DE102008036009A1

DE102008036009A1 - Verfahren zum Kollisionsschutz eines Kraftfahrzeugs und Parkhausassistent

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Publication number: DE102008036009A1
Application number: DE102008036009A
Authority: DE
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-08-02
Also published as: DE102008036009B4

Abstract

Ein Verfahren zum Schutz eines Fahrzeugs vor einer Kollision im Park- und Rangierbereich, wobei das Fahrzeug eine Umfeldsensorik zur Detektion von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs aufweist, umfasst die folgenden Schritte: - Erfassen der Sensorinformationen der Umfeldsensorik des Fahrzeugs, - Erstellen einer Umfeldkarte aus den Sensorinformationen der Umfeldsensorik, - Bestimmung der Fahrzeugeigenbewegung, und - Bestimmen der Kollisionswahrscheinlichkeit des Fahrzeugs mit in der Umgebung des Fahrzeugs befindlichen Umfeldobjekten aus der in der Umfeldkarte abgebildeten Umfeldobjekten unter Berücksichtigung der Fahrzeugeigenbewegung. Dabei wird unter einem Fahrzeug hier insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein Kraftfahrzeuggespann, d.h. ein Kraftfahrzeug mit einem Anhänger, verstanden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren um Schutz eines Fahrzeugs vor einer Kollision im Park- und Rangierbereich sowie einen Parkhausassistenten zur Unterstützung des Fahrers eines Fahrzeugs entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 17.
Ein Fahrer heutiger Kraftfahrzeuge ist im Park- und Rangierbereich, also beim Einparken und Rangieren auf einem Parkplatz oder in einem Parkhaus, oftmals mit den Fahraufgaben überfordert. Dies ist im wesentlichen darin begründet, dass die Fahrzeugabmessungen der Modelle im Verlauf der Modellpflege steigen, die Parkräume im Gegensatz dazu jedoch gleich bleiben oder zur Optimierung verkleinert werden. Somit ist der zur Verfügung stehende Parkraum für den Fahrer objektiv zu klein. Weiterhin sind die Fahrzeuge beispielsweise aus aerodynamischen und/oder designgemäßen Gründen so gestaltet, dass der Fahrer die Abmessungen des Fahrzeugs schlecht überblicken oder abschätzen kann.
Die Folgen können daher erhebliche Schäden an den Fahrzeugen sowie an der Infrastruktur der Parkhäuser oder Parkplätze sein, was hohe Folgekosten nach sich zieht. Auch können die Schäden am Fahrzeug sicherheitsrelevant sein und den Zeitwert des Fahrzeugs erheblich verringern.
Mittlerweile sind heutige Fahrzeuge oftmals bereits serienmäßig mit Abstandswarner für den Parkbereich, bekannt als Park-Distance-Control PDC, ausgerüstet. Ferner sind seit kurzer Zeit Systeme zur konkreten Unterstützung des Fahrers beim Einparken in eine Parklücke als Sonderausstattung serienmäßig erhältlich, was unter der Bezeichnung Park-Lenk-Assistent oder Park-Assist bekannt ist. Folglich sind Umfeldsensoren, die das unmittelbare Umfeld des Fahrzeugs beobachten, bereits in Serienfahrzeugen verbaut.
Aus dem Bereich der Robotik ist bekannt, dass mobile Roboter mittels eines oder mehrer geeigneter Sensoren ein Abbild ihres Umfeldes erstellen, um Bewegungspfade ohne Kollision mit Objekten in der Umgebung zu planen und sich autonom entlang derartiger Pfade zu bewegen. Derartige Abbilder der Umgebung können in Form sogenannter ”Occupancy Grid Maps” erstellt werden, d. h. in Form gitterbasierter Umfeldkarten mit äquidistanten Gitterpunkten, wobei jeder Gitterfläche des Gitters ein Wahrscheinlichkeitswert zugewiesen wird. Für die Belegung einer Gitterfläche können aus den Messungen des Sensors im einfachsten Fall drei Zustände definiert werden, nämlich die Zustand ”belegt”, ”frei” oder ”unbekannt”, die der Gitterfläche zugeordnet werden. Diese Zuständen entsprechend dann jeweils einer Wahrscheinlichkeit von ”1”, ”0” oder ”0,5”. Auf die in der Robotik eingesetzten verschiedenen Verfahren zur Erstellung derartiger gitterbasierter Umfeldkarten wird hier nicht weiter eingegangen, da dies nicht Gegenstand der Erfindung ist.
Mittlerweile wird der Einsatz gitterbasierter Umfeldkarten im automobilen Bereich in Erwägung gezogen. So beschreibt das Dokument Sugimoto et. al.: "Obstacle Detection Using Millimeter-wave Radar and Its Visualization an Image Sequence", Proceedings of the 17th International Conference an Pattern Recognition, IEEE, 2004, ein Verfahren zur Detektion von Objekten mittels Radars, wobei aus den Radardaten eine gitterbasierte Karte erstellt wird und die in der Karte sich ergebenden Cluster mit Objekten gleichgesetzt werden.
Weiterhin wird in dem Artikel Nguyen et. al.: "A Sensor Fusion Approach based an Occupancy Grid and Fuzzy Logic, 5th International Workshop an Intelligent Transportation (WIT), Hamburg, March 18–19, 2008, die Fusion der Daten mehrerer und unterschiedlicher Sensoren eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer gitterbasierten Umfeldkarte mittels eine Fuzzy-Logik-Ansatzes angedacht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kollisionsschutz eines Fahrzeugs im Park- und Rangierbereich sowie einen derartigen Parkhausassistenten unter Verwendung einer Umfeldkarte zu schaffen, womit ein 360°-Kollisionsschutz für das Fahrzeug ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Parkhausassistenten mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schutz eines Fahrzeugs vor einer Kollision im Park- und Rangierbereich, wobei das Fahrzeug eine Umfeldsensorik zur Detektion von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs aufweist, umfasst die folgenden Schritte:

– Erfassen der Sensorinformationen der Umfeldsensorik des Fahrzeugs,
– Erstellen einer Umfeldkarte aus den Sensorinformationen der Umfeldsensorik,
– Bestimmung der Fahrzeugeigenbewegung, und
– Bestimmen der Kollisionswahrscheinlichkeit des Fahrzeugs mit in der Umgebung des Fahrzeugs befindlichen Umfeldobjekten aus der in der Umfeldkarte abgebildeten Umfeldobjekten unter Berücksichtigung der Fahrzeugeigenbewegung.

Dabei wird unter Fahrzeug hier insbesondere ein Kraftfahrzeugs oder ein Kraftfahrzeuggespann, d. h. ein Kraftfahrzeug mit einem Anhänger, verstanden.
Folglich werden im oben genannten ersten Schritt des Verfahrens Umfeldinformationen aus der am Fahrzeug verbauten Sensorik gewonnen. Dabei spielt die Art der verwendeten Sensorik nur eine untergeordnete Rolle. Vorzugsweise können hierfür jedoch bereits vorhandene Seriensensoren eingesetzt werden, wie z. B. die für die Einparkassistenzfunktionen verwendeten Ultraschallsensoren.
Im zweiten Schritt werden diese Informationen in eine Umfeldkarte eingetragen. Diese kann als sich mit dem Fahrzeugkoordinatensystem mitbewegte oder um eine auf das Weltkoordinatensystem statisch definierte Umfeldkarte ausgeprägt sein. Der Inhalt der Karte wird vorzugsweise durch die Sensorinformationen von Erfassungszyklus zu Erfassungszyklus aktualisiert.
Unter Berücksichtigung der Fahrzeugeigenbewegung lässt sich eine Fahrzeugtrajektorie in die Zukunft prädizieren und es kann so bestimmt werden, ob das Fahrzeug mit einem Umfeldhindernis kollidieren wird. Der entscheidende Vorteil, der sich hieraus ergibt, liegt darin, dass die Umfeldinformationen gespeichert werden und sozusagen relativ zur Fahrzeugbewegung mitverfolgt werden. Hierdurch gelingt es auch für den Fahrzeugseitenbereich (Flanke) einen Schutz zu gewähren, selbst wenn dieser Bereich nicht direkt von einem Sensor erfasst wird, so dass auch dort ohne zusätzliche Sensorik mögliche Kollisionen vorausgesagt werden können.
Vorteilhafterweise wird die Umfeldkarte durch eine gitterbasierte Karte mit äquidistanten Gitterpunkten realisiert. Dadurch weisen die Gitterflächen eine identische Größe auf und es ergibt sich je nach Gitterabstand eine ausreichende Quantisierung der Fläche des Umfeldes des Fahrzeugs, um Objekte in der Umfeldkarte hinreichend genau zu lokalisieren, so dass die Kollisionsgefahr mit ausreichender räumlicher Genauigkeit lokalisierbar ist.
Vorteilhafterweise wird die Umfeldkarte durch die Sensorinformationen jedes neuen Erfassungszyklus aktualisiert. Da die aktuelle Sensorinformation relativ zu einem fahrzeugfesten Koordinatensystem gemessen wird, muss diese Information zur Aktualisierung der Umfeldkarte im Fall einer raumfesten Umfeldkarte in das raumfeste Koordinatensystem der Umfeldkarte transformiert werden. Da die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkwinkel bekannt sind, kann diese Transformation unter Berücksichtigung der Fahrzeugbewegung durchgeführt werden. Mit der Aktualisierung der Umfeldkarte mit jedem Erfassungszyklus unter Berücksichtigung der Fahrzeugeigenbewegung enthält die Umfeldkarte nicht nur Objekte der aktuellen Sensormessung, sondern auch von einer früheren. Daher enthält die Umfeldkarte Informationen über Objekte im 360°-Umfeld des Fahrzeugs und es kann auch für die von der Umfeldsensorik aktuell nicht erfassten, aber in der Umfeldkarte befindlichen Objekte eine Kollisionswahrscheinlichkeit bestimmt werden, da die Umfeldkarte sozusagen ein Gedächtnis hat.
Dabei ist es unerheblich, ob die Umfeldkarte raumfest oder fahrzeugfest ist. Vorzugsweise wird jedoch die raumfeste Umfeldkarte verwendet, da dies ein Abbild dessen ist, was sich dem Fahrer in der Realität bietet.
Wie bereits erwähnt, lässt sich aus der Fahrzeugeigenbewegung eine zukünftige Fahrzeugtrajektorie prädizieren, wobei die Trajektorie aus der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeuges und dem Lenkwinkel abgeleitet werden kann. Aus dieser Prädiktion der Fahrzeugtrajektorie wird vorzugsweise unter Berücksichtigung der geometrischen Fahrzeugabmessungen ein dreidimensionalerFahrschlauch abgeleitet, aus der die Kollisionswahrscheinlichkeit mit einem Umfeldobjekt bestimmt werden kann. Die Ermittlung des Fahrschlauchs des Fahrzeugs ist auch für Gespanne möglich, da das Verhalten des angekoppelten Hängers aufgrund der Bewegung des Zugfahrzeugs vorhersagbar ist.
Vorteilhafterweise kann mittels der Umfeldkarte auch bei stehendem Fahrzeug überprüft werden, ob ein Türöffnen mit einem Umfeldobjekt der Umfeldkarte kollidieren würde. Dazu wird der die über Grund überstrichene Fläche oder Öffnungstrajektorie der zu öffnenden Fahrzeugtür prädiziert, was aufgrund der Kenntnis der geometrischen Eigenschaften der Tür möglich ist. Insbesondere kann auf diese Weise der maximal kollisionsfreie Türöffnungswinkel aus der Umfeldkarte bestimmt werden. In dieser Ausprägung des Verfahrens wird folglich die Umfeldkarte genutzt, um bei stehendem Fahrzeug das Anschlagen der Fahrzeugtüren beim Öffnen gegen ein Hindernis zu erkennen. Dabei wird aus den Fahrzeugdaten erkannt, dass sich das Fahrzeug im Stillstand befindet und ein Insasse eine Tür öffnen möchte. Das Öffnen der Tür kann zum Beispiel durch Betätigen des Türöffners erkannt werden. Unter zugrunde liegen der Türgeometrien und der maximalen Öffnungswinkel der zu öffnenden Tür kann deren Öffnungstrajektorie bzw. die über Grund überstrichene Fläche bestimmt werden. Liegt innerhalb der Trajektorie bzw. der überstrichenen Fläche in der Umfeldkarte ein Hindernis, so wird die mögliche Kollision erkannt. In einem weiteren Schritt wird der maximal kollisionsfrei mögliche Öffnungswinkel bestimmt.
Vorteilhafterweise wird bei der Gefahr einer Kollision eine akustische und/oder optische und/oder haptische Warnung ausgegeben. Dabei kann die optische Warnung in einer Anzeige erfolgen, wobei in der Anzeige das Fahrzeug mit einer hervorgehobene Darstellung des voraussichtlichen Kollisionsortes dargestellt wird. Ferner kann die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder weitere relevante Informationen in der Anzeige dargestellt werden. Die Darstellung dieser Warninformation erfolgt beispielsweise in der Multifunktionsanzeige des Fahrzeugs.
Vorzugsweise weist das Fahrzeug eine Anzeige zur Darstellung der Umfeldkarte sowie des Fahrzeugs auf. Ist im Fahrzeug ein Radio-Navigationssystem mit einer entsprechenden Anzeige vorhanden, so kann diese Anzeige für die Darstellung verwendet werden.
Vorteilhafterweise wird in der Umfeldkarte eine das Fahrzeug umgebende Sicherheitszone dargestellt, wobei Objekte der Umfeldkarte in der Sicherheitszone optisch hervorgehoben dargestellt werden. Ferner wird zur Information des Fahrers vorzugsweise in der Umfeldkarte der prädizierte Fahrschlauch und/oder der Fahrschlauch zum Befahren einer kollisionsfreien Bahn des Fahrzeugs dargestellt.
Vorzugsweise können in der Anzeige weitere Fahrzeugdaten wie Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder Fahrtrichtung und/oder Radlenkwinkel dargestellt werden.
Vorzugsweise ist die Längsachse des in der Anzeige dargestellten Fahrzeugs parallel zur realen Längsachse des Fahrzeugs. Dadurch entspricht das in der Anzeige dargestellt Bild der Umgebung des Fahrzeugs demjenigen des Fahrers des Fahrzeugs, so dass auf Grund des direkten Zusammenhangs der Fahrer die Informationen der Umfeldkarte schneller aufnehmen kann.
Der erfindungsgemäße Parkhausassistent eines Fahrzeugs zur Durchführung des oben geschilderten Verfahrens umfasst eine Umfeldsensorik zur Erfassung des Umfeldes des Fahrzeugs, einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Umfelddaten und Erstellung einer Umfeldkarte des Fahrzeugs und mindestens eine Anzeige.
Vorzugsweise weist der Parkhausassistent eine vorgegebene Anzahl von Ultraschallsensoren auf, wobei ferner der Parkhausassistent mindestens einen optisch aktiven Sensor, beispielsweise einen Laserscanner und/oder eine Kamera, aufweisen kann.
Vorzugsweise werden die Daten von maximal 16 Ultraschallsensoren erfasst, wobei maximal 8 Sensoren im Bugbereich und maximal 8 Sensoren im Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet sind.
Es wird mit den oben erläuterten Verfahren und Vorrichtung ein Warnkonzept vorgestellt, mit dem es möglich ist, Schäden am Fahrzeug, die beim Einparken oder Rangieren entstehen können zu verhindern. Aufgrund des Warnkonzepts wird dem Fahrer auf sehr intuitive Weise vermittelt, welche Objekte im Fahrzeugumfeld in Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrzeugmanöver relevant sind, und ob diese das Fahrzeug gefährden und wo das Fahrzeug beschädigt werden würde, wenn der Fahrer nicht vorher korrigierend eingreift.
Das Anzeigekonzept weist daher die folgenden Vorteile auf:

– Visualisierung des Egofahrzeugs
– Veranschaulichung der fahrzeugbezogenen Sicherheitszone um das Fahrzeug in Abhängigkeit von fahrdynamischen Eigenschaften wie Geschwindigkeit
– Bestimmung und Einblendung des prädizierten Fahrschlauchs
– Einblendung der vom Sensor im Fahrzeugumfeld detektierten Hindernisse, sowie Visualisierung der auf das aktuelle Fahrmanöver bezogenen Relevanz und Kritikalität der Objekte, sowie der vorausberechneten Einschlagstelle am Fahrzeug
– gerichtete akustische und optische Warnung des Fahrers

Wesentlich ist hierbei, das dem Betrachter der Anzeige unmittelbar die Bedeutung des Dargestellten bewusst ist, oder sich diese leicht herleiten lässt. Das Egofahrzeug ist z. B. durch seine stilisierte Darstellung leicht als solches zu erkennen und der Betrachter hat auch keine Schwierigkeit zu erkennen, wie das Fahrzeug ausgerichtet ist. Dies liegt zum einen an der Grafik selbst, da diese es dem Betrachter leicht macht, die Fahrzeugfront von der Heckpartie zu unterscheiden. Zudem gibt es keinen Widerspruch zur tatsächlichen Fahrzeuglage, da die Längsachse des stilisierten Fahrzeugs parallel zur Fahrzeuglängsachse des Realfahrzeugs liegt. So muss der Betrachter auch keine aufwendige Umrechnung zu seiner eigenen Position im Raum vornehmen, wie dies z. B. der Fall wäre, wenn die Darstellung des Egofahrzeugs um 90° gedreht wäre.
Ein weiterer bedeutender Vorteil des Verfahrens liegt in der Art und Weise, wie die von der Umfeldsensorik detektierten Objekte dargestellt werden:

– dem Betrachter werden auch Objekte im 360°-Umfeld angezeigt, die nicht unmittelbar eine Gefährdung darstellen;
– dies geschieht in der Form, das Objekte außerhalb der Sicherheitszone nur schemenhaft dargestellt werden und
– erst dann optisch hervorgehoben werden, wenn sie in die Sicherheitszone eintauchen.

Die Ausprägung der Sicherheitszone kann in der Art erfolgen, dass die Größe, Lage und Form in Abhängigkeit verschiedener fahrdynamischer Parameter wie Geschwindigkeit und Lenkwinkel erfolgen. Dabei kann die Darstellung der Sicherheitszone in Relation zum Fahrzeug verschiedene Ausprägungen haben:

– Die Darstellungsgröße des Fahrzeugs bleibt konstant, die Hülle der Sicherheitszone wird variiert
– Die Darstellungsgröße der Sicherheitszone bleibt konstant und die Darstellungsgröße des Fahrzeugs wird variiert, oder
– Kombinationen aus den vorher genannten Ausprägungen

Stellen die Umfeldobjekte in Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrmanöver eine Gefährdung dar, so wird dies dadurch angezeigt, dass der betroffene Teil der Sicherheitszone farblich hervorgehoben und eine gerichtete akustische Warnung in Abhängigkeit der Hindernisrichtung und Kollisionskritikalität ausgegeben wird.
Zusätzlich wird dem Betrachter durch farbliche Kennzeichnung verdeutlicht, an welcher Stelle des Ego-Fahrzeugs der Schaden entstehen würde, wenn der Fahrer nicht korrigierend eingreift.
Die Kollisionskritikalität ist nicht nur wie bei herkömmlichen Systemen vom Absolutabstand zum betreffenden Hindernis abhängig, sondern bestimmt sich aus dem Verfahrweg des Fahrzeugs bis zur Kollision. Demnach beeinflussen zusätzlich zur geometrischen Anordnung auch die fahrdynamischen Parameter die Dringlichkeit der Warnung.
Weiter bevorzugt ist, dass im Fall einer zu erwartenden Kollision der Parkhausassistent eine aktive Lenkempfehlung generiert. Stellt daher der Parkhausassistent fest, dass innerhalb des prädizierten Fahrschlauchs bei dessen Weiterverfolgen durch den Fahrer innerhalb einer vorgegebenen Distanz oder Zeit eine Kollision erfolgen wird, d. h. die Kollisionswahrscheinlichkeit eine vorgegeben Schwelle überschreitet, so kann der Parkhausassistent in vorgegebener Weise einschreiten, um eine Kollision zu verhindern. Dies kann in der Form erfolgen, dass die aktive Lenkempfehlung durch optische Hinweise erfolgt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die aktive Lenkempfehlung durch direkten Lenkeingriff oder durch Aufprägen eines Lenkmoments auf die Lenkung erfolgt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt
1 eine schematische Darstellung eines üblichen Kollisionsszenario in einem Parkhaus oder einer Parkgarage,
2 ein Fahrzeug in einer Parkhausetage in schematischer Darstellung ohne Parkhausassistent (links) und mit Parkhausassistent (rechts),
3 die Erzeugung einer Umfeldkarte mittels eines beispielhaften Sensors bei einem sich bewegenden Fahrzeug,
4 die Anordnung der Umfeldsensoren in einem Fahrzeug,
5 die Möglichkeiten der Abbildung der Daten der Umfeldsensorik auf einer Multifunktionsanzeige (rechts oben) sowie auf der Anzeige der Radio-Navigationseinheit (rechts unten),
6 die Darstellung der Umfeldkarte eines Fahrzeugs mit eingeblendeter Sicherheitszone bei Rückwärtsfahrt,
7 die Anzeige der 6 in gezoomter Darstellung,
8 die Darstellung der Umfeldkarte eines Fahrzeugs mit eingeblendeter Sicherheitszone bei Vorwärtsfahrt, und
9 die Anzeige der 8 in gezoomter Darstellung.
1 zeigt eine typische kollisionsträchtige Situation beim Fahren in einem Parkhaus oder einer Tiefgarage, beispielsweise zum Suchen einer freien Parklücke, die oftmals zu Fahrzeugbeschädigungen führen und die Motivation für die Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Parkhausassistenten bildet.
Ein Fahrzeug 1 bewegt sich in einem Parkhaus 2 entlang einer Fahrspur 3 auf der Suche nach einem Parkplatz oder um das Parkhaus zu verlassen. Um von dem Parkbereich 4 in eine Durchfahrt 5, beispielsweise eine Ausfahrt oder eine Rampe zu einem weiteren, nicht dargestellten Parkbereich, zu gelangen, muss das Fahrzeug 1 eine Linkskurve fahren, wobei das Fahrzeug um einen Kantenbereich 6 der Durchfahrt 5 herum manövriert werden muss. Falls der Fahrer des Fahrzeugs 1 die Fahrspur 3 zur Bewältigung der Linkskurve wie eingezeichnet falsch wählt, ist eine Kollision des seitlichen Bereichs des Fahrzeugs 1 mit dem Kantenbereich 6 der Durchfahrt 5 unvermeidlich.
2 zeigt die prinzipielle Vorgehensweise des Parkassistenten in schematischer Darstellung. Im beiden Teilen der 2 fährt das Fahrzeug 1 im Parkbereich 4 eines Parkhauses 2, beispielsweise auf der Suche nach einem Parkplatz.
Im linken Teil der 1 ist das Fahrzeug 1 nicht mit einem Parkhausassistenten ausgestattet und der Fahrer wählt den Fahrweg (nicht dargestellt) in die Durchfahrt 5 ohne Unterstützung.
Im rechten Teil der 2 ist das Fahrzeug 1 mit einem Parkhausassistenten ausgestattet, der Ortungssignale 7 beidseitig aussendet. Die Ortungssignale 7 werden rechtseitig von der Wand 8 und linksseitig von dem parkenden Fahrzeug 9 reflektiert, so dass der Parkhausassistent aus den reflektierten Signalen der Ortungssignale 7 sowie der Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 eine Umfeldkarte erstellen sowie entsprechende Hinweise an den Fahrer erzeugen kann.
3 zeigt in schematischer Darstellung die Vorgehensweise des Parkhausassistenten im Detail. Das Fahrzeug 1 bewegt sich innerhalb eines raumfesten x-y-Koordinatensystems entlang einer Reihe von möglichen Kollisionsobjekten, nämlich im dargestellten Fall Säulen 9, 10 und 11. Im linken Teil der 3 sendet ein vorderer Sensor (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 1 Ortungssignale 8 aus, die von der Säule 11 reflektiert werden und die reflektierten Signale von einem entsprechenden Empfänger des vorderen Sensors detektiert und dem Parkhausassistenten zugeführt werden. Dabei wird dem Fahrzeug 1 im Zeitpunkt t0 der Messung der Bezugspunkt PO im x-y-Koordinatensystem zugeordnet.
Zu einem weiteren Zeitpunkt t1, dargestellt im mittleren Teil der 3, in welchem dem Fahrzeug 1 der Bezugspunkt P1 zugeordnet wird, hat sich das Fahrzeug 1 vom Bezugspunkt P0 zum Bezugspunkt P1 in dem raumfesten x-y-Koordinatensystem bewegt und es wird eine weiterere Messung mit dem am Fahrzeug 1 vorne rechts angeordneten Sensor durchgeführt, was durch die Ortungssignale 8 dargestellt ist. Die Ortungssignale 8 der Messung bezüglich des Bezugspunkts P1 detektiert ebenfalls die Säule 11, allerdings mit anderen Abständen relativ zum Fahrzeug 1, die dann unter Berücksichtigung der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 in das x-y-Bezugssystem umgerechnet werden.
Unter Berücksichtigung von diversen Messzyklen zu unterschiedlichen Bezugspunkten aufgrund der Eigenbewegung des Fahrzeugs 1, d. h. zu unterschiedlichen Zeitpunkten, ergibt sich dann die in dem rechten Teil der 3 dargestellte gitterbasierte Umfeldkarte 12, in welcher die Positionen der Säulen 9, 10 und 11 raumfest wiedergegeben sind. Positionen in einer gitterbasierten Umfeldkarte bedeutet dabei die Zuweisung des Wertes ”Besetzt”, also üblicherweise logisch ”1”, zu einer entsprechenden Gitterfläche. Die anderen Gitterflächen haben den Wert ”Frei” oder den Wert ”Nicht Bekannt”. Der Wert ”Frei” wird den Gitterflächen zugewiesen, die von der Keule des Ortungssignalstrahls überstrichen wurde, ohne eine Reflektion auszulösen. Den Wert ”Nicht Bekannt” kann Gitterflächen zugewiesen werden, die von der Keule des Ortungssignalstrahl abgeschirmt werden, also beispielweise hinter einem Hindernis angeordnet sind und unabhängig von der Position des Fahrzeugs vom Ortungssignal nicht erreicht werden, d. h. immer im Strahlschatten liegen.
4 zeigt in beispielhafter Darstellung ein Fahrzeug 1 mit am Fahrzeug 1 angeordneten Umfeldsensoren S1 bis S16. Zum Einsatz gelangen üblicherweise bereits in Serienfahrzeuge verwendete Ultraschallsensoren, wie sie für Park-Lenk-Assistent-Anwendungen (PLA) und für Park-Distance-Control-Anwendungen (PDC) verwendet werden. PLA-Sensoren haben üblicherweise eine Erfassungsweite von ca. 3,5 m und können bis einer Maximalgeschwindigkeit von ca. 15 km/h verwendet werden. PDC-Sensoren haben üblicherweise eine Erfassungsweite von ca. 1,5 m und können bis einer Maximalgeschwindigkeit von ca. 10 km/h verwendet werden. Die Sensoren sind unter vorgegebenen Winkeln am Fahrzeug angeordnet, so detektiert der Sensor S5 unter 0° zur Fahrzeuglängsachse nach vorne, Sensor S6 detektiert 30° zur Seite, Sensor S7 detektiert 60° zur Seite und Sensor S8 90° zur Seite, jeweils bezogen auf die Fahrzeuglängsachse. Die Sensoren S1 bis S4 sowie S9 bis S17 sind entsprechend symmetrisch angeordnet. Weiter kann das Fahrzeug noch einen optisch aktiven Sensor, wie einen Laser-Scanner und/oder eine monokulare Kamera aufweisen (nicht dargestellt).
5 zeigt mehrere Möglichkeiten der Darstellung der Ergebnisse eines Parkhausassistenten im Cockpit eines Fahrzeugs. In dem linken Teil der 5 ist ein Fahrzeug 1 in einem Umfeld mit 4 Objekten 13, 14, 15, 16 in Form von Säulen dargestellt, wobei die beabsichtigte Fahrtrichtung 17 durch einen Pfeil symbolisch dargestellt ist. Die Umfeldsensoren (nicht dargestellt) des Parkhausassistenten des Fahrzeugs 1 senden Ortungssignale 18 nach vorne und Ortungssignal 19 nach hinten zur Bestimmung des Fahrzeugumfeldes aus. Wie bereits oben geschildert, generiert der Parkhausassistent eine gitterbasierte Umfeldkarte der 360°-Umgebung des Fahrzeugs 1 sowie gegebenenfalls eine Warnung. Ferner bestimmt der Parkhausassistent den Kollisionsbereich des Fahrzeugs 1 bezüglich der möglichen Kollision.
Der obere Pfeil 20 der 5 weist auf mögliche Darstellungen einer Kollisionsgefahr in der Multifunktionsanzeige 22 des Fahrzeugs 1 hin. In der linken Darstellung der Multifunktionsanzeige 22 ist der Kollisionsbereich direkt als hervorgehobener Hinweisbereich 24 der Darstellung des Fahrzeugs 1 dargestellt, hier in 5 gestrichelt dargestellt. In der rechten Darstellung der Multifunktionsanzeige 22 wird der Bereich der möglichen Kollision durch ein auf den vorderen linken Bereich des dargestellten Fahrzeugs 1 hinweisendes Hinweiselement 25 optisch visualisiert, welches in 5 ebenfalls gestrichelt dargestellt ist. Dabei werden die Hinweisbereiche 24, 25 auf die Kollisionsbereiche in der Darstellung der Multifunktionsanzeige 22 optisch hervorgehoben dargestellt, beispielsweise in roter Farbe.
Ferner können in der Multifunktionsanzeige 22 noch weitere Informationen wie Fahrtrichtung und Fahrzeuggeschwindigkeit dargestellt sein, die hier nicht gezeigt sind.
Der untere Pfeil in 5 weist auf die Darstellung der Umfeldkarte und der Warnung vor einer möglichen Kollision in der Anzeige 23 des Radio-Navigationssystems hin. Diese Anzeige ist üblicherweise in der Mittenkonsole oder mittig im Armaturenbrett angebracht und deutlich größer als die Multifunktionsanzeige 22, die im Armaturenbrett direkt im Blickfeld des Fahrers angeordnet ist. Dargestellt in der Anzeige 23 ist die gitterbasierte Umfeldkarte 26 mit in der Umfeldkarte 26 dargestelltem Fahrzeug 1 sowie seinem aus Eigengeschwindigkeit, Lenkwinkel und Fahrzeugabmessungen prädiziertem Fahrschlauch 28. Anzumerken ist, dass die Ausrichtung der Längsache des Fahrzeugs 1 parallel zur realen Längsachse des Fahrzeugs 1 erfolgt, so dass das Bezugssystem des Fahrzeugs mit dem des Fahrer übereinstimmt. Ferner sind in der Umfeldkarte 26 detektierte Umfeldobjekte 27 dargestellt. Der optisch hervorgehobene Bereich 30 (schraffiert dargestellt) der Darstellung des Fahrzeugs 1 visualisiert dem Fahrer eine möglich Kollision bei einer Weiterverfolgung des prädizierten Fahrschlauchs 28. Ferner ist in der Anzeige 23 noch ein freier Bereich 29 vorhanden, der zur Anzeige der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Lenkwinkels und weiterer für den Fahrer wichtiger Informationen des Parkhausassistenten dient.
6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Darstellung der gitterbasierten Umfeldkarte 26 auf einer Anzeige im Fahrzeug, vorzugsweise der Anzeige 23 des Radio-Navigations-Systems. Ferner ist ein Sicherheitsbereich 32 um das Fahrzeug 1 dargestellt. Innerhalb dieses Sicherheitsbereich 32 sind die detektierten Umfeldobjekte 33 optisch hervorgehoben dargestellt, während die Umfeldobjekte 31 außerhalb des Sicherheitsbereichs 32 der Umfeldkarte 26 optisch zurückhaltend dargestellt werden. Dadurch wird erreicht, dass die Aufmerksamkeit des Fahrers auf die wichtigen Objekte 33 in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugs 1 gelenkt wird. Ferner ist in der Umfeldkarte der prädizierte Fahrschlauch 28 dargestellt, der aus der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Lenkwinkel und den geometrischen Abmessungen des Fahrzeugs 1 errechnet wird. In der 6 ist der prädizierte Fahrschlauch 28 rückwärts gerichtet, so dass es sich um eine Rückwärtsfahrt, d. h. beispielsweise einen Ausparkvorgang, handelt. Der freie Platz oberhalb und unterhalb der Darstellung der Umfeldkarte 26 kann für die Darstellung weiterer Information des Parkhausassistenten dienen.
7 zeigt die Situation der 6 in vergrößerter, d. h. gezoomter Darstellung. Der Wechsel zwischen vergrößerter und normaler Darstellung kann seitens des Fahrers initiiert werden oder anhand vorgegebener Kriterien automatisch erfolgen. Die Umfeldkarte 26 ist nicht vollständig auf der Anzeige 23 dargestellt, allerdings ist die Sicherheitszone 32 so vergrößert dargestellt, dass sie den zulässigen Darstellungsbereich der Umfeldkarte 26 maximal ausnutzt. Die Objekte innerhalb der Sicherheitszone 32 sind wiederum optisch hervorgehoben dargestellt, was durch die Schraffierung symbolisiert werden soll. Da der prädizierte Fahrschlauch 28 keine Kollisionsgefahr hervorruft, ist auch keine Kollisionswarnung eingeblendet.
8 zeigt eine Darstellung der Umfeldkarte 26 eines Fahrzeugs 1 in einer Anzeige 23 des Radio-Navigations-Systems. Dargestellt sind die optisch zurückhaltend dargestellten Objekte 31 außerhalb der Sicherheitszone 32 des Fahrzeugs 1, während die Objekte 33 innerhalb der Sicherheitszone 32 optisch hervorgehoben dargestellt sind, was durch die Strichelung symbolisiert werden soll. In 8 ist ein prädizierter Fahrschlauch 28 in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 1 beabsichtigt. Dies wird zu Kollisionen des Fahrzeugs 1 mit Umfeldobjekten führen, wobei die unmittelbar zu erwartende Kollision durch Warnbereiche 34 und 35 dargestellt ist. Der Warnbereich 34 betrifft das Kollisionsobjekt der Umfeldkarte 26, während der Warnbereich 35 die Einschlagbereich des Fahrzeugs 1 symbolisiert. Das durch den beabsichtigte Fahrschlauch 28 in zeitlicher Richtung später wirkende Kollisionsobjekt 36 ist nicht mit einem Warnbereich gekennzeichnet, da zuerst die Kollision in den Bereichen 34 und 35 erfolgen wird.
9 zeigt die Situation der 8 in vergrößerter Darstellung, wobei die Darstellung der Sicherheitszone 32 innerhalb des Darstellungsbereich der Umfeldkarte 26 maximiert ist. Die Warnbereiche 34 und 35 einer möglichen Kollision bei einer Beibehaltung des prädizierten Fahrschlauchs 28 sind optisch maximal hervorgehoben dargestellt, beispielsweise durch die Verwendung einer roten Färbung, was in den 8 und 9 durch eine Punktierung symbolisiert ist. Es gibt daher die Abstufung ”optisch zurückhaltend”, ”optisch hervorgehoben” und ”optisch maximal hervorgehoben” der Darstellung, um dem Fahrer die Dringlichkeit der einzelnen Informationen zu vermitteln. Diese Abstufungen können durch entsprechende Wahl der Helligkeit und der Farbgestaltung bewirkt werden, beispielsweise kann ”optisch zurückhaltend” durch eine geringe Helligkeit, ”optisch hervorgehoben” durch große Helligkeit und ”optisch maximal hervorgehoben” durch maximale Helligkeit in Verbindung mit einer aggressiven Farbgebung, beispielsweise die Farbe Rot, bewirkt werden.
Die wesentlichen Vorteile der geschilderten Ausführungsformen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

– Der Fahrer bekommt unmittelbar ein Feedback darüber, dass die Schutzfunktion aktiv ist und kann leichter ein Systemvertrauen aufbauen, als wenn nur solche Objekte dargestellt werden, die das Fahrzeug aktuell gefährden.
– Durch die zusätzlich Einblendung des Fahrschlauchs ist es für den Fahrzeuglenker leicht zu erkennen, ob der aktuelle Lenkwinkel dazu geeignet ist, Hindernisse zu umfahren, auch wenn diese noch nicht im Schutzraum liegen.
– Durch die Hervorhebung von Objekten im Schutzraum ist es für den Betrachter leichter, den Überblick zu behalten, selbst wenn viele Hindernisse im Fahrzeugumfeld vorhanden sind.
– Dadurch, dass der betreffende Teil des Schutzraums hervorgehoben wird, wird auf leicht verständliche Art und Weise die Warnfunktion in der Darstellung umgesetzt.
– Dies wird zudem noch optisch und Inhaltlich dadurch aufgewertet, dass auch die gefährdeten Bereiche am Ego-Fahrzeug selbst farblich hervorgehoben werden. Insbesondere in Situationen, in denen Objekte erst am Ende der Vorbeifahrt für das Fahrzeug gefährlich werden, verdeutlicht die nicht unmittelbar an das Objekt angrenzende Einschlagstelle dem Betrachter, warum ein Objekt als kritisch eingestuft wird.

1: Fahrzeug
2: Parkhaus
3: Fahrspur
4: Parkbereich
5: Durchfahrt
6: Kante
7: Ortungssignal
8: Ortungssignal
9: Säule
10: Säule
11: Säule
12: Umfeldkarte
13: Objekt
14: Objekt
15: Objekt
16: Objekt
17: Fahrtrichtung
18: Ortungssignale vorwärts
19: Ortungssignale rückwärts
20: Hinweispfeil
21: Hinweispfeil
22: Multifunktionsanzeige
23: Anzeige Radio-Navigationssystem
24: Kollisionshinweis
25: Kollisionshinweis
26: gitterbasierte Umfeldkarte
27: Umfeldobjekte
28: prädizierter zweidimensionaler Fahrschlauch
29: freier Anzeigenbereich
30: Hinweis auf möglichen Kollisionsbereich des Fahrzeugs
31: Objekte der Umfeldkarte außerhalb der Sicherheitszone
32: Sicherheitszone
33: Objekte innerhalb der Sicherheitszone
34: Warnbereich
35: Warnbereich
36: in zeitlicher Richtung späteres mögliches Kollisionsobjekt
P0: Bezugspunkt 0
P1: Bezugspunkt 1
S1–S16: Umfeldsensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Sugimoto et. al.: ”Obstacle Detection Using Millimeter-wave Radar and Its Visualization an Image Sequence”, Proceedings of the 17th International Conference an Pattern Recognition, IEEE, 2004 [0006]
- Nguyen et. al.: ”A Sensor Fusion Approach based an Occupancy Grid and Fuzzy Logic, 5th International Workshop an Intelligent Transportation (WIT), Hamburg, March 18–19, 2008 [0007]

Claims

Verfahren zum Kollisionsschutz eines Fahrzeugs (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder eines Kraftfahrzeuggespanns, im Park- und Rangierbereich, wobei das Fahrzeug (1) eine Umfeldsensorik (S1–S16) zur Detektion von Umfeldobjekten (9–11, 13–16) im Umfeld des Fahrzeugs (1) aufweist, mit den folgenden Schritten: – Erfassen der Sensorinformationen der Umfeldsensorik des Fahrzeugs (1), – Erstellen einer Umfeldkarte (26) aus den Sensorinformationen der Umfeldsensorik, – Bestimmung der Fahrzeugeigenbewegung, und – Bestimmen der Kollisionswahrscheinlichkeit des Fahrzeugs (1) mit in der Umgebung des Fahrzeugs befindlichen Umfeldobjekten aus der in der Umfeldkarte (26) abgebildeten Umfeldobjekten (31, 33) unter Berücksichtigung der Fahrzeugeigenbewegung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfeldkarte (26) eine gitterbasierte Karte mit äquidistanten Gitterpunkten ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfeldkarte (26) durch die Sensorinformationen eines neuen Erfassungszyklus aktualisiert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfeldkarte (26) raumfest oder fahrzeugfest ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Fahrzeugeigenbewegung eine zukünftige Fahrzeugtrajektorie prädiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der zukünftigen Fahrzeugtrajektorie ein prädizierter Fahrschlauch (28) des Fahrzeugs abgeleitet wird, wobei aus dem prädizierten Fahrschlauch (28) eine Kollisionswahrscheinlichkeit mit einem Umfeldobjekt (33) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei stehendem Fahrzeug (1) überprüft wird, ob ein Türöffnen mit einem Umfeldobjekt der Umfeldkarte kollidieren würde.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der maximal kollisionsfreie Türöffnungswinkel aus der Umfeldkarte (26) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Gefahr einer Kollision eine akustische und/oder optische und/oder haptische Warnung ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Warnung in einer Anzeige (22) erfolgt, wobei in der Anzeige das Fahrzeug mit einer hervorgehobene Darstellung des voraussichtlichen Kollisions-Ortes dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit in der Anzeige (22) dargestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug eine Anzeige (23) zur Darstellung der Umfeldkarte (26) sowie des Fahrzeugs (1) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umfeldkarte (26) eine das Fahrzeug umgebende Sicherheitszone (32) dargestellt ist, wobei Objekte (33) der Umfeldkarte (26) innerhalb der Sicherheitszone (32) hervorgehoben dargestellt sind.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umfeldkarte der prädizierte Fahrschlauch (28) des Fahrzeugs (1) dargestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anzeige (23) weitere Fahrzeugdaten wie Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder Fahrtrichtung und/oder Radlenkwinkel dargestellt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des in der Anzeige dargestellten Fahrzeugs (1) parallel zur realen Längsachse des Fahrzeugs ist.
Parkhausassistent eines Fahrzeugs (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Umfeldsensorik (S1–S16) zur Erfassung des Umfeldes des Fahrzeugs, einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Umfelddaten und Erstellung einer Umfeldkarte (26) des Fahrzeugs (1) und mindestens einer Anzeige.
Parkhausassistent nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Parkhausassistent eine vorgegebene Anzahl von Ultraschallsensoren (S1–S16) aufweist.
Parkhausassistent nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Parkhausassistent mindestens einen optisch aktiven Sensor aufweist.
Parkhausassistent nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall einer zu erwartenden Kollision der Parkhausassistent eine aktive Lenkempfehlung generiert.
Parkhausassistent nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Lenkempfehlung durch optische Hinweise erfolgt.
Parkhausassistent nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Lenkempfehlung durch direkten Lenkeingriff oder durch Aufprägen eines Lenkmoments auf die Lenkung erfolgt.