 zeigt schematisch, wie aus den Positions-
und Zeitdaten mehrerer Fahrzeuge eine Verkehrsführungsinformation bestimmt
wird. Zunächst werden,
wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben, Ortskoordinatenreihen über der
Zeit von verschiedenen Fahrzeugen, welche sich auf der Fahrbahn 1 bewegen,
bestimmt. In 2A sind beispielsweise die Ortskoordinatenreihen
von drei Fahrzeugen 30–32 aufgetragen.
Mit Hilfe der Ortskoordinatenreihen wird eine Hüllkurve des Fahrbahnverlaufs gebildet.
In 2B ist diese Hüllkurve
mit Hilfe der Linien 33 und 34 dargestellt. Reihen
von Orts-/Zeitkoordinaten mit zu großen Abweichungen, welche gegebenenfalls
von einem Fahrzeug auf einer anderen Strecke stammen, werden dabei
vorher aussortiert. Durch die örtliche
und zeitliche Nähe
der Aufzeichnungen der Orts-/Zeitkoordinatenreihen kann bei diesem
Verfahren eine erheblich höhere
relative Genauigkeit der Positionsbestimmung der Fahrzeuge erzielt werden,
welche besser als die absolute Genauigkeit des globalen Positionsbestimmungssystems,
wie z. B. eines GPS-Systems, ist.
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Wie
in 2C gezeigt, wird die Hüllkurve dann in gleichlange
Segmente 35–44 unterteilt,
mit beispielsweise einer Segmentlänge zwischen 10 und 100 m.
Dadurch ergeben sich die in 2C dargestellten
Segmente 35–44.
Für jedes
Segment kann die Anzahl der befahrbaren Fahrstreifen auf der Basis
der Breite der Hüllkurve
sowie unter Berücksichtigung
einer Plausibilität
der vor- und nachgelagerten Segmente bestimmt werden. Eine genauere
Beschreibung dieses Verfahrens wird im Zusammenhang mit 3 später
erläutert
werden. Darüber
hinaus können
auch bauliche Trennungen der Fahrstreifen je Segment auf Basis der
Hüllkurve
und dem Verlauf der Orts-/Zeit-Koordinatenreihen ermittelt werden,
indem beispielsweise Kreuzungen der Reihen analysiert werden. Darüber hinaus
kann für
jedes Segment eine Verkehrslage ermittelt werden, indem beispielsweise
die mittlere Geschwindigkeit in dem Segment für die bestimmten Orts-/Zeit-Koordinatenreihen
bestimmt wird. Die Genauigkeit der Ergebnisse steigt dabei mit der
Anzahl der analysierten Orts-/Zeitkoordinatenreihen
und mit einer höheren Genauigkeit
des Positionsbestimmungssystems, beispielsweise eines GPS- oder
Galileosystems.
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2D zeigt
die Breite der einzelnen Segmente der Hüllkurve und 2E zeigt
die Verkehrsführung,
welche aus dem Hüllkurvenverlauf
der 2D ermittelt wurde. In den Segmenten 35–39 bestehen
jeweils zwei Fahrstreifen, welche in 2E als
Fahrstreifen 45 und 46 bezeichnet sind, in Segment 40 tritt
dann eine Fahrbahnverengung auf, welche in 2E mit 47 bezeichnet
ist, und in den Segmenten 41–44 gibt es dann nur
noch einen Fahrstreifen 48. Durch Analyse von beispielsweise
der durchschnittlichen Geschwindigkeit der in einem Segment 35–45 befindlichen
Fahrzeuge aus den entsprechenden Orts-/Zeit-Koordinaten kann eine entsprechende Verkehrslage
für die
einzelnen Segmente 35–44 bestimmt
werden. So kann eine derartige Analyse beispielsweise ergeben, dass
sich in den Segmenten 35–38 der Verkehr noch
flüssig
bewegt, sich in den Segmenten 39–41 jedoch stark verlangsamt
und ins Stocken gerät,
und ab dem Segment 42 nur noch zähfließend läuft.
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Die
Bestimmung der Linien 33 und 34 der Hüllkurve
kann beispielsweise folgendermaßen durchgeführt werden.
Die aus den Ortskoordinatenreihen bestimmten Fahrzeugrouten der
Fahrzeuge 30–32 werden
zueinander so in Bezug gesetzt, dass eine linke und rechte Kontur
zu dieser Menge von Routen ermittelt wird. Dafür wird zunächst für zwei Fahrzeugrouten wahlweise
die linke oder rechte Kontur ermittelt. Um ein für eine Menge von Fahrzeugrouten
umschließendes
Polygon, d. h. eine Hüllkurve
zu erhalten, müssen
nacheinander die linke und rechte Kontur berechnet werden. Das Polygon besteht
aus der Folge von Konturpositionen der linken Kontur, ergänzt um die
Positionen der von hinten nach vorne durchlaufenen rechten Kontur.
Für die
Ermittlung der Konturen zweier Routen wird eine der Routen als Bezugsroute
festgelegt, auf die die andere Route bezogen wird.
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Zuerst
werden die Startpunkte zueinander in Bezug gesetzt. Es sind zwei
Fälle zu
unterscheiden: Die Routen beginnen im selben Punkt oder die Routen
beginnen in verschiedenen Punkten.
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Beginnen
die Routen im selben Punkt, wird überprüft, ob das Ende der ersten
Teilstrecke der Bezugsroute links oder rechts der anderen Route
liegt. Starten die Routen nicht im selben Punkt, so wird geprüft, ob der
erste Punkt der Bezugsroute links oder rechts der Route liegt. Nach
dieser Prüfung
steht die Lage des Beginns der beiden Routen zueinander fest.
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Diese
Lage kann sich erst nach einem Schnittpunkt zwischen den beiden
Fahrzeugrouten ändern.
Daher wird als nächstes
ermittelt, ob ein solcher Schnittpunkt existiert. Der Schnittpunkt
wird iterativ für
zwei Teilstrecken der Routen gesucht. Wurde ein Schnittpunkt gefunden,
werden die Punkte der links- bzw. rechtsliegenden Route bis zum
Schnittpunkt für die
Konturroute gespeichert. Der Schnittpunkt wird ebenfalls als Teil
der Konturroute hinzugefügt.
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Bis
zum Ende einer der beiden Routen wiederholt sich der Ablauf, dass
ein Schnittpunkt gesucht, für
jeden Punkt die Lage der Routen zueinander aktualisiert und die
Punkte der entsprechenden Fahrzeugroute zur Konturroute hinzugefügt werden. Nachdem
kein Schnittpunkt mehr gefunden wurde, werden noch die restlichen
Punkte der in diesem Moment außen
liegenden Route der Konturroute hinzugefügt. Dieses Vorgehen wird für alle Fahrzeugrouten
nacheinander durchgeführt,
um die Konturen der Gesamtroutenlänge zu ermitteln. Dieser Vorgang muss
mindestens zweimal durchlaufen werden, einmal für die linke und einmal für die rechte
Kontur.
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Da
die Fahrzeuge den Positionsbestimmungsempfänger, wie z. B. einen GPS-Empfänger, meist
mittig platziert haben, ist der errechnete Fahrbahnumriss bzw. die
errechnete Hüllkurve
um eine Fahrzeugbreite zu schmal. An jedem Rand fehlt eine halbe
Fahrzeugbreite. Aus diesem Grund wird jedes Segment nach der Berechnung
automatisch um eine vorgegebene Breite vergrößert.
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Nachfolgend
wird detaillierter beschrieben werden, wie aus den Segmenten 35–44 der
Hüllkurve für jedes
Segment die Anzahl der darin befindlichen Fahrstreifen bestimmt
werden kann. Für
die Erkennung der Anzahl der Fahrstreifen ist es unwesentlich, ob
sich von ein und demselben Fahrzeug ein oder mehrere Positionen
in einem Segment befinden. Deswegen werden vor der eigentlichen
Analyse die gefahrenen Routen der einzelnen Fahrzeuge beispielsweise
linear interpoliert, so dass in jedem Segment nur genau eine Fahrzeugposition
des jeweiligen Fahrzeugs vorhanden ist.
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Die
Anzahl der Fahrstreifen kann auf Grundlage einer der drei nachfolgend
beschriebenen Verfahren bestimmt werden.
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Verfahren 1: Einfache Fahrbahnbreitenanalyse
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Bei
diesem Verfahren wird einfach die Segmentbreite analysiert. Da eine
Fahrbahn auf der Autobahn typischerweise maximal 3,75 m und minimal 2,0
m breit sein darf, kann auf dieser Grundlage eine ungefähre Anzahl
von Fahrstreifen berechnet werden. Ist das Segment schmaler als
3,75 mm, so entspricht dies unweigerlich einem einzigen Fahrstreifen.
In allen anderen Fällen
wird die Segmentbreite durch 3,75 geteilt und das Ergebnis auf die
nächst kleinere
ganze Zahl abgerundet. Das Ergebnis ist dann die Anzahl der Spuren.
Durch das Teilen der Segmentbreite durch die Anzahl der Spuren erhält man die
Breite für
jeden Fahrstreifen.
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Dieses
Verfahren ist zwar sehr einfach und kann daher leicht realisiert
werden, kann jedoch keine unterschiedlich breiten Fahrstreifen erkennen
und ist außerdem
gegenüber
Schwankungen in der Breite sehr fehleranfällig.
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Verfahren 2: Situative Fahrbahnanalyse
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Bei
diesem Verfahren wird die gesamte Fahrbahn segmentweise der Breite
nach in gleich große Teile
aufgeteilt. Für
jedes dieser Teile wird ein Fahrzeugzähler am Anfang auf Null gesetzt.
Ist die gesamte Fahrbahnbreite kleiner als 3,75 m, so wird das Verfahren
beendet und das Segment wird als einspurig erkannt und mit seiner
entsprechenden Breite zurückgegeben.
Befinden sich weniger als fünf
Fahrzeuge in dem Segment, kann die situative Fahrbahnanalyse keine
verwertbaren Ergebnisse liefern. In diesem Fall wird daher das zuvor
beschriebene einfache Fahrbahnbreitenanalyseverfahren verwendet und
dessen Ergebnis weiter verwendet. Anderenfalls werden für die erstellten
Teile die darin befindlichen Fahrzeuge gezählt und die Anzahl für jeden
Teil gespeichert. An den Rändern
befindliche Teile, die keine Fahrzeugpositionen enthalten, werden
nachher verworfen. Für
die übrigen
Teile wird dann folgendes Verfahren ausgeführt.
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Befindet
sich in einem Teil mehr als ein Fahrzeug, so wird eine neue Spur
begonnen. Diese wird so lange fortgesetzt, solange sich im nächsten Teil mehr
als ein Fahrzeug befindet. Befindet sich im nächsten Teil kein Fahrzeug und
befinden sich in der bisher erkannten Spur mehr als drei Fahrzeuge,
so wird die Spur beendet und eine nächste begonnen, sobald ein
Teil mit mehr als einem Fahrzeug darin gefunden wird.
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Sind
alle Teile abgearbeitet und damit die Anzahl der Fahrstreifen ermittelt,
wird die Segmentbreite durch diese Anzahl geteilt und damit die
Breite der einzelnen Fahrstreifen bestimmt, wobei alle Fahrstreifen
als gleich breit angenommen werden.
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Verfahren 3: Integrierende Fahrbahnanalyse
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Auch
bei diesem Verfahren wird als erstes überprüft, ob die Segmentbreite kleiner
als 3,75 m ist. In diesem Fall wird das Segment als ein Segment
mit einem Fahrstreifen und der entsprechenden Breite erkannt. Wenn
sich wiederum weniger als fünf
Fahrzeuge im Segment befinden, liefert dieses Verfahren keine geeigneten
Ergebnisse und es wird auf die einfache Fahrbahnbreitenanalyse wie
zuvor unter Verfahren 1 beschrieben zurückgegriffen.
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Anderenfalls
wird ein Histogramm für
das Segment erstellt. Dazu wird das Segment der Breite nach in gleich
breite Streifen mit einer vorbestimmten Intervallbreite aufgeteilt
und für
jeden Streifen die Anzahl der Fahrzeuge in diesem Streifen als Histogrammwert
bestimmt. Die Streifen liegen jedoch nicht nebeneinander, sondern überschneiden
sich, da ein benachbarter Streifen bereits nach einer sogenannten
Versatzbreite beginnt. 3A verdeutlicht diese Einteilung
des Segments. Die Versatzbreite ist in 3A mit
V bezeichnet und die Intervallbreite beträgt im Beispiel der 3 fünf
Versatzbreiten V. Somit umfasst das erste Intervall I1 die ersten
fünf Versatzbreiten,
wohingegen das Intervall I2 die zweite bis sechste Versatzbreite
V umfasst.
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Wie
in 3A dargestellt, befinden sich somit in dem ersten
Intervall I1 siebzehn Fahrzeuge, in dem zweiten Intervall zweiundzwanzig
Fahrzeuge, im dritten Intervall I3 siebenundzwanzig Fahrzeuge usw.
Für die
Intervalle I1, I2, I3 usw. ergibt sich somit das in 3B gezeigte
Histogramm. Dieses Histogramm der 3B wird
in ein Schwellenwerthistogramm umgewandelt, welches nur die Werte
0 und 1 besitzt. Dabei werden Werte, die über einer vorbestimmten Schwelle
liegen, auf 1 und die darunter liegenden auf 0 gesetzt. Ein derartiges
Schwellenwerthistogramm ist in 3C dargestellt.
Die Schwelle für
das Histogramm berechnet sich aus der Summe aller Werte geteilt
durch die Anzahl der Werte. Im vorliegenden Beispiel der 3B ist
die Summe aller Werte 436, welche auf 20 Histogrammwerte verteilt
ist und somit ergibt sich ein Schwellenwert von 21,8.
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Die
Bestimmung der Anzahl der Fahrstreifen erfolgt, indem die Breite
für einen
Fahrstreifen zunächst
mit 0 m angenommen wird. Dann wird der Reihe nach jeder Histogrammwert
geprüft.
Wird ein Histogrammwert mit dem Wert 1 gefunden, so wird die Breite
des Fahrstreifens um die oben angegebene Versatzbreite erhöht. Dann
wird der nächste
Histogrammwert geprüft.
Ist er 1, so wird die Breite des Fahrstreifens um die oben angegebene
Versatzbreite erhöht.
Ist er 0, wird auf die bis dahin ermittelte Fahrsstreifenbreite
1,5 m addiert, was einer durchschnittlichen Fahrzeugbreite entspricht,
und das Ergebnis gespeichert. So ist ein erster Fahrstreifen ermittelt.
Dann wird der nächste
Fahrstreifen beginnend mit einer Breite von 0 m wie zuvor beschrieben mit
dem nächsten
Histogrammwert beginnend berechnet. Dies erfolgt so lange, bis alle
Histogrammwerte abgearbeitet sind. Ist nach dem letzten Schritt die
errechnete Breite größer als
0, wird auf diese wiederum 1,5 m addiert und das so errechnete Ergebnis als
weiterer Fahrstreifen abgespeichert.
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Auf
diese Art und Weise wird die Anzahl der Fahrstreifen und die Breite
eines jeden einzelnen Fahrstreifens bestimmt.
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Unabhängig von
dem zuvor verwendeten Verfahren zum Bestimmen der Anzahl der Fahrstreifen
wird abschließend
eine Fahrstreifenerkennungsüberprüfung über mehrere
Segmente hinaus durchgeführt.
Dabei kann es zu Veränderungen
der Anzahl der Fahrstreifen kommen, die es sowohl in der Theorie
als auch in der Praxis niemals geben wird. Nimmt man eine Segmentlänge von
beispielsweise 25 m an, so wird es nur in den seltensten Ausnahmefällen, wie z.
B. bei einem Unfall oder einem liegen gebliebenen Fahrzeug, in einem
Segment drei Fahrstreifen, im nächsten
zwei oder weniger und im darauf folgenden wieder drei geben. Um
solche Fälle
auszuschließen, wird
nach der Bestimmung der Anzahl der Fahrstreifen innerhalb der Segmente,
wie zuvor beschrieben, noch eine Überprüfung durchgeführt. Bei
dieser Überprüfung werden
nicht nur einzelne Segmente, sondern die Gesamtheit bzw. aufeinander
folgende Segmente auf ihre korrekt oder falsch erkannten Fahrstreifen
hin untersucht.
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Als
erstes erfolgt eine Untersuchung bezüglich Fahrstreifensprüngen in
hintereinander liegenden Segmenten. Dabei wird geprüft, ob es
einen x-y-x-Sprung oder einen x-y-z-Sprung gibt. Nimmt man beispielsweise
für x den
Wert 2 und für
y den Wert 3 an, so ist klar, dass eine Fahrstreifenänderung nicht
von einem auf das andere Segment von zwei auf drei erfolgt und diese
im nachfolgenden Segment wieder zurück auf zwei springt. Genauso
ist mit der Annahme von z = 1 kein Sprung von zwei auf drei auf einen
Fahrstreifen üblich.
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Diese
Fahrstreifenerkennungsüberprüfung kann
zunächst
auf kurze Segmente, wie z. B. 25 m, und anschließend auf längere Abschnitte, welche mehrere
Segmente umfassen, angewendet werden.
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Die
so bestimmte Verkehrsführungsinformation
und gegebenenfalls eine ebenfalls bestimmte Verkehrslageninformation,
werden beispielsweise dem Fahrer oder einem Fahrerassistentensystem des
Fahrzeugs bereitgestellt. 4 zeigt
eine entsprechende Vorrichtung 50 eines Fahrzeugs zum Bestimmen
einer Verkehrsführungsinformation.
Die Vorrichtung 50 umfasst eine Kommunikationsvorrichtung 53 zum
Empfangen von Positions- und
Zeitdaten von weiteren Fahrzeugen. Diese Daten können, wie zuvor beschrieben,
entweder direkt von in der Umgebung des Fahrzeugs befindlichen weiteren
Fahrzeugen zu dem Fahrzeug übertragen
werden oder beispielsweise über
die in 1 gezeigten Vorrichtungen 15, 16,
den sogenannten Road Side Units, zu dem Fahrzeug übertragen werden.
Die Vorrichtung 50 umfasst ferner eine Verarbeitungseinheit 54,
welche mit der Kommunikationsvorrichtung 53 gekoppelt ist,
um eine Verkehrsführungsinformation
für das Fahrzeug
aus den empfangenen Positions- und Zeitdaten der weiteren Fahrzeuge
zu bestimmen. Die Vorrichtung 50 umfasst ferner eine Anzeige 55,
um die bestimmte Verkehrsführungsinformation
einem Fahrer des Fahrzeugs grafisch darzustellen. Darüber hinaus
kann die Vorrichtung 50 auch einen Abstandssensor 51 zum
Bestimmen des Abstands des eigenen Fahrzeugs zu einem voraus fahrenden
Fahrzeug und einen Positionsbestimmungsempfänger 52 zum Bestimmen
der Position des eigenen Fahrzeugs mit Hilfe eines globalen Positionsbestimmungssystems, wie
z. B. einem GPS oder Galileosystem, umfassen.
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Der
Abstandssensor 51 und der Positionsbestimmungsempfänger 52 sind
ebenfalls mit der Verarbeitungseinheit 54 gekoppelt. Mit
Hilfe der Kommunikationsvorrichtung 53 kann die Verarbeitungseinheit 54 somit
auch Positions-, Bewegungs- und Abstandsdaten des Fahrzeugs an weitere
Fahrzeuge oder eine Road Side Unit übertragen. Schließlich kann
die Vorrichtung 50 eine Schnittstelle 56 umfassen,
welche eine Kommunikation mit einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs
zum Steuern einer Bremse 57 und/oder einer Motorsteuerung 58 des
Fahrzeugs bereitstellt.
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Die
Verarbeitungseinheit 54 bestimmt aus den über die
Kommunikationsvorrichtung 53 empfangenen Positions- und
Zeitdaten der weiteren Fahrzeuge in der Umgebung des Fahrzeugs eine
Verkehrsführungsinformation
wie zuvor beschrieben und stellt diese auf der Anzeige 55 grafisch
dar. Im vorliegenden Fall wurde beispielsweise eine Fahrbahnteilung,
beispielsweise im Bereich einer Baustelle, durch Analysieren der
Positions- und Zeitdaten der vorausfahrenden Fahrzeuge bestimmt.
Auf der Anzeige 55 wird dementsprechend die Teilung der
Fahrbahn, die Länge
der Fahrbahnteilung und ein voraussichtlicher Zeitverlust, der durch
die aktuelle Verkehrslage im Bereich dieser Baustelle bewirkt wird, dargestellt.
Darüber
hinaus stellt die Verarbeitungseinheit 54 in Abhängigkeit
der erkannten Verkehrsführungsinformation
eine Arbeitsweise von beispielsweise einem Fahrerassistenzsystem
des Fahrzeugs, welches automatisch einen Mindestabstand zu einem
vorausfahrenden Fahrzeug einhält,
entsprechend ein. Darüber
hinaus werden in der Anzeige 55 weitere Informationen zu
dem vor dem Fahrzeug liegenden Streckenabschnitt gegeben, wie beispielsweise
eine Geschwindigkeitsbegrenzung. Diese weiteren Informationen können beispielsweise
ebenfalls von vorausfahrenden Fahrzeugen erfasst worden sein und
dem eigenen Fahrzeug über
die Kommunikationsvorrichtung 53 übertragen worden sein. Alternativ
können
diese Informationen auch von in 1 gezeigten
Vorrichtungen am Straßenrand 15, 16 bereitgestellt
werden.
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Darüber hinaus
können
auf der Anzeige 55 beispielsweise auch Auffahrten oder
Abfahrten dargestellt werden.
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Eine
schematische 3D-Darstellung, welche sich in Abhängigkeit einer Bewegung des
Fahrzeugs ändert,
wie in 4 gezeigt, vermittelt einen räumlichen Eindruck des vor dem
Fahrzeug liegenden Fahrbahnabschnitts und erleichtert somit die
Erfassung der Informationen durch den Fahrer. Darüber hinaus
kann beispielsweise durch farbliche Codierung der Segmente eine
aktuelle Verkehrslage dargestellt werden. So kann beispielsweise
ein Bereich, in welchem sich die Fahrzeuge sehr langsam bewegen,
rot dargestellt werden, ein Bereich mit dichtem zähfließendem Verkehr
gelb dargestellt werden und ein Bereich, in welchem der Verkehr
zügig fließt, grün dargestellt
werden.
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Auf
diese Art und Weise kann einem Fahrer des Fahrzeugs eine umfassende
Information über
einen vor dem Fahrzeug liegenden Streckenabschnitt gegeben werden,
welcher für
den Fahrer des Fahrzeugs derzeit nicht einsehbar ist. Typischerweise umfasst
dieser Abschnitt einige hundert Meter bis wenige Kilometer, typischerweise
2 km. Für
eine bessere Erfassbarkeit der Verkehrsführungsinformation kann der
vor dem Fahrzeug liegende angezeigte Abschnitt in Segmente von 100
m oder 200 m eingeteilt werden. Die aktuelle Verkehrslage kann beispielsweise
mit der zuvor beschriebenen farblichen Codierung für jedes
dieser Segmente angezeigt werden. Indem die Informationen zur Bestimmung
der Verkehrsführung
und der Verkehrslage durch Positions- und Zeitdaten von vorausfahrenden
Fahrzeugen ermittelt und an das eigene Fahrzeug übertragen werden, wird eine
hohe Genauigkeit und Aktualität
der Daten sichergestellt und somit die Verkehrssicherheit erheblich
erhöht.
Darüber
hinaus können
auf diese Art und Weise durch entsprechend angepasste Fahrweise
Staus vermieden werden.
-
- 1
- Fahrbahn
- 2–9
- Fahrzeug
- 10
- linker
Fahrstreifen
- 11
- rechter
Fahrstreifen
- 12
- Baustellenbereich
- 15,
16
- Vorrichtung,
Road Side Unit
- 17
- Verbindung
- 18–24
- Funkverbindungen
- 25,
26
- Verbindung
- 27
- Verkehrsrechenzentrum
- 30–32
- Positionsdaten
eines weiteren Fahrzeugs
- 33,
34
- Linien
der Hüllkurve
- 35–44
- Segmente
der Hüllkurve
- 45,
46
- Fahrstreifen
- 47
- Fahrbahnverengung
- 48
- Fahrstreifen
- 50
- Vorrichtung
- 51
- Abstandssensor
- 52
- Positionsbestimmungsempfänger
- 53
- Kommunikationsvorrichtung
- 54
- Verarbeitungseinheit
- 55
- Anzeige
- 56
- Schnittstelle
- 57
- Fahrerassistenzsystem;
Bremse
- 58
- Fahrerassistenzsystem;
Motorsteuerung