DE102011113722A1

DE102011113722A1 - Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers beim Führen eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102011113722A1
Application number: DE102011113722A
Authority: DE
Inventors: Gabi Breuel; Dipl.-Inf. Käfer Eugen; Dr. Weidl Galia
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-09-17
Filing date: 2011-09-17
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers beim Führen eines Fahrzeugs (F). Erfindungsgemäß wird eine Kollisionsgefahr einer Verkehrssituation zwischen dem Fahrzeug (F) und zumindest einem weiteren Verkehrsteilnehmer (V) in einem Straßenkreuzungsbereich (SB) ermittelt und bewertet, wobei zur Ermittlung einer Größe der Kollisionsgefahr mittels eines wahrscheinlichkeitsbasierten Verfahrens eine kognitive Bewertung von potenziellen und realen Gefahren der Verkehrssituation durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit der Größe der Kollisionsgefahr die Unterstützung des Fahrers in mehreren Eskalationsstufen (E1 bis E3) durchgeführt wird, wobei dem Fahrer in einer ersten Eskalationsstufe (E1) vor Erreichen einer definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs (SB) eine Information über die Größe der Kollisionsgefahr ausgegeben wird, in einer zweiten Eskalationsstufe (E2) vor Erreichen der definierten Position bei einer Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwerts der Größe der Kollisionsgefahr eine Warnung ausgegeben wird und in einer dritten Eskalationsstufe (E3) bei Erreichen oder Überschreiten der definierten Position dann eine Längsbewegung des Fahrzeugs (F) automatisch verlangsamt, gestoppt, beschleunigt oder eine Längsbeschleunigung automatisch verhindert wird, wenn das Fahrzeug (F) trotz der Warnung der zweiten Eskalationsstufe (E2) in Längsrichtung bewegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers beim Führen eines Fahrzeugs.
Eine Vielzahl von Verkehrsunfällen zwischen Fahrzeugen ereignet sich an Kreuzungen, wobei die Verkehrsunfälle meist durch Unaufmerksamkeit oder Missachtung von Verkehrsregeln der Fahrer der Fahrzeuge verursacht werden. Darüber hinaus trägt die Komplexität der Verkehrsszene dazu bei, dass nicht immer alle relevante Ereignisse, welche häufig gleichzeitig stattfinden, durch den Fahrer gesehen bzw. in der richtigen Reihenfolge priorisiert werden. Ein wichtiger Bestandteil von aktiven Fahrzeugsicherheitssystemen und Fahrerassistenzsystemen (FAS) ist eine Situationsanalyse zur Erkennung von potentiell gefährlichen Situationen. Im Rahmen der Situationsanalyse findet eine Priorisierung potentiell gefährlicher oder gefährdeter Verkehrsteilnehmer statt, wobei der Fahrer aufgrund der Priorisierung informiert bzw. gewarnt wird. Weiterhin beinhaltet die Situationsanalyse eine situationsabhängige Entscheidungsfindung für notwendige Handlungen bzw. für Eingriffe des jeweiligen FAS. Ein Hauptproblem stellt dabei die Abschätzung und Erkennung von Fahrerabsichten sowie eine Einschätzung relevanter Verkehrsteilnehmer in einer Verkehrssituation durch den jeweiligen Fahrer und/oder das jeweilige FAS dar. Die Absichten des Fahrers werden in Form von Hypothesen aufgestellt.
Aus der DE 10 2008 024 656 A1 ist ein Bevorrechtigungssystem für Einsatzfahrzeuge an signalgeregelten Straßenkreuzungen bekannt, wobei ein Einsatzfahrzeug an die signalgeregelte Straßenkreuzung mit minimalen Verzögerungen an den Zielort gelangt und gleichzeitig das Unfallrisiko mit zivilem Verkehr verringert wird. Für einen Kreuzungsarm einer signalgeregelten Straßenkreuzung, auf der sich das Einsatzfahrzeug der Straßenkreuzung annähert, wird eine Grün-Schaltung erzeugt, während für alle übrigen Kreuzungsarme eine Rot-Schaltung ausgelöst wird und das Einsatzfahrzeug einem Kreuzungsarm zugeordnet wird. Das Bevorrechtigungssystem basiert auf einer Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation. Um das Einsatzfahrzeug einem Kreuzungsarm zuzuordnen, wird ein richtungsbasierter Algorithmus verwendet. Parallel dazu wird in einem Ampelrechner ein Lernalgorithmus ausgeführt, welcher durch Kommunikation mit Verkehrsteilnehmern eine digitale Umgebungskarte generiert. Nach dem Anlernvorgang erfolgt die Zuordnung auf Grundlage der gelernten Karte.
Ferner sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers beim Führen eines Fahrzeugs bekannt, wobei die Verfahren derart ausgebildet sind, dass eine Warnung des Fahrers vor Kollisionen mit anderen Verkehrsteilnehmern erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers beim Führen eines Fahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers beim Führen eines Fahrzeugs wird erfindungsgemäß eine Kollisionsgefahr einer Verkehrssituation zwischen dem Fahrzeug und zumindest einem weiteren Verkehrsteilnehmer in einem Straßenkreuzungsbereich ermittelt und bewertet, wobei zur Ermittlung einer Größe der Kollisionsgefahr mittels eines wahrscheinlichkeitsbasierten Verfahrens eine kognitive Bewertung von potenziellen und realen Gefahren der Verkehrssituation durchgeführt wird. Weiterhin wird erfindungsgemäß in Abhängigkeit der Größe der Kollisionsgefahr die Unterstützung des Fahrers in mehreren Eskalationsstufen durchgeführt, wobei dem Fahrer in einer ersten Eskalationsstufe vor Erreichen einer definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs eine Information über die Größe der Kollisionsgefahr ausgegeben wird und in einer zweiten Eskalationsstufe vor Erreichen der definierten Position bei einer Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwerts der Größe der Kollisionsgefahr eine Warnung ausgegeben wird. In einer dritten Eskalationsstufe wird bei Erreichen oder Überschreiten der definierten Position dann eine Längsbewegung des Fahrzeugs automatisch verlangsamt, gestoppt, beschleunigt oder eine Längsbeschleunigung automatisch verhindert, wenn das Fahrzeug trotz der Warnung der zweiten Eskalationsstufe in Längsrichtung bewegt wird.
Somit ermittelt das Verfahren in gewinnbringender Weise eine Prioritätsliste zur Information bzw. Warnung des Fahrers sowie auf zuverlässige Weise die situationsabhängige Entscheidungsfindung zur notwendigen Handlungen bzw. FAS-Eingriffe bei Kollisionsgefahr.
Im Rahmen dieser Erfindung wird unter dem Begriff Kollisionsgefahr beispielsweise auch eine Folgekollisionsgefahr verstanden, d. h. solche Kollisionsgefahren, bei welchen die Hauptkollisionsgefahr vermieden werden konnte, jedoch in Folge von Kollisionsverhindernden Maßnahmen eine/mehrere nachfolgende Kollisionsgefahr(en) entsteht bzw. entstehen.
Die Ermittlung der Kollisionsgefahr erfolgt dabei mittels des in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 102011107743.3 beschriebenen Verfahrens zur Ermittlung und Bewertung von Gefahren einer Verkehrssituation zwischen zumindest zwei Verkehrsteilnehmern in einem Straßenkreuzungsbereich. Der Inhalt der Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 102011107743.3 wird vollumfänglich durch Referenz aufgenommen.
Aufgrund der Möglichkeit, mittels der probabilistischen Methoden die Kollisionsgefahr just-in-time zu ermitteln und somit besonders frühzeitig darzustellen, ist es möglich, den Fahrer des Fahrzeugs sehr frühzeitig in der ersten Eskalationsstufe über die Kollisionsgefahr zu informieren und in der zweiten Eskalationsstufe vor der Kollisionsgefahr zu warnen, so dass der Fahrer wiederum frühzeitig Maßnahmen ergreifen kann, um Kollisionen mit anderen Verkehrsteilnehmern zu verhindern oder zumindest deren Folgen zu verringern. Insbesondere durch den automatischen Eingriff in die Längssteuerung des Fahrzeugs in der dritten Eskalationsstufe wird die Kollisionsgefahr weiter verringert. Eine derart abgestufte Unterstützung des Fahrers führt einerseits zu einer Erhöhung der Verkehrssicherheit und andererseits aufgrund einer einfachen Nachvollziehbarkeit für den Fahrer zu einer hohen Akzeptanz.
Aufgrund der Ermittlung der Kollisionsgefahr mittels des in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 102011107743.3 beschriebenen Verfahrens ergibt sich im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Verwendung der verschiedenen probabilistischen Methoden in besonders vorteilhafter Weise die Möglichkeit einer allumfassenden kontext-abhängigen Bewertung einer Gefahren-Kritikalität von Verkehrssituationen in Straßenkreuzungsbereichen. Dabei werden die verschiedenen probabilistischen Methoden zur Situationsanalyse zur Erzeugung von Eingangsdaten in den Verfahrensschritten effizient miteinander kombiniert, um die allumfassende Bewertung zu realisieren. Ferner wird eine einfache und effiziente Handhabung und Berücksichtigung von Unsicherheiten bei der Ermittlung der Größe der Gefahren ermöglicht, wodurch eine zuverlässige Unterstützung des Fahrers sichergestellt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine digitale Karte eines Straßenkreuzungsbereichs,
2 schematisch ein generisches Schichtenmodell eines objekt-orientierten Bayesschen Netzwerks zur Ermittlung und Bewertung einer Kollisionsgefahr und
3 schematisch einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterstützung eines Fahrers beim Führen eines Fahrzeugs.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine digitale Karte DK eines Straßenkreuzungsbereichs SB mit einem Fahrzeug F und einem weiteren Verkehrsteilnehmer V dargestellt. 2 zeigt ein generisches Schichtenmodell eines objekt-orientierten Bayesschen Netzwerks zur Ermittlung und Bewertung einer Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug F und dem Verkehrsteilnehmer. 3 zeigt einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterstützung eines Fahrers beim Führen des Fahrzeugs F. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand aller 1 bis 3 gemeinsam erläutert.
Der in 1 gezeigte Straßenkreuzungsbereich SB stellt eine einfache „4-Weg”-Kreuzungstopologie dar und hat eine Zufahrtspur je Richtung. Das im Folgenden beschriebene Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers des Fahrzeugs F ist generisch und erweiterbar auf Kreuzungen mit beliebiger Topologie und Geometrie, da eine entsprechende Kontext-Information aus der digitalen Karte DK des Straßenkreuzungsbereichs SB entnommen wird und in einer Struktur von Bayesschen Netzwerken Integriert wird. Weiterhin ist das im Folgenden beschriebene Verfahren auf eine beliebige Anzahl von im Straßenkreuzungsbereich SB befindlichen Verkehrsteilnehmern V erweiterbar wie in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 102011107743.3 beschrieben. Darüber hinaus beinhaltet der Begriff Verkehrsteilnehmer V nicht nur motorisierte Fahrzeuge, sondern gleichwohl auch Fahrradfahrer und Fußgänger.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Unterstützung des Fahrers beim Führen des Fahrzeugs F wird zunächst die Kollisionsgefahr einer Verkehrssituation zwischen dem Fahrzeug F und dem Verkehrsteilnehmer V im Straßenkreuzungsbereich SB ermittelt und bewertet. Bei der Ermittlung der Größe der Kollisionsgefahr wird mittels eines wahrscheinlichkeitsbasierten Verfahrens eine kognitive Bewertung von potenziellen und realen Gefahren einer aktuellen Verkehrssituation durchgeführt, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel in dem wahrscheinlichkeitsbasierten Verfahren ein objekt-orientiertes Bayessches Netzwerk verwendet wird. Letzteres ermöglicht die Ermittlung einer Prioritätsliste, anhand derer der Fahrer informiert bzw. gewarnt wird. Weiterhin wird damit eine situationsabhängige Entscheidungsfindung für notwendigen Handlungen bzw. FAS-Eingriffe bei Kollisionsgefahren ermöglicht. Die Priorisierung der Ergebnisse der kognitiven Bewertung erfolgt dabei vorzugsweise anhand von Wahrscheinlichkeiten der Hypothesen, welche die Ereignisse um das Fahrzeug F und relevante Verkehrsteilnehmer in Relation zum Fahrzeug F betreffen.
Weiterhin werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch alle Folgekollisionen, die zwischen zwei oder mehreren Verkehrsteilnehmern möglicherweise entstehen, bestimmt. Dabei wird auf die ohnehin bereits erfassten Daten von Verkehrsteilnehmern zurückgegriffen und daraus beispielsweise eine Kollisionsgefahrrelation zwischen Verkehrsteilnehmern bestimmt.
Die Ermittlung der Kollisionsgefahr erfolgt dabei mittels des in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 102011107743.3 beschriebenen Verfahrens zur Ermittlung und Bewertung von Gefahren einer Verkehrssituation zwischen zumindest zwei Verkehrsteilnehmern in einem Straßenkreuzungsbereich. Der Inhalt der Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 102011107743.3 wird vollumfänglich durch Referenz aufgenommen.
Dabei werden in einem ersten Schritt der kognitiven Bewertung eine probabilistische Interpretation der Verkehrssituation und in einem zweiten Schritt eine probabilistische Hypothesenschätzung von Basishypothesen zur Schätzung von zukünftigen Trajektorien des Fahrzeugs F und des zumindest einen Verkehrsteilnehmers V vor einem Überqueren der Straßenkreuzung durchgeführt. In einem dritten Schritt wird eine probabilistische Gefahrenschätzung der Kollisionsgefahr jeweils für das sich in relativer Bewegung zu dem zumindest einen Verkehrsteilnehmer V befindliche Fahrzeug F durchgeführt.
Die probabilistische Hypothesenschätzung wird in Abhängigkeit von Verkehrsregeln, von Anzeigezuständen von in 1 nicht gezeigten Lichtzeichenanlagen, von absoluten Positionen des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V im Straßenkreuzungsbereich SB, von relativen Positionen des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V zueinander und von Trajektorie-Modellen TM1, TM2 des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V ausgeführt. Dabei werden vergangenheitsbezogene, aktuelle und/oder prognostizierte Trajektorie-Modelle TM1, TM2 verwendet.
Der in der gezeigten digitalen Karte DK dargestellte Straßenkreuzungsbereich SB wird in Abschnitte A1 bis A8 unterteilt und die Kollisionsgefahr wird für alle möglichen Paare von Trajektorien des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V, die einen gemeinsamen Schnittpunkt S1 bis S4 aufweisen, abschnittsweise ermittelt Zusätzlich werden die Abschnitte A1 bis A4 des Straßenkreuzungsbereichs SB in Zufahrtsbereiche A1_Ent bis A4_Ent und Abfahrtsbereiche A1_Dis bis A4_Dis unterteilt. Die Zufahrtsbereiche A1_Ent bis A4_Ent geben dabei Bereiche an, in welchen eine Zufahrt des Fahrzeugs F und anderer Verkehrsteilnehmer, insbesondere des Verkehrsteilnehmers V in die jeweiligen Bereiche A1 bis A4 der Kreuzung erfolgt. Die Abfahrtsbereiche A1_Dis bis A4_Dis geben Bereiche an, in welchen eine Abfahrt des Fahrzeugs F und anderer Verkehrsteilnehmer aus den jeweiligen Bereichen A1 bis A4 der Kreuzung erfolgt. Die Bereiche A1 bis A4 bilden dabei einen Kernbereich der Kreuzung, in welchem sich ein Kreuzungsknotenpunkt befindet.
Die Kernbereiche A1 bis A4, Zufahrtsbereiche A1_Ent bis A4_Ent und Abfahrtsbereiche A_Dis bis A4_Dis stellen Konfliktbereiche dar, in welchen Kollisionen zwischen dem Fahrzeug F und dem Verkehrsteilnehmer V möglich sind.
Die Kontext-Topologie-Informationen aus der digitalen Karte DK für eine Bewertung der Absichten des Fahrers des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V beinhalten eine Anzahl von im Folgenden genannten Eingangsdaten, wobei die Eingangsdaten nicht auf die genannten beschränkt sind.
Die Eingangsdaten umfassen eine Zufahrtseite mit Zuständen, welche der entsprechenden Zufahrtstraße zum Kreuzungsknotenpunkt entsprechen, eine Zufahrtspur mit Zuständen, welche die einzelnen Zufahrtspuren in Beziehung zu je einer Zufahrtstraße darstellen, eine beabsichtigte Abfahrtspur mit Zuständen, welche der einzelnen Abfahrtspur in Beziehung zum Kreuzungsknotenpunkt entsprechen, die Trajektorie-Modelle TM1 bis TM2 mit Zuständen, welche vorgegebene Beziehungen zwischen Zufahrtspur und Abfahrtspur auflisten sowie Konfliktbereiche mit Zuständen, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel möglichen Fahrzeug-Fahrzeug-Kollisionen entsprechen.
Um die Absichten des Fahrers des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V probabilistisch zu bewerten, werden die Kontext-Topologie-Informationen aus der digitalen Karte DK jeweils mit Daten aus der eigenen Fahrzeugsensorik des Fahrzeugs F, sowie mit kommunizierten Daten vom Verkehrsteilnehmer V und von anderen in 1 nicht gezeigten Verkehrsteilnehmern, insbesondere Fahrzeugen, Fußgängern und/oder Fahrradfahrern in der Kreuzungsumgebung und/oder mit kommunizierten Daten aus der Verkehrs-/Kreuzungsinfrastruktur kombiniert.
Diese Daten umfassen eine Navigationsroute mit Zuständen, welche die vorgeschlagenen Manöver, wie eine Geradeausfahrt oder ein Abbiegen nach links oder rechts, an dem Kreuzungsknotenpunkt darstellen sowie Zustände der Fahrtrichtungsanzeiger, wobei die Zustände ein „linkes Blinksignal”, ein „rechtes Blinksignal” und „kein Signal” umfassen. Die Daten der Fahrtrichtungsanzeiger werden bei der Verarbeitung aller Eingangsdaten und Daten im Bayesschen Netzwerk vorzugsweise mit der kleinsten Gewichtung berücksichtigt, um die Inferenz für die Abschätzung der möglichen Absichten und die probabilistische Interpretation der Verkehrssituation zu ermitteln. Grund hierfür ist, dass die Fahrtrichtungsanzeiger häufig falsch oder gar nicht vom Fahrer des Fahrzeugs eingesetzt werden. Eine Wahrscheinlichkeit, dass die Signale der Fahrtrichtungsanzeiger zuverlässig sind, wird deshalb als bedingt abhängig von der Fahrzeugpositionierung, Fahrzeugorientierung und dessen vorgeschlagener Navigationsroute modelliert.
Die probabilistische Kombination der beobachteten Zustände der Eingangsdaten wird anhand der Objekt-orientierten Bayesschen Netzwerke modelliert. Die Kombination bildet die Basis für eine Absichtabschätzung des eigenen Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V und der anderen nicht gezeigten Verkehrsteilnehmer in der Kreuzungsumgebung, d. h. welche Abfahrtspur das Fahrzeug F und der Verkehrsteilnehmer V wählen werden.
Die probabilistische Bewertung der verkehrsteilnehmer-relevanten Faktoren, d. h. deren Absichten, die Beachtung der Vorfahrtsregeln an der Kreuzung und die gleichzeitige Belegung der Konfliktbereiche bilden die Grundlage für die probabilistische Interpretation der Verkehrssituation.
Die Paare von Trajektorien zur Ermittlung der Kollisionsgefahr werden aus Absichten des Fahrers des Fahrzeugs F und Absichten des Verkehrsteilnehmers V bestimmt, wobei die Absichten für den Fahrer des Fahrzeugs F und den Verkehrsteilnehmer V jeweils auf Basis einer Fusion der Daten einer Spurzuordnung, einer Route einer Navigationsvorrichtung, der kommunizierten Daten eines/mehrerer Verkehrsteilnehmer V und/oder von der Kreuzungsinfrastruktur, einer Aktivität eines Fahrtrichtungsanzeigers und/oder in der digitalen Karte DK vorhandener Verkehrsregeln prognostiziert werden.
Da eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug F und dem Verkehrsteilnehmer V nur in den Abschnitten A1 bis A8 sowie Zufahrtsbereichen A1_Ent bis A4_Ent und Abfahrtsbereichen A1_Dis bis A4_Dis existiert, in welchen die Trajektorien des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V Schnittpunkte S1 bis S4 aufweisen, wird zunächst ermittelt, welche Paare von Trajektorien sich kreuzen und in welchen Abschnitten A1 bis A8, Zufahrtsbereichen A1_Ent bis A4_Ent und Abfahrtsbereichen A1_Dis bis A4_Dis dieses Kreuzen erfolgt. Zur Ermittlung der Kollisionsgefahr wird dabei weiterhin berücksichtigt, zu welcher Zeit sich das Fahrzeug F und der Verkehrsteilnehmer V bei ihrer aktuellen Bewegung in den jeweiligen Abschnitten A1 bis A8 sowie Zufahrtsbereichen A1_Ent bis A4_Ent und Abfahrtsbereichen A1_Dis bis A4_Dis befinden werden. Das heißt, es werden so genannte Belegungszeiten von Konfliktbereichen innerhalb des Straßenkreuzungsbereichs SB ermittelt. Insbesondere wird ermittelt, wann sowohl das Fahrzeug F als auch der Verkehrsteilnehmer den gleichen Abschnitt A1 bis A8, Zufahrtsbereich A1_Ent bis A4_Ent oder Abfahrtsbereich A1_Dis bis A4_Dis belegen, d. h. in welchen Situationen es zu den Schnittpunkten S1 bis S4 zwischen den Trajektorien des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V kommt.
Der Schnittpunkt S1 der Trajektorien des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V tritt dann auf, wenn das Fahrzeug F links in den Abfahrtsbereich A3_Dis und der Verkehrsteilnehmer V in denselben Abfahrtsbereich A3_Dis rechts abbiegt. Weitere mögliche Kollisionen im Bereich A3_Dis bestehen beim Linksabbiegen von Fahrzeug F mit Fußgängern und/oder Radfahrern.
Der Schnittpunkt S2 der Trajektorien des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V kommt zustande, wenn das Fahrzeug F links in den Abfahrtsbereich A3_Dis abbiegt und der Verkehrsteilnehmer V geradeaus in den Abfahrtsbereich A4_Dis weiterfährt.
Zum Schnittpunkt S3 der Trajektorien des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V kommt es dann, wenn das Fahrzeug F geradeaus in den Abfahrtsbereich A2_Dis weiterfährt und der Verkehrsteilnehmer V links in den Abfahrtsbereich A1_Dis abbiegt.
Die Trajektorien des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V schneiden sich dann im Schnittpunkt S4, wenn sowohl das Fahrzeug F als auch der Verkehrsteilnehmer V in denselben Abfahrtsbereich A1_Dis abbiegen, d. h. bei einem Auffahrtunfall. Weitere mögliche Kollisionen im Bereich A1_Dis bestehen insbesondere beim Rechtsabbiegen von Fahrzeug F sowie beim Linksabbiegen von Verkehrsteilnehmer V mit Fußgängern und/oder Radfahrern. Der letzte Typ von Kollision kann zu Folgekollisionen für das Fahrzeug F (geradeaus oder rechts) führen, wobei diese möglichen Folgekollisionen auch in der Prioritätsliste von Informationen und Warnungen für den Fahrer des Fahrzeugs F aufgenommen werden.
In den zuvor genannten Situationen, in welchen sich die Trajektorien schneiden, wird die Kollisionsgefahr hoch eingestuft. Anhand der Prioritätsliste wird die Aufmerksamkeit des Fahrers zunächst auf diejenigen Verkehrsteilnehmer gelenkt, welche die größte Gefahr darstellen.
In den verbleibenden Fällen, in welchen sich die Trajektorien des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V nicht schneiden, ist die Kollisionsgefahr geringer.
Anhand der ermittelten Kollisionsgefahr und der Belegungszeiten der Abschnitte A1 bis A8 sowie Zufahrtsbereiche A1_Ent bis A4_Ent und Abfahrtsbereiche A1_Dis bis A4_Dis erfolgt eine Risikobewertung, in welcher zusätzlich in den einzelnen Abschnitten A1 bis A8 sowie Zufahrtsbereichen A1 bis A4_Ent und Abfahrtsbereichen A1_Dis bis A4_Dis zur Verfügung stehende Zeitreserven bis zu einer bevorstehenden Kollision ermittelt werden und vorzugsweise in der Prioritätsliste für den Fahrer F berücksichtigt werden.
Anhand der Risikobewertung wird wiederum eine ganzheitliche Gefahrenbewertung durchgeführt. Bei der ganzheitlichen Gefahrenbewertung wird eine so genannte „Safety Feeling Zone” berücksichtigt, wobei anhand der Ergebnisse der ganzheitlichen Gefahrenbewertung ein freier Steuerraum für Eingriffe zur Unterstützung des Fahrers des Fahrzeugs F ermittelt wird. Die Unterstützung erfolgt dabei durch automatisches Vermeiden eines Anfahrvorgangs oder Beschleunigungsvorgangs des Fahrzeugs F, durch Bremsen, Ausweichen, durch kooperatives Verzögern oder kooperatives Beschleunigen.
Die in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 1020111061 76.6 beschriebene Sicherheitszone, gibt eine Zone zwischen dem Fahrzeug F und dem Verkehrsteilnehmer V an, in welchem ein Abstand zwischen dem Fahrzeug F und dem Verkehrsteilnehmer V bei einer gegenseitigen Vorbeifahrt derart ausgebildet ist, dass eine Kollision vermieden wird und kein Unsicherheitsgefühl beim Fahrer des Fahrzeugs F entsteht.
Zur Ermittlung der Kollisionsgefahr, der Risikobewertung und der ganzheitlichen Gefahrenabschätzung wird das objekt-orientierte Bayessche Netzwerk verwendet. Dieses ist, wie in 2 gezeigt, als generisches Schichtenmodell in drei Schichten L1 bis L3 aufgeteilt.
In einer ersten Schicht L1 werden aus den Positionen und Bewegungszuständen des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V deren Manöverabsichten ermittelt, wobei hierzu der ersten Schicht L1 Daten einer kooperativen Perzeption zugeführt werden, welche eine Kreuzungsperzeption, eine fahrzeuglokale Perzeption und eine Eigenlokalisierung umfassen.
In einer zweiten Schicht L2 werden anhand der Manöverabsichten des Fahrzeugs F und des Verkehrsteilnehmers V die Paare von Trajektorien mit Schnittpunkten S1 bis S4, die daraus resultierenden relevanten Konfliktzonen und die daraus resultierende potenzielle Kollisionsgefahr ermittelt.
Aus dieser potenziellen Kollisionsgefahr, den Vorrang- bzw. Vorfahrtsregelungen sowie den Belegungszeiten der Konfliktbereiche wird in einer dritten Schicht L3 die Risikobewertung, ggf. inklusive einer potentiellen Folgekollisionsgefahr durchgeführt.
Die Unterstützung des Fahrers des Fahrzeugs F wird in Abhängigkeit der Größe der Kollisionsgefahr – wie in 3 dargestellt – in mehreren Eskalationsstufen E1 bis E3 durchgeführt.
Dem Fahrer wird in einer ersten Eskalationsstufe E1 vor Erreichen einer definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs SB eine Information über die Größe bzw. eine Wahrscheinlichkeit der Kollisionsgefahr ausgegeben. Die definierte Position ist beispielsweise eine Haltelinie, Stopp-Linie oder ein Hindernis. Die Information über die Größe der Kollisionsgefahr stellt dabei eine Prognose dar, ob eine potenzielle Kollisionsgefahr vorhanden ist und eine Vorbeifahrt am Verkehrsteilnehmer V möglich ist oder nicht.
Insbesondere umfasst die Information auch eine Geschwindigkeitsempfehlung, welche zeigt, dass eine Vorbeifahrt am Verkehrsteilnehmer V unter Vermeidung einer Kollision bei einer bestimmten einzustellenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs F möglich ist. In der Prognose wird dabei berücksichtigt, dass das Fahrzeug F vollständig am anderen Verkehrsteilnehmer V vorbeifahren kann und gegebenenfalls wieder auf seine Spur zurückkehrt.
Die Informationsausgabe erfolgt haptisch, optisch und/oder akustisch.
Die Information des Fahrers erfolgt zu einem bestimmten Zeitpunkt vor Erreichen der definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs SB. Die Zeitdauer bis zum Erreichen ist dabei fest vorgegeben. Beispielsweise beträgt die Zeitdauer 5 s, so dass die Information bei einer Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs F von 30 km/h ca. 42 m vor Erreichen der definierten Position und bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h ca. 70 m vor Erreichen der definierten Position ausgegeben wird.
Alternativ wird die Zeitdauer in Abhängigkeit der Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs F variabel vorgegeben, wobei bei steigender Momentangeschwindigkeit vorzugsweise auch die Zeitdauer steigt.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung erfolgt die Information in Abhängigkeit einer Entfernung bis zum Erreichen der definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs SB, wobei eine Entfernung fest vorgegeben wird oder in Abhängigkeit der Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs F variabel vorgegeben wird.
Sowohl bei der Wahl des Zeitpunkts und der Entfernung als auch Intensität der Informationsausgabe wird ein Zustand des Fahrers berücksichtigt. Der Zustand des Fahrers wird anhand von Parametern ermittelt, wobei als Parameter eine Aufmerksamkeit, eine Ablenkung, eine Müdigkeit, Stress und/oder Vitalparameter des Fahrers erfasst werden. Die Erfassung der Parameter und die Ermittlung des Zustands aus diesen erfolgt anhand bereits aus dem Stand der Technik allgemein bekannter Verfahren und Vorrichtungen.
So erfolgt beispielsweise bei erkannter Müdigkeit, bei Verschlechterung des Vitalzustandes des Fahrers, bei emotioneller Aufregung als Symptom für Ablenkung und/oder bei unkonzentriertem Fahren, die Ausgabe der Information früher und intensiver als bei normalem bzw. wachem Zustand des Fahrers.
In einer zweiten Eskalationsstufe E2 vor Erreichen der definierten Position wird bei einer Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwerts der Größe der Kollisionsgefahr eine Warnung ausgegeben. Die Warnung wird insbesondere dann ausgegeben, wenn der Fahrer trotz einer Information in der ersten Eskalationsstufe E1 über Gegenverkehr und eine potenzielle Kollision ohne Anpassung der Fahrzeugsteuergrößen (d. h. z. B. Längsbeschleunigung und Radlenkwinkelgeschwindigkeit) weiterfährt.
Auch die Warnung des Fahrers erfolgt zu einem bestimmten Zeitpunkt vor Erreichen der definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs SB. Die Zeitdauer bis zum Erreichen ist dabei fest vorgegeben, wobei bei der Festlegung der Zeitdauer eine maximal mögliche Verzögerung des Fahrzeugs F und eine Reaktionszeit T_r des Fahrers zugrunde gelegt werden. Bei einer maximalen Verzögerung von 4 m/s² und einer angenommenen Reaktionszeit des Fahrers von 1 s beträgt die Zeitdauer beispielsweise 1 s, so dass die Warnung bei einer Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs F von 30 km/h in einer Distanz von ca. 17 m vor Erreichen der definierten Position und bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h in einer Distanz Von ca. 38 m vor Erreichen der definierten Position ausgegeben wird.
Die Distanz bzw. der Anhalteweg wird dabei anhand folgender Gleichung aus einer Summe des Reaktionswegs und des Bremswegs ermittelt:
mit: D = Distanz oder Anhalteweg,
v = Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs F,
a = maximal mögliche Verzögerung des Fahrzeugs F und
T_r = Reaktionszeit.
Weiterhin kann dabei, falls verfügbar, auch ein Reibungskoeffizient einbezogen werden: a = g·μ_r, für Fahrzeug ohne Anhänger, g = 9,81 m/s² [2]
für Fahrzeug mit masse m₁ und mit ungebremster Anhängermasse m₂ μ_r = Reibungskoeffizient der Materialpaarung Luftreifen auf Asphalt (z. B. μ_r = 0.55 bzw. 0.3 bei Nässe)
Alternativ wird die Zeitdauer in Abhängigkeit der Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs F und ggf. des Reibungskoeffizienten gemäß Formeln [1] und [2] variabel vorgegeben, wobei bei steigender Momentangeschwindigkeit bzw. sinkendem Reibungskoeffizient bei Nässe oder Glätte vorzugsweise auch die Zeitdauer steigt.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung erfolgt die Warnung in Abhängigkeit einer Entfernung bis zum Erreichen der definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs SB, wobei eine Entfernung fest vorgegeben wird oder in Abhängigkeit der Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs F und ggf. des Reibungskoeffizienten variabel vorgegeben wird.
Die Warnung erfolgt haptisch, optisch und/oder akustisch.
Sowohl bei der Wahl des Zeitpunkts und der Entfernung als auch Intensität der Warnung wird wiederum der Zustand des Fahrers berücksichtigt. So erfolgt beispielsweise bei erkannter Müdigkeit, bei Verschlechterung des Vitalzustandes des Fahrers, bei emotioneller Aufregung als Symptom für Ablenkung und/oder unkonzentriertem Fahren, die Ausgabe der Warnung früher und intensiver als bei normalem bzw. wachem Zustand des Fahrers.
In einer dritten Eskalationsstufe E3 wird bei Erreichen oder Überschreiten der definierten Position dann eine Längsbewegung des Fahrzeugs F automatisch verlangsamt, gestoppt oder eine Längsbeschleunigung automatisch verhindert, wenn das Fahrzeug trotz der Warnung der zweiten Eskalationsstufe in Längsrichtung bewegt wird.
Beispielsweise wird ein Anfahren des Fahrzeugs F aus dem Stand automatisch durch einen so genannten „Start Inhibit” unterdrückt, wenn der Fahrer trotz einer Information in der ersten Eskalationsstufe E1 über Gegenverkehr und eine potenzielle Kollision unbeabsichtigt anfahren will.
Auch kann das Fahrzeug F bei Gegenverkehr und potenzieller Kollisionsgefahr bzw. potentieller Folgekollisionsgefahr, automatisch zur Vermeidung der Kollision oder zur Verminderung von Folgen einer Kollision abgebremst oder beschleunigt werden.
Soll der Eingriff in die Längssteuerung des Fahrzeugs F nach Überschreiten der definierten Position erfolgen, ist hierfür wiederum ein bestimmter Zeitpunkt nach Überschreiten der definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs SB vorgesehen. Die Zeitdauer ist dabei fest vorgegeben oder wird in Abhängigkeit einer Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs F und des Reibungskoeffizienten variabel vorgegeben.
Alternativ wird die Zeitdauer in Abhängigkeit der Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs F und des Reibungskoeffizienten variabel vorgegeben, wobei bei steigender Momentangeschwindigkeit bzw. sinkendem Reibungskoeffizienten bei Nässe oder Glätte vorzugsweise die Zeitdauer sinkt.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung erfolgt der Eingriff in Abhängigkeit einer Entfernung nach Überschreiten der definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs SB, wobei eine Entfernung fest vorgegeben wird oder in Abhängigkeit der Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs F und des Reibungskoeffizienten variabel vorgegeben wird.
Sowohl bei der Wahl des Zeitpunkts und der Entfernung als auch bei der Intensität des Eingriffs wird ein Zustand des Fahrers berücksichtigt. So erfolgt beispielsweise bei erkannter Müdigkeit, bei Verschlechterung des Vitalzustandes des Fahrers, bei emotioneller Aufregung als Symptom für Ablenkung und/oder unkonzentriertem Fahren, der Eingriff in die Längssteuerung früher und intensiver als bei normalem bzw. wachem Zustand des Fahrers, da die Wahrscheinlichkeit eines manuellen Eingriffs durch den Fahrer bei normalem bzw. wachem Zustand desselben großer ist.
Bezugszeichenliste

A1 bis A8

Abschnitt

A1_Dis bis A4_Dis

Abfahrtsbereich

A1_Ent bis A4_Ent

Zufahrtsbereich

DK

digitale Karte

E1 bis E3

Eskalationsstufe

F

Fahrzeug

L1 bis L3

Schicht

SB

Straßenkreuzungsbereich

S1 bis S4

Schnittpunkt

TM1, TM2

Trajektorie-Modell

V

Verkehrsteilnehmer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008024656 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers beim Führen eines Fahrzeugs (F), dadurch gekennzeichnet, dass eine Kollisionsgefahr einer Verkehrssituation zwischen dem Fahrzeug (F) und zumindest einem weiteren Verkehrsteilnehmer (V) in einem Straßenkreuzungsbereich (SB) ermittelt und bewertet wird, wobei zur Ermittlung einer Größe der Kollisionsgefahr mittels eines wahrscheinlichkeitsbasierten Verfahrens eine kognitive Bewertung von potenziellen und realen Gefahren der Verkehrssituation durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit der Größe der Kollisionsgefahr die Unterstützung des Fahrers in mehreren Eskalationsstufen (E1 bis E3) durchgeführt wird, wobei dem Fahrer in einer ersten Eskalationsstufe (E1) vor Erreichen einer definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs (SB) eine Information über die Größe der Kollisionsgefahr ausgegeben wird, in einer zweiten Eskalationsstufe (E2) vor Erreichen der definierten Position bei einer Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwerts der Größe der Kollisionsgefahr eine Warnung ausgegeben wird und in einer dritten Eskalationsstufe (E3) bei Erreichen oder Überschreiten der definierten Position dann eine Längsbewegung des Fahrzeugs (F) automatisch verlangsamt, gestoppt, beschleunigt oder eine Längsbeschleunigung automatisch verhindert wird, wenn das Fahrzeug (F) trotz der Warnung der zweiten Eskalationsstufe (E2) in Längsrichtung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützung des Fahrers in mehreren Eskalationsstufen (E1 bis E3) in Abhängigkeit einer Entfernung bis zum Erreichen der definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs (SB) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Eskalationsstufe (E1 bis E3) eine Entfernung fest vorgegeben wird oder in Abhängigkeit einer Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs (F) und/oder des Reibungskoeffizienten zum Straßenbelag variabel vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützung des Fahrers in mehreren Eskalationsstufen (E1 bis E3) in Abhängigkeit einer Zeitdauer bis zum Erreichen der definierten Position des Straßenkreuzungsbereichs (SB) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Eskalationsstufe (E1 bis E3) eine Zeitdauer fest vorgegeben wird oder in Abhängigkeit einer Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs (F) und/oder des Reibungskoeffizienten zum Straßenbelag variabel vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützung des Fahrers in mehreren Eskalationsstufen (E1 bis E3) in Abhängigkeit eines Zustands des Fahrers durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des Fahrers anhand von Parametern ermittelt wird, wobei als Parameter eine Aufmerksamkeit, eine Ablenkung, eine Müdigkeit, Stress und/oder Vitalparameter des Fahrers erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt der kognitiven Bewertung eine probabilistische Interpretation der Verkehrssituation, in einem zweiten Schritt eine probabilistische Hypothesenschätzung von Basishypothesen zur Schätzung von zukünftigen Trajektorien des Fahrzeugs (F) und des zumindest einen Verkehrsteilnehmers (V) vor einem Überqueren der Straßenkreuzung und in einem dritten Schritt eine probabilistische Gefahrenschätzung der Kollisionsgefahr jeweils für das sich in relativer Bewegung zu dem zumindest einen Verkehrsteilnehmer (V) befindliche Fahrzeug (F) durchgeführt werden, wobei in dem wahrscheinlichkeitsbasierten Verfahren ein Objekt-orientiertes Bayessches Netzwerk verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die probabilistische Hypothesenschätzung in Abhängigkeit von Verkehrsregeln, von Anzeigezuständen von Lichtzeichenanlagen, von absoluten Positionen des Fahrzeugs (F) und des zumindest einen Verkehrsteilnehmers (V) im Straßenkreuzungsbereich (SB), von relativen Positionen des Fahrzeugs (F) und des zumindest einen Verkehrsteilnehmers (V) zueinander und/oder von Trajektorie-Modellen (TM1, TM2) des Fahrzeugs (F) und des zumindest einen Verkehrsteilnehmers (V) ausgeführt wird, wobei vergangenheitsbezogene, aktuelle und/oder prognostizierte Trajektorie-Modelle (TM1, TM2) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine digitale Karte (DK) des Straßenkreuzungsbereichs (SB) erzeugt wird, wobei der Straßenkreuzungsbereich (SB) in Abschnitte (A1 bis A8) unterteilt wird und die Kollisionsgefahr für alle möglichen Paare von Trajektorien des Fahrzeugs (F) und des zumindest einen Verkehrsteilnehmers (V) mit einem gemeinsamen Schnittpunkt (S1 bis S4) abschnittsweise ermittelt wird, wobei die Paare von Trajektorien aus Absichten des Fahrers des Fahrzeugs (F) und Absichten des zumindest einen Verkehrsteilnehmers (V) ermittelt werden, wobei die Absichten auf Basis einer Spurzuordnung, einer Route einer Navigationsvorrichtung, der kommunizierten Daten eines/mehreren Verkehrsteilnehmer(s) V und/oder von der Kreuzungsinfrastruktur, einer Aktivität eines Fahrtrichtungsanzeigers sowie in der digitalen Karte (DK) vorhandener Verkehrsregeln prognostiziert werden.