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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem.
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Technologischer Hintergrund
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Bekannt
sind Fahrerassistenzsysteme die einen Fahrer bei bestimmten Situationen
unterstützen. Prinzipiell
wird hierdurch auf die vom Fahrer durchgeführten Aktivitäten durch
das Fahrerassistenzsystem reagiert. Dabei liegt das Augenmerk auf
der Unterstützung
bei der Beherrschung der Fahrzeugeigendynamik. Bei solchen Fahrerassistenzsystemen droht
jedoch die Gefahr, dass sich der Fahrer unterfordert fühlt oder
den Eingriff des Fahrerassistenzsystems als Kontrollverlust über die
Steuerung des Fahrzeugs empfindet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein alternatives Fahrerassistenzsystem
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Fahrerassistenzsystem und einem Verfahren
gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte
Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein
Ausführungsbeispiel
baut auf dem gattungsgemäßen Stand
der Technik auf durch ein Fahrerassistenzsystem, bei dem Informationen über die umgebende
Verkehrssituation und eine Unterstützung über Fahrzeugkomponenten, insbesondere
ein Lenksystem, ein Bremssystem und ein Leistungssteuerungssystem,
zur Bewältigung
der vorliegenden Verkehrssituation an den Fahrer ausgegeben werden.
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Bei
der Erfindung handelt es sich um eine neue umfassende Überlegung
für ein
Fahrerassistenzsystem, das als „Active Car" bezeichnet wird. Der
Fahrer soll dabei sowohl bei seinen Entscheidungs- als auch bei
den Regelungsaufgaben unterstützt
werden. Um ein solches System auf dem Markt umsetzen zu können soll
die Tatsache genutzt werden, dass sich bisherige Neuerungen im Automobilsektor
eher durchsetzten, wenn diese für
jeden Nutzer und jede Situation einfach ver- und anwendbar waren.
Eine einfache Bedienung, sowie ein für den Fahrer einleuchtendes
Verhalten ist dabei Grundvoraussetzung. So wird bei dem bisher erfolgreichen
Assistenzsystem ESP derart in das Fahrverhalten des Fahrzeugs eingegriffen,
dass der Fahrerwunsch im Rahmen der physikalischen Möglichkeiten
erhalten bleibt. Dass diese Art der Fahrerunterstützung Erfolg verspricht
belegen die aktuellen Zahlen.
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Auf
dieser Basis baut das Fahrerassistenzsystem auf und geht technologisch
entscheidende Schritte weiter. Der Fahrer soll nicht mehr nur in
Situationen unterstützt
werden, in denen ein Kontrollverlust über das eigene Fahrzeug droht,
sondern soll zu jeder Zeit über
die aktuelle Verkehrssituation informiert werden.
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Das
Augenmerk liegt nicht auf der Unterstützung bei der Beherrschung
der Fahrzeugeigendynamik, sondern bei der Beherrschung der Verkehrssituation
selbst. Eine Möglichkeit
hierzu wäre
die autonome Regelung des Fahrzeugs in Längs- und Querrichtung oder
eine akustische oder visuelle Warnung des Fahrers. Diese Lösungen sollen
nicht verfolgt werden, weil bei diesen Lösungen eine Unterforderung droht
bzw. die Warnung seitens des Fahrers zu der entsprechenden Situation
schlecht zuordenbar ist.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel sind
die Fahrzeugkomponenten über
Fahrzeugbedienelemente, insbesondere ein Lenkrad, ein Bremspedal
und ein Gaspedal, bedienbar und die Informationen werden über die
Fahrzeugbedienelemente ausgegeben. Anstelle von Lenkrad, Bremspedal
und Gaspedal kann auch ein Joystick eingesetzt werden, der die Funktion
der drei erstgenannten Fahrzeugbedienelemente teilweise oder ganz
in sich vereint.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel werden
die Informationen haptisch an den Fahrer ausgegeben. Somit kann
der Fahrer schnell erreicht werden, ohne ihn von der Verkehrssituation
abzulenken. Ferner wird so die Warnung seitens des Fahrers intuitiv
der entsprechenden Situation zugeordnet.
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Darüber hinaus
kann in einem Ausführungsbeispiel
das Fahrerassistenzsystem das Ausmaß der haptischen Warnungen
von der Kritikalität
der Verkehrssituation abhängig
machen. So kann dem Fahrer ein gutes Bild über die Dringlichkeit seines
Handelns vermittelt werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
ist darauf gerichtet, dass das Fahrerassistenzsystem die Betätigungskraft
der Fahrzeugbedienelemente verändert, so
dass das dadurch veränderte
Fahrgefühl
eine Informationsquelle für
den Fahrer bereitstellt. Der Fahrer wird somit direkt über die
ohnehin zu bedienenden Fahrzeugbedienelemente informiert, wodurch die
Information vom Fahrer einfach zuzuordnen ist.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem eine Regelkette
zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrer beibehält. Somit wird die Regelkette
zum Führen
des Fahrzeugs nie unterbrochen, was dem Fahrer das Gefühl vermittelt,
jederzeit Kontrolle über
das Fahrzeug zu besitzen.
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Außerdem kann
vorgesehen sein, dass das Ausmaß der
Unterstützung
abhängig
von einem Straßentyp
ist. Somit kann das Ausmaß der
Unterstützung
davon abhängen,
ob es sich um Stadtverkehr, eine Landstraße oder eine Autobahn handelt, was
die Qualität
der Unterstützung
verbessert, weil vom Straßentyp
die Dringlichkeit des Handelns des Fahrers abhängen kann.
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Darüber hinaus
kann vorgesehen sein, dass das Ausmaß der Unterstützung abhängig von
der Messgenauigkeit der Verkehrssituationserfassung ist. Auch hierdurch
wird die Qualität
der Information und Unterstützung
seitens des Fahrerassistenzsystems verbessert.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass des Weiteren eine Anzeige vorgesehen
ist, die den Fahrer optisch über
die Ursache der Unterstützung
informiert. Somit bleibt der Fahrer über den Grund der Unterstützung informiert,
auch wenn der Grund beispielsweise in einer Geschwindigkeitsbeschränkung liegt
und das entsprechende Verkehrsschild längst passiert wurde.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel kann
vorgesehen sein, dass zur Erfassung der Verkehrssituation Sensoren
am Fahrzeug angebracht sind. Dies können beispielsweise Kamerasysteme, Radarsensoren
und/oder Lidarsensoren sein.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass zur Erfassung der Verkehrssituation ein
Satellitennavigationsempfänger
und/oder eine digitale Karte, vorzugsweise eine Straßenkarte,
vorgesehen ist.
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Des
Weiteren kann vorgesehen sein, dass zur Erfassung der Verkehrssituation
das Fahrerassistenzsystem mit einer Verkehrsinfrastruktur und/oder mit
anderen Fahrzeugen kommuniziert. Somit können auch Informationen an
das Fahrerassistenzsystem übermittelt
werden, die den oben beschriebenen Sensoren verborgen bleiben, wodurch
das Fahrerassistenzsystem noch genauer informiert und unterstützt.
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Gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen kann
vorgesehen sein, dass die Unterstützung eine Lenkmoment- oder
Lenkwinkelüberlagerung und/oder
eine Kraftüberlagerung
zur Bremspedalbetätigung
umfasst.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass das subjektive Fahrempfinden des Fahrers
ermittelt und ausgewertet wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird
versucht, das Verhalten eines Fahrers vorab abzuschätzen und
Unterstützung
bei der Bewältigung einer
Verkehrssituation bereitzustellen.
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Darüber hinaus
stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen
Fahrerassistenzsystem bereit. Dieses Fahrzeug bietet die oben beschriebenen
Vorteile in übertragener
Weise.
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Im
Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
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Kurze Figurenbeschreibung
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1 zeigt
ein schematisches Funktionsdiagramm des Fahrerassistenzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 zeigt
ein Diagramm welches das Ausmaß der
Information und der Unterstützung
des Fahrerassistenzsystems 12 darstellt;
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3 ist
ein Diagramm, welches ein Ausmaß der
Information und der Unterstützung über die Zeit
veranschaulicht;
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4 veranschaulicht
die geforderte Reichweite von Sensoren zur Erfassung der Verkehrssituation;
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für ein Sensorkonzept;
und
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Sensorkonzept.
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Detaillierte Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
ein schematisches Funktionsdiagramm des Fahrerassistenzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Eine vorliegende Verkehrssituation 10 wird
von dem Fahrerassistenzsystem 12 erfasst und von dem Fahrer 14 wahrgenommen.
Das Fahrerassistenzsystem 12 umfasst eine CPU 11 und
eine mit dieser verbundenen Speichereinheit 13 in der eine
Vielzahl potentieller Verkehrssituationen und Parameter, die einen
Zusammenhang zwischen potentiellen Verkehrssituationen und Ausgaben
des Fahrerassistenzsystems 12 herstellen, gespeichert sind.
Das Fahrerassistenzsystem 12 unterstützt den Fahrer 14 je
nach Verkehrssituation 10 bei der Bewältigung der Verkehrssituation 10,
so dass der Fahrer 14 ein Fahrzeug 16 in geeigneter
Weise steuert. Die Steuerung des Fahrzeugs 16 hat wiederum
Einfluss auf die Verkehrssituation 10, die wiederum vom
Fahrerassistenzsystem 12 und vom Fahrer 14 erfasst
wird. Die Steuerung bzw. Bedienung des Fahrzeugs 16 erfolgt über schematisch
dargestellte Fahrzeugkomponenten, wie einem Lenksystem 21,
einem Bremssystem 23 sowie einem Leistungssteuerungssystem 25.
Das Lenksystem 21 umfasst ein Lenkrad 20, das
Bremssystem 23 umfasst ein Bremspedal 22 und das
Leistungssteuerungssystem 25 umfasst ein Gaspedal 24.
Die Schnittstelle zwischen diesen Fahrzeugkomponenten und dem Fahrer 14 wird über das
Lenkrad 20, das Bremspedal 22 und das Gaspedal 24 hergestellt,
die zusammenfassend als Fahrzeugbedienelemente bezeichnet werden.
Die Fahrzeugbedienelemente können
ferner einen Scheibenwischanlagenhebel, einen Lichtschalter, einen
Blinkerhebel, usw. umfassen. Anstelle von Lenkrad, Bremspedal und/oder
Gaspedal kann auch ein Joystick verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel
werden jedoch nur die klassischen Fahrzeugbedienelemente beschrieben. Eine
Umsetzung über
einen Joystick ist jedoch von der Erfindung abgedeckt.
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Dabei
erfährt
der Fahrer 14 in allen Verkehrssituationen 10 haptisch über die
Fahrzeugbedienelemente 20, 22, 24, ob
er bzw. die anderen Verkehrsteilnehmer sich entsprechend der gültigen Verkehrsregeln
richtig verhalten und wird situationsadaptiv auf Fehlverhalten hingewiesen.
Dabei behält
er immer die Kontrolle über
das Fahrzeug 16, d. h. der Fahrer ist immer Teil der Regelkette.
Die Funktionalität
des Fahrerassistenzsystems 12 umfasst keinen autonomen
Eingriff in die Steuerung des Fahrzeugs 16.
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Das
Fahrerassistenzsystem 12 soll so ausgelegt werden, dass
es immer funktionsfähig
bleibt, egal ob Autobahn, Landstraße oder Stadt. Hierzu kann
eine elektronische Straßenkarte
verwendet werden, die mit einem GPS-Empfänger 18 gekoppelt ist,
um gezielt zwischen den Straßentypen
zu unterscheiden und Parameter des Fahrerassistenzsystems 12 anzupassen.
So muss in der Stadt berücksichtigt
werden, dass für
alle Manöver
weniger Platz zur Verfügung
steht. Die Eingriffe müssen
daher etwas später,
dafür aber
stärker
erfolgen. Ausnahmen sind Verkehrssituationen 10, in denen
haptische Informationen über das
Lenkrad 20 an den Fahrer 14 ausgegeben werden
und sich auf beiden Seiten des eigenen Fahrzeugs 16 relevante
Objekte befinden. Hier kann der Fahrer 14 dauerhaft informiert
werden. Es ist jedoch sicherzustellen, dass der Fahrer 14 vom Fahrerassistenzsystem 12 nicht
von stehenden Fahrzeugen weg, hin zu Bürgersteigen oder Fahrradwegen
geleitet wird.
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Der
Fahrer 14 soll bei diesem Fahrerassistenzsystem 12 ständig entsprechend
der Verkehrssituation 10 haptisch über die Fahrzeugbedienelemente 20, 22, 24 informiert
werden und so in das Fahrzeugverhalten indirekt eingegriffen werden.
Somit bleibt der Fahrer immer Herr der Situation, d. h. Teil der
Regelkette zum Steuern des Fahrzeugs, ist aber besser informiert.
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Eine
Unterstützung
soll in fast allen Aufgabenbereichen des Fahrers 14 stattfinden,
nämlich dem
Beschleunigen, Bremsen, Lenken, Blinken und Bedienen von Scheibenwischern
und Licht.
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Um
den Fahrer 14 möglichst
schnell zu erreichen, werden alle Eingriffe auf haptischer Basis
realisiert. Zusätzlich
kann eine optische, möglichst
dezente, Informierung darüber,
welche Gefahrensituation vorliegt, vorgesehen sein. Es sollen keine
autonomen Brems- oder Lenkeingriffe erfolgen. Das System dient vorranging
der Informierung des Fahrers.
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Dabei
soll das Fahrerassistenzsystem 12 unter anderem folgende
Verkehrssituationen 10 erkennen und entsprechend informieren
und unterstützen:
- 1. Unterstützung
beim Halten eines Sicherheitsabstandes:
Unterschreitet der
Fahrer den Sicherheitsabstand, so kann ihm das Gaspedal situationsabhängig entgegengedrückt werden.
In kritischen Situationen kann zusätzlich das Fahrzeug leicht verzögert werden,
um dem Fahrer eine weitere haptische Rückmeldung zu geben. Dabei hat
der Fahrer immer die Möglichkeit
diesen Eingriff mit dem Gaspedal zu übersteuern.
- 2. Unterstützung
bei einer Bremsung:
Muss der Fahrer aufgrund einer Verkehrssituation bremsen,
soll das Bremspedal leichtgängiger
werden. Dies wird erreicht, indem der Bremsdruck auf den zur Bewältigung
der Verkehrssituation notwendigen Druck erhöht wird, ohne das Bremspedal
zu entkoppeln.
- 3. Unterstützung
beim Heranfahren und Überqueren
von Kreuzungen:
Sollte der Fahrer zu schnell an eine Kreuzung
heranfahren, kann er vor dem Überfahren
von roten Ampeln oder Vorfahrtsmissachtungen seinerseits wie bereits
unter Punkt 1 und 2 beschrieben gewarnt werden.
- 4. Unterstützung
bei der Einhaltung von Geschwindigkeitsvorschriften:
In diesem
Fall soll der Fahrer bei Überschreiten der
vorgeschriebenen Geschwindigkeit entsprechend Punkt 1 gewarnt werden.
Bei diesem Punkt ist vorteilhaft, dass der Fahrer zusätzlich optisch über seinen
Fehler informiert wird, da das entsprechende Schild beim Eingriff
des Fahrerassistenzsystems nicht mehr sichtbar ist.
- 5. Warnung vor Befahren einer Straße entgegengesetzt zur vorgeschriebenen
Fahrtrichtung (Einbahnstraße,
Autobahn):
Hier kann ein Einbahnstraßenschild wie eine rote Ampel
behandelt werden. Aufgrund der hohen Kritikalität erfolgt die Warnung etwas
stärker,
so dass der Fahrer gemäß Punkt
1 und 2 sein Fahrzeug noch vor den entsprechenden Schildern zum
Stehen bringen kann. Zusätzlich
wird durch Entgegendrücken
des Gaspedals das Einfahren erschwert.
- 6. Unterstützung
beim Beschleunigen:
Wechselt der Fahrer mit einer zu geringen
Geschwindigkeit auf die Nachbarfahrspur, so kann ein Rückstellmoment
des Gaspedals reduziert werden, so dass das Fahrzeug bei gleicher
Fußkraft
schneller beschleunigt, ohne den Fahrerwunsch auszublenden. Auch
das Verhältnis
Gaspedalstellung zu Fahrzeugbeschleunigung bleibt immer erhalten
und ist so für
den Fahrer plausibel. Punkt 1 und 2 haben jedoch Vorrang.
- 7. Unterstützung
beim Spurhalten:
Um es dem Fahrer zu erleichtern die Fahrspur
zu halten, kann bei einer Annäherung
an die Spurmarkierung seitens des Fahrerassistenzsystems ein leichtes
Gegenmoment auf die Lenkung aufgebracht werden.
- 8. Unterstützung
beim Spurwechsel:
Um den Fahrer vor einem gefährlichen
Spurwechsel zu warnen, kann das Lenksystem mit einem stärkeren Gegenmoment überlagert
werden. Der Fahrer kann solange leicht dagegenhalten, bis ein Spurwechsel
möglich
ist und wird dann spüren, dass
das Gegenmoment abgebaut wird. Sollte die Gefahr einer versetzten
Kollision mit dem vorderen Fahrzeug bestehen, wird nicht im Lenksystem unterstützt sondern
grundsätzlich
entsprechend Punkt 1 und 2 eingegriffen.
- 9. Unterstützung
bei der Annäherung
anderer Fahrzeuge an das Eigene:
Sollten sich das eigene Fahrzeug
seitlich zu weit an feststehende Hindernisse oder andere Fahrzeuge
annähern,
so wird dem Lenkrad ein entsprechendes Gegenmoment überlagert.
Dies kann der Situation entsprechend sehr hoch sein, muss aber vom
Fahrer übersteuerbar
bleiben.
- 10. Unterstützung
beim Blinken:
Sollte der Fahrer trotz des Gegenmoments im Lenkrad
einen Spurwechsel erzwingen, so kann in diesem Moment der Blinker
automatisch aktiviert werden.
- 11. Unterstützung
bei der Anpassung der Geschwindigkeit an die Umwelt:
Sollte
die Geschwindigkeit für
die nächste
Kurve zu hoch sein kann der Fahrer gemäß Punkt 1 und 2 auf die Verkehrssituation
hingewiesen werden. Auch hier ist eine zusätzliche optische Information notwendig,
da die Gefahr für
den Fahrer offensichtlich nicht erkennbar ist.
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Wie
bereits oben erwähnt
ist das Fahrerassistenzsystem mit drei Fahrzeugbedienelementen 20, 22, 24 bzw.
Aktoren gekoppelt, die im Folgenden genauer erläutert werden. Diese Fahrzeugbedienelemente 20, 22, 24 bilden
die Mensch-Maschine-Schnittstelle
zwischen dem Fahrerassistenzsystem 12 und dem Fahrer 14 sowie
zwischen dem Fahrzeug 16 und dem Fahrer 14.
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Bei
dem Gaspedal 24 handelt es sich um ein Force-Feedback-Pedal, das mittels
eines Aktuators eine Kraft in dieselbe Richtung oder entgegen der Betätigungskraft
seitens des Fahrers 14 aufbringen kann. Dabei wird dem
Fahrer 14 das Gaspedal 24 in einer Gefahrensituation
entgegen gedrückt
oder das Rückstellmoment
wird reduziert. Zu berücksichtigen ist,
dass das Gaspedal 24 konstruktiv so auszulegen ist, dass
es niemals zu einem autonomen Gasgeben kommen kann.
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Das
Lenkrad 20 ist mit einem Aktuator gekoppelt, der dem vom
Fahrer 14 aufgebrachten Lenkmoment oder Lenkwinkel ein
unterstützendes
oder entgegen gerichtetes Moment oder einen unterstützenden
oder entgegen gerichteten Lenkwinkel überlagern kann. Alternativ
kann eine elektrische Lenkung vorgesehen sein, um die entsprechenden
unterstützenden
Momente oder Gegenmomente auf das Lenkrad 20 aufbringen
zu können.
Das überlagerte
Zusatzmoment (oder der überlagerte
Zusatzwinkel) muss derart begrenzt sein, dass dem Fahrer 14 immer
die Möglichkeit
gegeben ist, dieses Zusatzmoment (oder diesen Zusatzwinkel) zu übersteuern. Dazu
ist neben den Absolutwerten vor allem die Aufbaugeschwindigkeit
entsprechend zu begrenzen.
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Das
Bremspedal 22 ist mit einem Aktuator versehen oder das
Bremssystem 23 ist als aktives Bremssystem aufgebaut, so
dass ohne Fremdkraft seitens des Fahrers 14 Bremsdruck
aufgebaut werden kann. Da dieser Bremsdruckaufbau nicht vom Fahrer 14 übersteuerbar
ist, soll er auf maximal 0,2 g beschränkt werden, um dem Fahrer 14 auch
hier haptisch die Ursache der Unterstützung mitzuteilen, darf das
Bremspedal 22 nicht entkoppelt sein, sondern muss je nach
(seitens des Fahrerassistenzsystem 12) instruiertem Bremsdruckaufbau
mitbewegt werden.
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Zusätzlich ist
eine optische Mensch-Maschine-Schnittstelle vorgesehen, die den
Fahrer 14 über den
Grund des Eingriffs informiert. Hierfür bietet sich ein Display 26 an,
wie es auch heute schon in den meisten Mittel- und Oberklassefahrzeugen
verbaut ist. Die Anzeige soll mit Ausnahme der Geschwindigkeitsüberschreitung
(Fall 4 + 11) möglichst
dezent erfolgen. Idealerweise ist die Information nur vom Fahrer 14 zu
erkennen, da der Beifahrer sonst unnötig verunsichert werden könnte.
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2 zeigt
ein Diagramm welches das Ausmaß der
Information und der Unterstützung
des Fahrerassistenzsystems 12 darstellt. Das Ausmaß aller haptischen
Warnungen wird der Kritikalität
angepasst. Die Kritikalität
wird in [m/s2] angegeben
und entspricht der Beschleunigung mit der der Fahrer reagieren müsste, um
einen drohenden Unfall zu vermeiden. Um gewährleisten zu können, dass
die Funktion unter beinahe jeder Wetterbedingung einsatzfähig bleibt,
werden 5m/s2 als
dauerhaft mögliches
Maximum angenommen. Dieser Wert muss aber sowohl zur Entwicklung
als auch später
parametrierbar bleiben. Er könnte
beispielsweise durch den Fahrer angepasst werden, wenn er beim Fahrwerk beispielsweise
einen Komfort- oder Sportmodus einstellt. In anderen Worten ausgedrückt muss
das Fahrerassistenzsystem 12 so frühzeitig informieren und unterstützen, dass
bei einer angenommenen maximalen (positiven oder negativen) Beschleunigung von
5m/s2 die Verkehrssituation 10 bewältigt werden kann.
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3 ist
ein Diagramm, welches ein Ausmaß der
Information und der Unterstützung über die Zeit
veranschaulicht. Je länger
der Zeitraum ist, in dem Messungen über ein relevantes Objekt bzw. eine
Verkehrssituation 10 vorliegen, desto zuverlässiger und
genauer sind diese Messungen. Um diesen Effekt auszunutzen und gleichzeitig
gewährleisten
zu können,
dass in den haptischen Warnungen keine Kraft- bzw. Momentensprünge vorkommen,
die den Fahrer 14 irritieren könnten, werden die haptischen Warnungen
definiert in ihrer Stärke über die
Zeit aufgebaut. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die
Intensität
der Information und der Unterstützung
des Fahrerassistenzsystems über
die Zeit zunimmt, bis die volle Information und Unterstützung nach
einer Zeitspanne T vorliegt.
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Die
Dauer des Anstiegs hängt
hauptsächlich von
einer geschätzten
Zuverlässigkeit
der Messungen von Sensoren ab, die zur Erfassung der Verkehrssituation
vorgesehen sind. Die haptischen Warnungen bleiben dabei in ihrer
Kraft derart beschränkt, dass
der Fahrer 14 immer die Möglichkeit hat diese zu übersteuern.
Somit bleibt das Fahrzeug 16 auch bei potentiellen Fehleingriffen
des Fahrerassistenzsystems 12 für den Fahrer 14 kontrollierbar.
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Um
in Verkehrssituation 10 reagieren zu können, in denen die Messdaten
auf Grund der Messdatenanzahl bzw. des Messrauschens unzuverlässig sind,
eine Situationsanalyse aber eine Gefahrensituation erkennt, soll
genau in solchen Verkehrssituationen 10 bei einer Warnung
die beaufschlagte Gegenkraft im Gaspedal 24 herabgesetzt
werden. Somit erfährt
der Fahrer 14 durch Erfühlen
immer noch etwas über
die Verkehrssituation 10 und kann sofort reagieren. Außerdem wird
verhindert, dass auf Fehlmessungen, die als Gefahrensituation interpretiert
werden würden,
vom Fahrzeugassistenzsystem 12 bzw. vom Fahrer 14 unangemessen
reagiert wird.
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Einer
der größten Vorteile
des reagierenden oder agierenden Fahrerassistenzsystems 12 ist, dass
es immer und gerade über
die oben gezeigten Rampenfunktionen möglich ist, das Verhalten des Fahrerassistenzsystems 12 zu
parametrisieren. So kann zum einen ein Originalgerätehersteller
dafür sorgen,
dass sich sein mit dem Fahrerassistenzsystem 12 ausgestattetes
Fahrzeug 16 entsprechend der Firmenphilosophie verhält. Zum
anderen kann durch entsprechende Bedienelemente das Verhalten des
Fahrerassistenzsystems 12 auch durch den Fahrer 14 beeinflusst
oder abgeschaltet werden.
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Durch
die sehr einfache für
den Fahrer 14 leicht verständliche Mensch-Maschine-Schnittstelle fällt beim
Fahrer 14 ein Großteil
der Informationsverarbeitungskette weg, wodurch dieser stark entlastet wird.
Zusätzlich
erlaubt es dem Fahrer 14 in eine beliebige Richtung zu
schauen um eine evtl. Gefahrensituation zu erkennen und kann trotzdem
auf eine andere Gefahrensituation hingewiesen werden. Dies ist bei
optischen Warnungen nicht und bei akustischen Warnungen nur sehr
schwer möglich.
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Das
Fahrerassistenzsystem ist somit über die
in 2 und 3 dargestellten Eingriffskennlinien
parametrisierbar.
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4 veranschaulicht
die geforderte Reichweite von Sensoren zur Erfassung der Verkehrssituation.
Für die
Erfassung der Verkehrssituation 10 sind Sensoren am Fahrzeug
angebracht. Beispielsweise können
Sensoren 100, 101 (z. B. Kamerasysteme, Lidarsysteme
oder Radarsysteme) hinter der Front- und Heckscheibe oder im vorderen
und hinteren Stoßfänger des
Fahrzeugs 16 platziert sein. Diese Sensoren 100, 101 erfassen Bereiche,
die in 4 mit den Bezugszeichen 102 und 103 angedeutet
sind. Ferner können
Sensoren 110, 111 seitlich am Fahrzeug 16 angebracht
sein, welche die Bereiche 112 und 113 erfassen.
Mit steigender Leistungsfähigkeit
der Sensoren am Fahrzeug 16 können nicht nur andere Fahrzeuge
oder größere Objekte
mit in die Ausgaben des Fahrerassistenzsystems 12 einbezogen
werden, sondern auch kleinere Objekte, Fußgänger oder Fahrradfahrer.
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Um
die entsprechenden Warnungen effektiv umzusetzen, müssen die
Informationen über
die Umfeldsituation ganzheitlich vorhanden sein. Aufgrund der meist
hohen Relativgeschwindigkeiten in Längsrichtung, müssen die
entsprechenden Sensoren sehr hohe Reichweiten aufweisen. Als Richtwert
für eine gut
darstellbare Funktion sollen hier, wie in 4 dargestellt,
200–300
m ausreichen. Im Seitenbereich genügen allerdings 10–15 m, da
die Geschwindigkeiten in Querrichtung im Straßenverkehr in der Regel nicht
hoch sind. In Kreuzungssituationen, in denen Fahrzeuge von der Seite
kommen bestehen für
das hier beschriebene Fahrerassistenzsystem 12 ohnehin
wenig sinnvolle Eingriffsmöglichkeiten.
Für Quereingriffe
auf Autobahnen müssen
allerdings auch Objekte auf den Nachbarspuren betrachtet werden. Hierfür wäre eine
Erkennung im Bereich von 15–20
m erforderlich. Damit das Fahrerassistenzsystem 12 vor
gefährlichen
Kurven warnen kann, muss entsprechendes Kartenmaterial und ein funktionell
damit gekoppeltes Satellitennavigationssystem bzw. Ortungssystem
(z. B. GPS oder Galileo) vorhanden sein. Die minimalen Sensoranforderungen
betragen somit 200 m in Längsrichtung
des Fahrzeugs und 15 m in Querrichtung des Fahrzeugs.
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Eine
zusätzliche
Lösung
wäre der
Einsatz von C2I („Car-to-Infrastructure”) Kommunikation,
um lokale Eigenschaften von Kurven zu übertragen. Hierzu würden auch
Reibwertbedingungen gehören. Die
C2C (Car-to-Car) Kommunikation kann hingegen verwendet werden, um
die Erfassungsbereiche der Sensoren zu erweitern oder diese gar
zu ersetzen. Die Mindestanforderungen an dieses Sensorkonzept wären ebenfalls
die in 4, nicht maßstabsgetreu, dargestellten
Erfassungsbereiche.
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Alle
Warnungen und Eingriffe sollten nur im Komfortbereich stattfinden.
Entsprechende Notbrems- und Notlenkfunktionen bleiben getrennt als separate
Funktion vorhanden und sollen nur in wirklichen Notsituationen eingreifen.
Durch die Beschränkung
der Funktion und somit der auftretenden Beschleunigungen auf den
Komfortbereich kann weiterhin gewährleistet werden, dass die
Systeme unter beinnahe jeder Witterungsbedingung einsatzbereit bleiben.
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Bei
der Umsetzung sollen zwei Grundbedingungen beachtet werden. Zum
einen sollen die Objekte die von vorne oder von hinten heraneilen
durch ein zweites in seinen Eigenschaften orthogonales Sensorsystem
validiert werden. Damit wäre
es zusätzlich
möglich
in Auffahrsituationen mit hohen Relativgeschwindigkeiten stärker zu
Warnen und den Fahrer bei der Bremsung besser zu unterstützen. Zur Seite
genügen
Strahlsensoren, da hier außer
in Kreuzungssituationen mit Querverkehr keine hohen Relativgeschwindigkeiten
auftreten. In solchen Situationen kann der Fahrer 14 allerdings
nicht ausreichend vom Fahrerassistenzsystem 12 unterstützt werden, da
die Ausweichmöglichkeiten
sehr eingeschränkt sind.
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Weiterhin
wird eine Hands-off Erkennung benötigt um den Fahrer 14 davor
zu warnen, die Kontrolle an das Fahrzeug 16 zu übergeben,
denn der Fahrer 14 wird immer benötigt, um in extrem dynamischen
Gefahrensituationen adaptiv zu reagieren. Daher muss das Fahrzeug 16 auch
langsamer werden, sobald der Fahrer 14 das Lenkrad 20 loslässt.
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Nach
vorne ist es vorteilhaft, ein Kamerasystem einzusetzen, um Schilder
(Vorfahrt, Geschwindigkeit) und Ampeln erkennen zu können.
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Eine
Verwendung von Lidarsensoren hätte den
Vorteil, dass insbesondere an Baustellen auch Objekte erkannt werden
können,
die nicht wie beim Radar notwendig, leitfähig sind. Somit kann auch garantiert
werden, dass der Fahrer 14 haptisch auf Baustelleneinfahrten
hingewiesen werden kann, die durch Baustellenbarken begrenzt sind.
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Als
Beispiel für
eine Fahrzeugintegration sollen die folgenden, nicht notwendigerweise
einzigen Konfigurationen herangezogen werden. Aus der Forderung,
dass keine zu hohen Kosten bei der Wahl der Sensoren auftreten sollen,
würden
sich die folgenden, in den 5 und 6 dargestellten,
Sensorkonzepte anbieten.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für ein Sensorkonzept.
In diesem Konzept sind Radarsensoren 200, 201 mit
79 GHz für
den Fernbereich in Front- und Heckstoßstangen des Fahrzeugs 16 integriert.
Diese decken Bereiche ab, die mit den Bezugszeichen 202 und 203 angedeutet
sind. Ferner sind Kamerasysteme 210, 211 hinter
der Front- und Heckscheibe des Fahrzeugs 16 platziert.
Die Kamerasysteme erfassen Bereiche, die in 5 mit den Bezugszeichen 212 und 213 angedeutet
sind. Ebenso sind Lidarsensoren 220, 221 hinter
der Front- und Heckscheibe des Fahrzeugs 16 platziert,
denen die Erfassungsbereiche 222 und 223 zugeordnet
sind. Bei der Integration der Kamerasysteme 210, 211 und der
Lidarsensoren 220, 221 ist darauf zu achten, dass
beide Systeme im gewischten oder geschützten Bereich der Fahrzeugscheiben
angebracht werden sollten. In Bodenschweller des Fahrzeugs 16 unter den
C-Säulen
sind Radarsysteme 230, 231 integriert, welche
zur Überwachung
der seitlichen Bereiche des Fahrzeugs 16 dienen. Diese
Radarsysteme 230, 231 decken die Bereiche 232 und 233 ab.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Sensorkonzept.
In diesem Konzept ist ein Radarsensor 300 in die Frontstoßstange
des Fahrzeugs 16 integriert, der einen Fernbereich abdeckt,
der mit 301 gekennzeichnet ist. Ferner ist ein Radarsensor 302 in
die Frontstoßstange
integriert, der einen Nahbereich 303 abdeckt. In die Heckstoßstange
des Fahrzeugs 16 sind ein Radarsensor 304 für den Fernbereich 305 und
ein Radarsensor 306 für
den Nahbereich 307 integriert. All diese Radarsensoren arbeiten
mit einer Frequenz von 79 GHz. Ferner sind Kamerasysteme 310, 311 hinter
der Front- und Heckscheibe des Fahrzeugs 16 platziert.
Die Kamerasysteme 310, 311 erfassen Bereiche,
die in 6 mit den Bezugszeichen 312 und 313 angedeutet
sind. Bei der Integration der Kamerasysteme 310, 311 ist darauf
zu achten, dass diese Systeme im gewischten oder geschützten Bereich
der Fahrzeugscheiben angebracht werden sollten. In die vorderen
und hinteren Kotflügel
des Fahrzeugs 16 sind Radarsysteme 320, 321, 322, 323 integriert,
welche zur Überwachung der
seitlichen Bereiche des Fahrzeugs 16 dienen. Diese Radarsysteme 320–323 decken
die Bereiche 324, 325, 326 und 327 ab.
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Als
zusätzliche
Funktion kann in einem Ausführungsbeispiel
auch eine ACC- oder eine Spurhaltefunktionalität sowie ein Einparkassistent
realisiert werden. Diese Funktionen müssen dann separat vom Fahrer 14 eingeschaltet
werden und müssen
die Regelfunktionen wieder an den Fahrer 14 übergeben,
sobald die Systemgrenzen erreicht werden. Die Gestaltung dieser Übergabe
birgt zusätzliche
Risikofaktoren und soll nicht Teil des Fahrerassistenzsystems 12 sein.
Solche zusätzliche
Funktionen können jedoch
das Verhältnis
von Kosten zu Funktionalität verbessern.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, dass als Information über die umgebende Verkehrssituation
der Fahrer 14 beim Einhalten eines Sicherheitsabstandes
unterstützt
wird, wobei das Gaspedal 24 situationsabhängig entgegen
gedrückt wird,
wenn der Sicherheitsabstand unterschritten wird und das Fahrzeug 16 autonom
in kritischen Verkehrssituation verzögert wird, um dem Fahrer 14 eine weitere
haptische Rückmeldung
zu geben.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, dass zur Unterstützung
bei einer Bremsung ein Bremspedal 22 leichtgängiger zu
betätigen
wird, indem der Bremsdruck auf den notwendigen Druck erhöht wird,
ohne das Bremspedal 22 zu entkoppeln.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, dass der Fahrer 14 beim zu schnellen Heranfahren
und Überqueren
von Kreuzungen unterstützt
wird.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, dass der Fahrer 14 bei der Einhaltung von Geschwindigkeitsvorschriften
unterstützt wird
und dass der Fahrer 14 zusätzlich optisch über die
aktuelle Geschwindigkeit, die über
der vorgeschriebenen Geschwindigkeitsbeschränkung liegt, informiert wird.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, dass eine Warnung vor Befahren einer Straße entgegengesetzt
zur vorgeschriebenen Fahrtrichtung erfolgt.
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Ergänzend sei
darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eine der
obigen Weiterentwicklungen beschrieben worden sind, auch in Kombination
mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Weiterentwicklungen
verwendet werden können.
Bezugszeichen in den Ansprüchen
sind nicht als Einschränkung
anzusehen.