DE102012111846B4

DE102012111846B4 - Kollisionsschutzverfahren und Kollisionsschutzsystem

Info

Publication number: DE102012111846B4
Application number: DE102012111846.9A
Authority: DE
Inventors: Walter Niewöhner; Xuan Zhou
Original assignee: Xuan Zhou
Current assignee: ZHOU, XUAN, CN
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2032-12-06
Also published as: DE102012111846A1

Abstract

Kollisionsschutzverfahren für Fahrzeuge zur Auslösung eines Warnsignals und/oder eines vorgebbaren Fahrmanövers bei Gefahr einer Kollision mit einem vorgebbaren Objekt, insbesondere Kollisionsschutzverfahren für Landfahrzeuge zur Verringerung der Gefahr einer Kollision mit einem anderen Verkehrsteilnehmer, wobei vorgebbare mögliche Kollisionsobjekte, insbesondere Fußgänger (P), erkannt werden, Weg und eine Relativgeschwindigkeit

{\vec{v}}_{r e l} = {\vec{v}}_{v e h} - {\vec{v}}_{P D}

des Objektes (P) zum Fahrzeug (10) als resultierender Vektor der Geschwindigkeit

{\vec{v}}_{v e h}

des Fahrzeugs (10) zur Geschwindigkeit

{\vec{v}}_{P D}

des Objektes (P) ermittelt werden, und geprüft wird, ob der Weg des Objektes (P) eine vorgebbare Nahzone des Fahrzeuges (10) durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrzeug (10) rechnerisch ein virtueller Kollisionsschlauch (K) in Form eines fahrzeugfesten Kanals oder Flächenstreifens zugeordnet wird, dessen Längsachse zum Vektor der relativen Bewegungsgeschwindigkeit

{\vec{v}}_{r e l}

des Objektes (P) zum Fahrzeug (10) parallel ausgerichtet ist und dessen Querschnitt oder Breite derart bemessen ist, dass der Kanal das gesamte Fahrzeug (10) aufnimmt bzw. das Fahrzeug (10) mit seiner gesamten Grundfläche vom Kollisionsschlauch (K) überdeckt wird, und abgefragt wird, ob sich das Objekt (P) im Kollisionsschlauch (K) befindet oder nicht, und falls diese Prüfung als Ergebnis „ja“ liefert, aus der Relativgeschwindigkeit

{\vec{v}}_{r e l}

des Objektes bzgl. des Fahrzeuges (10) eine Zeitspanne (TTC) ermittelt, innerhalb der das Objekt (P) die Nahzone erreichen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kollisionsschutzverfahren und ein Kollisionsschutzsystem für Fahrzeuge zur Auslösung eines Warnsignals und/oder einer vorgebbaren Aktion, insbesondere Fahrzeugaktion, bei Gefahr einer Kollision mit einem vorgebbaren Objekt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Kollisionsschutzsysteme für Landfahrzeuge zur Verringerung der Gefahr einer Kollision mit einem anderen Verkehrsteilnehmer.
Das Ziel einer Verringerung der Gefahr von Kollisionen zwischen Fahrzeugen und anderen Verkehrsteilnehmern, wie etwa Fußgängern, durch automatisch ausgelöste Warnsignale oder Fahrzeugmanöver hat zu einer umfangreichen wissenschaftlichen Forschungstätigkeit geführt, wie beispielsweise in folgenden Aufsätzen beschrieben ist:

John C. Hayward, „Near-Miss Determination though Use of a Scale of Danger", University Park, Pa, Pennsylvania Transportation and Traffic Safety Center, The Pennsylvania State University (1972), Report , TTSC 7115;
Garrick J. Forkenbrock et al., „A Forward Collision Warning (FCW) Performance Evaluation", Proceedings of the 21st International Conference on the Enhanced Safety of Vehicles (ESV), www-nrd.nhtsa.dot.gov/pdf/esv/esv21/09-0561.pdf;
Timothy L. Brown, „Adjusted Minimum Time-to-Collision (TTC): A Robust Approach to Evaluating Crash Scenarios", Driving Simulation Conference, North America 2005 (DSC-NA 2005);
Douglas Steward et al., „Misperception of Time-to-Collision by Drivers in Pedestrian Accidents", Perception, 1993, vol. 22(10), pp. 1227-1244.

Gleichwohl hat die Analyse von Unfallszenarien noch nicht zu einem einfach herstellbaren und funktionstüchtigen Kollisionsschutzsystem geführt.
Aus der DE 38 30 790 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Kollisionsvermeidung für automatisch führbare Fahrzeuge bekannt. Anhand von Bewegungsdaten eines Hindernisses und einer Sollbahn des Fahrzeugs werden ein Zeitpunkt und ein minimaler Abstand zwischen Fahrzeug und Hindernis abgeschätzt. Diese Daten werden für jedes Hindernis ausgewertet.
In der DE 43 17 960 A1 wird ein Verfahren zur Kollisionsvermeidung beschrieben, bei dem die Bewegungsbahn eines potentiellen Hindernisses im Bezug zur Bewegungsbahn eines Kraftfahrzeuges in Bezug gesetzt wird, und nur dann, wenn eine tatsächliche Kollisionsgefahr besteht, wird eine entsprechende Maßnahme ausgelöst. Eine Kollisionsgefahr ist nicht gegeben, wenn ein Hindernis außerhalb der Bewegungsbahn liegt und entweder steht, oder sich von der Bewegungsbahn entfernt.
Die DE 60 2005 004 931 T2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer Verkehrsgefahrensituation, wobei ein Benutzer-Identifikations-Signal eines gefährdeten Straßenbenutzers von einer fahrzeugseitigen Warnvorrichtung empfangen wird, und das Benutzer-Identifikations-Signal zur Gewinnung von Ortsveränderungsinformationen verarbeitet wird. Auf Basis der Ortsveränderungsinformationen und der Ortsveränderung des Fahrzeugs kann eine Kollisionswahrscheinlichkeit vorhergesagt werden. Jeder gefährdete Straßenbenutzer muss eine Identifikationsvorrichtung beispielsweise als Transponder mitführen, damit das Verfahren wirksam arbeiten kann.
Durch die DE 10 2008 049 824 A1 wird ein Verfahren zur Kollisionsvermeidung offenbart, dass auf einer Übertragung einer Fußgängerposition über ein Mobiltelefon beruht, wobei die Position über eine fahrzeugseitige Auswerteeinrichtung ausgewertet wird, und hieraus Bewegungstrajektorien des Fußgängers und des Fahrzeugs bestimmt werden. Unterschreitet der Abstand beider Trajektorien einen Mindestabstand wird eine kollisionsvermeidende Aktion im Fahrzeug ausgelöst. Objekte ohne Positionserkennung können nicht erkannt werden.
In der DE 10 2009 035 072 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prädiktion relativer Bewegungen eines Objektes zu einem Fahrzeug beschrieben, bei der Bewegungsdaten des Objekts von objektseitigen Sensoren erfasst und mittels einer Sende-/Empfängereinheit zur Prädiktion von Position und/oder Bewegung des Objektes an ein Fahrzeug übermittelt wird. Im Fahrzeug wird ein Fahrschlauch aus den fahrdynamischen Daten des Fahrzeugs berechnet. Es werden für einen vorgegebenen Zeitpunkt der Aufenthaltsort des Objekts und die Fahrzeugposition berechnet, wobei bei einem Überlappen der Aufenthaltsbereiche eine Kollision prognostiziert wird. Zur Kollisionsdetektion muss das Objekt Bewegungsdaten zum Fahrzeug senden.
Schließlich betrifft die DE 102 57 842 A1 ein Verfahren zur Bestimmung einer Unfallgefahr eines ersten Objekts mit wenigstens einem zweiten Objekt, wobei das erste Objekt seine Bewegung durch aktuelle Position und Geschwindigkeit definiert. Die Bewegung der anderen Objekte wird durch deren aktuelle Position und Geschwindigkeit definiert. Auf Basis eines Dynamikmodells einer Objektklasse des ersten Objekts und eines Fahrverhaltensmodells, das einer Aktionswahrscheinlichkeit eines Fahrers zuordnet ist, wird eine Kollisionswahrscheinlichkeit abgeschätzt. Dies erfolgt durch eine flächenhafte Faltung der beiden Objekte, wobei eine Kollisionswahrscheinlichkeit durch Integration über Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen bestimmt wird.
Hier setzt die Erfindung an, und zwar in der Erkenntnis, dass grundsätzlich geeignete Erfassungssysteme zur Erkennung von Objekten und anderen Verkehrsteilnehmern bzw. Fußgängern, die eine Kollision mit dem Fahrzeug verursachen könnten, bekannt sind.
Dabei stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einerseits mit hoher Sicherheit eine mögliche Kollisionsgefahr zu erkennen und andererseits die Möglichkeit aufzuzeigen, nahezu verzögerungsfrei ein entsprechendes Warnsignal oder ein geeignetes Fahrzeugmanöver zur Vermeidung oder Verhinderung einer Kollision auszulösen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Es wird ein Kollisionsschutzsystem und ein Kollisionsschutzverfahren vorgeschlagen, bei dem vorgebbare mögliche Kollisionsobjekte, insbesondere andere Verkehrsteilnehmer bzw. Fußgänger, erkannt werden, insbesondere durch ein rechnergestütztes fahrzeugseitiges Abtastsystem, Weg und Geschwindigkeit des Objekts relativ zum Fahrzeug ermittelt werden und geprüft wird, ob der Weg des Objekts eine vorgebbare Nahzone des Fahrzeugs durchsetzt und, falls diese Prüfung als Ergebnis „ja“ liefert, aus der Relativgeschwindigkeit eine Zeitspanne ermittelt, innerhalb der das Objekt die Nahzone erreichen wird.
Die Prüfung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass dem Fahrzeug rechnerisch ein virtueller Kollisionsschlauch in Form eines fahrzeugfesten Kanals oder Flächenstreifens zugeordnet wird, dessen Längsachse zum Vektor der relativen Bewegungsgeschwindigkeit ${\vec{v}}_{r e l}$
des Objektes zum Fahrzeug parallel ausgerichtet ist. Der Querschnitt oder Breite des Kollisionsschlauchs ist derart bemessen, dass der Kanal das gesamte Fahrzeug aufnimmt bzw. das Fahrzeug mit seiner gesamten Grundfläche vom Kollisionsschlauch überdeckt wird. Eine Wegdurchsetzung wird durch eine Lage des Objektes im Kollisionsschlauch abgefragt, ob es sich darin befindet oder nicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass ressourcenschonend erkannt werden kann, ob ein Kollisionsrisiko besteht oder nicht. Erst wenn ein Kollisionsrisiko erkannt wird, erfolgt eine aufwändigere Berechnung der Zeitspanne bis zur möglichen Kollision. Es wird zuerst bestimmt, ob es eine Kollision geben wird und erst danach, falls notwendig, bestimmt, wie groß die Zeitspanne bis zur Kollision ist. Danach kann nach vorgegebenen Kriterien eine Warnung und/oder eine Aktion erfolgen, etwa, wenn die Zeitspanne eine kritische Schwelle unterschreitet.
Vorteilhaft kann ein Ermitteln der Zeitspanne unterbleiben, falls die Prüfung das Ergebnis „nein“ liefert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann sodann überprüft werden, ob die ermittelte Zeitspanne oberhalb eines oberen Schwellwertes und/oder zwischen dem oberen Schwellwert und einem unteren Schwellwert und/oder unterhalb des unteren Schwellwertes liegt.
Falls die Zeitspanne größer als der obere Schwellwert ist, bedeutet dies, dass für den Fahrer des Fahrzeugs eine hinreichend große Reaktionszeit gegeben ist, um eine kollisionsvermeidende Aktion, z.B. eine Fahrzeugaktion wie etwa eine Warnsignalausgabe, ein, Fahrmanöver oder dergleichen einzuleiten. Dementsprechend bleibt das Kollisionsschutzsystem untätig, d.h. es werden weder ein Warnsignal noch ein automatisches Fahrzeugmanöver ausgelöst.
Falls die ermittelte Zeitspanne zwischen dem oberen und dem unteren Schwellwert liegt, ist dies gleichbedeutend damit, dass ein normal reaktionsschneller Fahrer noch ein kollisionsvermeidendes Fahrmanöver einleiten könnte. In diesem Fall kann das erfindungsgemäße Kollisionsschutzsystem ein Warnsignal für den Fahrer auslösen, um dessen Reaktion zu beschleunigen.
Falls die ermittelte Zeitspanne unterhalb des unteren Schwellwertes liegt, ist dies gleichbedeutend damit, dass ein normal reaktionsschneller Fahrer ein kollisionsvermeidendes Fahrmanöver nicht mehr rechtzeitig einleiten kann. In diesem Fall wird ein automatisches Fahrzeugmanöver ausgelöst, bspw. ein Bremsmanöver und/oder ggf. ein automatisches Lenkmanöver.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dass mit einfach ausführbaren Abtast- und Rechneroperationen ohne vorherige Ermittlung eines Kollisionsortes die noch verbleibende Zeit bis zu einer Kollision ermittelt werden kann, wobei unter „Kollision“ eine extreme Annäherung eines Kollisionsobjekts an das Fahrzeug bzw. ein Eindringen des Kollisionsobjekts in die Nahzone des Fahrzeugs verstanden wird. Besteht kein Kollisionsrisiko zwischen Objekt und Fahrzeug, kann das Berechnen der Zeit bis zu einer Kollision unterbleiben.
Bei der Ermittlung der Zeitspanne, innerhalb der das Objekt die Nahzone erreicht, wird davon ausgegangen, dass sich die Richtung des aktuell ermittelten Weges sowie Richtung und Betrag der zuvor ermittelten Relativgeschwindigkeit des Objekts gegenüber dem Fahrzeug nicht ändern.
Ein Vorzug des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass der Zeitaufwand zur Ermittlung der vorgenannten Zeitspanne außerordentlich gering ist und Entsprechendes auch für die ggf. erfolgende Auslösung eines Warnsignals oder eines automatischen Fahrzeugmanövers gilt. Aufgrund des geringen Zeitbedarfs ist es bei der Erfindung ohne weiteres möglich, den (vektoriellen) Weg und die (vektorielle) Geschwindigkeit des Objekts relativ zum Fahrzeug iterativ zu erfassen, so dass bei eventuellen Änderungen der relativen Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts eine aktualisierte Reaktion des Kollisionsschutzsystems möglich wird.
Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kollisionsschutzsystems näher beschrieben wird.
Schutz wird nicht nur für angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen, sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.
In der Zeichnung zeigt:

1 eine Draufsicht auf ein fahrendes Fahrzeug sowie sich relativ zum Fahrzeugs bewegende Fußgänger in verschiedenen Konstellationen;
2 eine Draufsicht auf ein fahrendes Fahrzeug sowie einen sich im Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs bewegenden Fußgänger in einer sicheren, nicht kollisionsträchtigen Konstellation in vektorieller Darstellung;
3 eine detaillierte Darstellung der Konstellation in 2;
4 eine der 2 entsprechende Draufsicht im Falle einer unsicheren, kollisionsträchtigen Konstellation;
5 eine detaillierte Darstellung der Konstellation in 4;
6 eine zu 2 analoge Darstellung zur Erläuterung des Kollisionsschutzsystems; und
7 ein Flussdiagramm, das die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Kollisionsschutzverfahrens erläutert; und
8 ein Flussdiagramm, das weitere Aspekte der Betriebsweise des erfindungsgemäßen Kollisionsschutzverfahrens erläutert.

Die Erfindung ist anhand eines Kraftfahrzeugs beschrieben, das sich auf einer Straße bewegt, wobei die Gefahr einer Kollision mit einem ruhenden oder sich bewegenden Objekt, etwa einem Fußgänger, bewertet wird und gegebenenfalls ein Alarm ausgelöst oder eine Reaktion des Fahrers und/oder des Fahrzeugs veranlasst werden kann. Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich auch auf andere Fahrzeuge, wie Luftfahrzeuge, Raumfahrzeuge oder Wasserfahrzeuge, erweiterbar.
Zur Erläuterung der Erfindung zeigt 1 eine Draufsicht auf ein entlang einer Straße 12 fahrendes Fahrzeug 10 sowie sich relativ zur Fahrtrichtung 10F des Fahrzeugs 10 bewegende Fußgänger in verschiedenen Konstellationen. Die Fahrtrichtung 10F weist in der Figur nach oben.
Das erfindungsgemäße Kollisionsvermeidungsverfahren und das erfindungsgemäße Kollisionsvermeidungssystem ist geeignet, beispielsweise die dargestellten Situationen zu erfassen, wobei sich am fahrzeugnahen Fahrbahnrand (in der Figur rechts) Fußgänger befinden, welche die Fahrbahn 12 überqueren wollen. Am linken Fahrbahnrand ist die Situation spiegelbildlich dargestellt. Die verschiedenen Zahlen 20R, 20L, 22R, 22L, 24R, 24L, 26R, 26L, 28R, 28L, 30R, 30L geben die jeweilige Bewegungsrichtung des Fußgängers an bevor er die Fahrbahn betritt und nachfolgend überquert. Die Buchstaben „R“ und „L“, die an die Bezugszeichen angehängt sind, beziehen sich dabei jeweils auf den rechten Fahrbahnrand („R“) und den linken Fahrbahnrand („L“).
Ein Fußgänger bei 20R am rechten Fahrbahnrand (bzw. 20L am linken Fahrbahnrand) bewegt sich in Fahrrichtung des Fahrzeugs 10 und will vor dem Fahrzeug 10 die Straße überqueren. Ein Fußgänger 22R am rechten Fahrbahnrand (bzw. 22L am linken Fahrbahnrand) bewegt sich schräg zur Fahrtrichtung mit einer Komponente in Fahrtrichtung 10F. Ein Fußgänger 24R am rechten Fahrbahnrand (bzw. 24L am linken Fahrbahnrand) bewegt sich aus größerer Entfernung quer zur Fahrtrichtung 10F zum Fahrbahnrand, um die Straße 12 zu überqueren. Ein Fußgänger bei 26R (bzw. 26L am linken Fahrbahnrand) steht bei Erfassung durch den Sensor am rechten Fahrbahnrand bevor das Überqueren der Straße 12, quer zur Fahrtrichtung 10F, eingeleitet wird. Ein Fußgänger bei 28R am rechten Fahrbahnrand (bzw. 28L am linken Fahrbahnrand) bewegt sich schräg zur Fahrtrichtung 10F mit einer Komponente entgegen der Fahrtrichtung 10F. Ein Fußgänger bei 30R am rechten Fahrbahnrand (bzw. 30L am linken Fahrbahnrand) bewegt sich aus größerer Entfernung entgegen der Fahrtrichtung 10F zum Fahrbahnrand und will vor dem Fahrzeug 10 die Straße überqueren. Dabei hat der jeweilige Fußgänger bei 20R, 20L 22R, 22L, 24R, 24L, 26R, 26L, 28R, 28L, 30R, 30L eine relative Bewegungsrichtung und eine relative Geschwindigkeit zum Fahrzeug 10, so dass das Kollisionspotenzial für jeden unterschiedlich sein kann. Denkbar sind auch Situationen, bei denen sich ein ruhendes oder sich bewegendes Objekt auf der Fahrbahn 12 befindet, oder das Fahrzeug 10 sich über den Fahrbahnrand hinaus nach links oder rechts bewegt, etwa beim Einparken oder Abbiegen.
Gemäß 2 bewegt sich ein Fahrzeug 10 auf einer nicht näher dargestellten Straße mit einer Geschwindigkeit v_veh relativ zur Erdoberfläche. Diese Geschwindigkeit v_veh ist in 2 als punktierter Vektor dargestellt, wobei dessen Richtung die Fahrtrichtung relativ zur Erdoberfläche wiedergibt und dessen Länge ein Maß für die Geschwindigkeit v_veh ist.
Relativ weit seitwärts des Fahrweges des Fahrzeugs 10 befindet sich ein Fußgänger P, der sich relativ zur Erdoberfläche mit einer Geschwindigkeit v_PD bewegt. Im Beispiel der 2 ist die Bewegungsrichtung des Fußgängers P im Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 ausgerichtet. Die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit ist wiederum durch einen Vektor v_PD dargestellt, der einerseits die Bewegungsrichtung des Fußgängers P und andererseits mit seiner Länge die Bewegungsgeschwindigkeit des Fußgängers P anzeigt. Das Fahrzeug 10 weist ein die Umgebung des Fahrzeugs 10 abtastendes Erfassungssystem auf, welches nach Art eines Radars in der Lage ist, den Fußgänger P (oder einen sonstigen Verkehrsteilnehmer) zu erkennen. Ein solches Erfassungssystem ist dann in der Lage, die (vektorielle) Geschwindigkeit relativ zum Fahrzeug v_rel des Fußgängers P relativ zum Fahrzeug 10 zu erfassen.
Dies ist gleichbedeutend damit, dass das Erfassungssystem der ermittelten Position des Fußgängers P den Vektor v_rel zuordnet. Durch Fortsetzung bzw. Fortschreibung dieses Vektors v_rel entsprechend den Pfeilen f „erkennt“ das fahrzeugseitige Erfassungssystem, dass sich der Fußgänger P in hinreichend großem Abstand seitwärts des Fahrzeugs 10 vorbeibewegen wird und keine Kollision zu erwarten ist. Damit wird das Erfassungssystem weder ein Warnsignal für den Fahrer des Fahrzeugs 10 noch ein automatisches Fahrzeugmanöver vorschlagen oder auslösen.
3 zeigt eine detaillierte Darstellung der sicheren, nicht kollisionsträchtigen Konstellation ähnlich wie in 2, bei der geometrische Beziehungen der relativen Größen beschrieben sind. Durch die Berücksichtigung der Relativbewegung des Objekts (Fußgänger P) zum Fahrzeug 10 kann das Objekt als ruhendes Objekt angesehen werden. Das Fahrzeug 10 bewegt sich in einem Fahrschlauch, dessen Generierung im Folgenden beschrieben wird und der durch linke und rechte Grenzlinien begrenzt ist (in der Zeichnung schräg verlaufende durchgezogene Linien mit den Schnittpunkten N (linksseitige Begrenzung, N"'(rechtsseitige Begrenzung, mit Berücksichtigung eines Sicherheitsabstands)). Im Schnittpunkt M schneidet die Mittellinie (strichpunktiert dargestellt) die Parallele der Imaginärachse Im auf der Höhe des Objekts, wobei die Mittellinie vom Koordinatenursprung am Fahrzeug 10 (hier die Mitte des vorderen Endes des Fahrzeugs 10) ausgeht.
Als Eingabeparameter dienen folgende Werte, die durch einen oder mehrere Sensoren bestimmt werden. Der Winkel α (in rad) ist der Messwinkel, d.h. hier der Messwinkel zwischen Fahrzeuglängsachse zur Messlinie des Objekts (Fußgänger P). Der Parameter ${\vec{v}}_{v e h}$
ist die Fahrzeuggeschwindigkeit (in m/s). S ist der Messabstand zwischen Fahrzeug 10 und Objekt (Fußgänger P). ${\vec{v}}_{P D}$
(in m/s) ist die Objektgeschwindigkeit, δ (in rad) ist die Bewegungsrichtung des Objekts (Fußgänger P), hier der Winkel zwischen Fahrzeuglängsachse und Objektgeschwindigkeitsvektor. B_vehicle, L_vehicle und A_save sind fahrzeugbezogene, bekannte Werte von Fahrzeugbreite, Fahrzeuglänge und Sicherheitsabstand.
Berechnet werden die Größen ${\vec{v}}_{r e l}$
und θ , wobei ${\vec{v}}_{r e l}$
die relative Geschwindigkeit und θ die Richtung des Fahrschlauchs ist. Berechnet werden auch die Größen NM, PM, N'M, wobei NM der Abstand der linken Grenzlinie des Fahrschlauchs zur Mittellinie ist, PM der Abstand des Objekts (Fußgänger P) zur Mittellinie und N'M der Abstand von der rechten Grenzlinie des Fahrschlauchs zur Mittellinie ist. „Links“ oder „linksseitig“ und „rechts“ oder „rechtsseitig“ bezieht sich auf die Darstellung in der Figur.
Es wird untersucht, ob das Objekt (Fußgänger P) sich in dem Fahrschlauch befindet oder nicht. Befindet sich das Objekt (Fußgänger P) nicht in dem Fahrschlauch, besteht keine Kollisionsgefahr.
Der Fußgänger P bewegt sich mit einem Winkel δ schräg zum Fahrzeug 10, mit einer Bewegungskomponente in Fahrtrichtung, wobei der Winkel φ_veh des Fahrzeugs 10 sich zu 0° ergibt. Der Nullpunkt E des Koordinatensystems wird beispielsweise am vordersten Punkt des Fahrzeugs 10 festgelegt. Der Realteil Re ist in der Figur nach oben aufgetragen, der Imaginärteil Im weist nach links.
Der Vektor der Fahrzeuggeschwindigkeit ${\vec{v}}_{v e h}$
ergibt sich in komplexer Darstellung zu ${\vec{v}}_{v e h} = | {\vec{v}}_{v e h} | \cdot e^{i φ_{v e h}}; φ_{v e h} = 0 ° .$
Der Vektor der Geschwindigkeit ${\vec{v}}_{P D}$
des Fußgängers P ergibt sich entsprechend zu ${\vec{v}}_{P D} = | {\vec{v}}_{P D} | \cdot e^{i φ_{P D}}; φ_{P D} = δ .$
Der Vektor der Relativgeschwindigkeit ${\vec{v}}_{r e l}$
des Objekts (Fußgängers P) zum Fahrzeug 10 ergibt sich zu ${\vec{v}}_{r e l} = {\vec{v}}_{v e h} - {\vec{v}}_{P D} = | {\vec{v}}_{r e l} | \cdot e^{i φ_{r e l}} .$
Der Winkel φ_rel ergibt sich dabei aus den Beziehungen $| {\vec{v}}_{r e l} | = \sqrt{{(| {\vec{v}}_{v e h} | - | {\vec{v}}_{P D} | \cdot cos δ)}^{2} + {(- | {\vec{v}}_{P D} | \cdot sin δ)}^{2}}$
und $φ_{r e l} = θ = arctan (\frac{- | {\vec{v}}_{P D} | \cdot sin δ}{| {\vec{v}}_{v e h} | - | {\vec{v}}_{P D} | \cdot cos δ}) .$
Ferner wird ermittelt, ob die Teilgeschwindigkeit ${\vec{v}}_{tan_d i f f}$
des beobachteten Objekts in die eigene Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 schneller oder gleich wie die Fahrzeuggeschwindigkeit ist, über $| {\vec{v}}_{tan_diff} | \Rightarrow | {\vec{v}}_{tan_diff} | = | {\vec{v}}_{r e l} | \cdot cos θ .$
Ist dies nicht der Fall, gerät das Objekt nicht in den Fahrschlauch.
Um den Fahrzeugschatten zu bestimmen, mit dem das Objekt kollidieren kann, wird der linksseitige Schatten B_l und der rechtsseitige Schatten B_r des Fahrzeugs 10 bestimmt. Der Fahrzeugschatten umfasst die Projektion der Grundfläche des Fahrzeugs auf die Fahrbahn bzw. den Fahrschlauch sowie gegebenenfalls Sicherheitsabstände in Längs- und Querrichtung.
B_l ergibt sich aus dem Abstand $\bar{N M} mit B_{l} = \bar{N M} = \frac{1}{2} B_{v e h i c l e} + A_{s a v e},$
wobei B_vehicle die lichte Fahrzeugbreite ist und A_save ein fahrzeugspezifischer Sicherheitsabstand ist, der vom Fahrzeughersteller angegeben wird und beispielsweise Toleranzen berücksichtigen soll. Bei verschiedenen Personenkraftwagentypen wird üblicherweise ein Wert von 30 cm bis 50 cm verwendet.
Der Parameter B_r ergibt sich aus $B_{r} = \bar{N''' M} = - (\frac{1}{2} B_{v e h i c l e} + tan θ \cdot (L_{v e h i c l e} + A_{s a v e})),$
wobei L_vehicle die lichte Fahrzeugbreite ist.
Der Abstand S ist der Abstand zwischen Fahrzeug 10 und Objekt (Fußgänger P). Unter Berücksichtigung der Relativbewegung zwischen Objekt und Fahrzeug 10 ergeben sich die Quer- und Längskomponenten des Abstands im Koordinatensystem zu $S_{q u e r} = S \cdot sin α; S_{l a n g} = S \cdot cos α .$
Der Abstand PM zwischen Objekt (Fußgänger P) und dem Schnittpunkt M ergibt sich aus der Beziehung PM = S_quer - S_lang · tan θ.
Befindet sich das Objekt (der Fußgänger P) nicht innerhalb des Bandes zwischen den Linien mit den Schnittpunkten N und N"', d.h. nicht innerhalb des Fahrschlauchs, droht keine Kollision. Der Schnittpunkt N' entspricht dabei der Begrenzung des Fahrschlauchs, wenn die Abmessungen des Fahrzeugs 10 ohne Sicherheitsabstand verwendet werden.
Die Auswertung ergibt in diesem Beispiel, dass sich das Objekt (Fußgänger P) nicht im Fahrschlauch befindet, so dass keine Kollisionsgefahr besteht. Nur wenn Kollisionsgefahr besteht, ist es notwendig, eine Zeit bis zur möglichen Kollision (TTC) zu berechnen. Besteht keine Kollisionsgefahr, entfällt die aufwändige Berechnung des Parameters TTC, womit aufwändige Rechenschritte eingespart werden. Das Verfahren ist dadurch insgesamt schnell und weniger aufwändig als bekannte Verfahren. Anders als im Stand der Technik bekannt, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden, ob eine Kollisionsgefahr besteht, bevor die Zeit bis zur möglichen Kollision berechnet werden muss.
Im Beispiel der 4 hat nun der Fußgänger P (Objekt) eine Anfangsposition, die vergleichsweise wenig nach seitwärts gegenüber dem Fahrweg des Fahrzeugs 10 versetzt ist. Das fahrzeugseitige Erfassungssystem wird nunmehr wiederum der ermittelten Anfangsposition des Fußgängers P den Geschwindigkeitsvektor v_rel für die Relativgeschwindigkeit des Fußgängers P gegenüber dem Fahrzeug 10 zuordnen.
In diesem Falle zeigen die Fortsetzungsvektoren f, dass der Fußgänger P in eine gefährliche Nahzone des Fahrzeugs 10 geraten wird, so dass zumindest von einer „Fastkollision“ gesprochen werden kann.
In einem derartigen Fall wird das Erfassungssystem bzw. sein Rechner die Zeitspanne berechnen, innerhalb der der Fußgänger P die Nahzone des Fahrzeugs 10 erreichen wird. Das ermittelte Ergebnis wird dann mit einem oberen und einem unteren vorgegebenen Schwellwert verglichen, wobei das System in der Regel untätig bleibt, wenn die ermittelte Zeitspanne größer ist als der obere Schwellwert, weil in diesem Falle davon ausgegangen werden kann, dass der Fahrer sachgerecht reagieren und ein zweckmäßiges Fahrmanöver einleiten wird, um in größerem Bogen am Fußgänger vorbei zu fahren. Wenn die ermittelte Zeitspanne zwischen den beiden Schwellwerten liegt, ist dies gleichbedeutend damit, dass zwar eine Gefahrensituation vorliegt, ein normal reagierender Fahrer jedoch eine Kollision mit dem Fußgänger P noch vermeiden kann. In diesem Falle wird das Kollisionsschutzsystem der Erfindung ein Warnsignal erzeugen, um den Fahrer zu einer sachgerechten schnellen Reaktion „anzutreiben“.
Wenn dagegen die ermittelte Zeitspanne unterhalb des unteren Schwellwertes liegt, ist dies gleichbedeutend damit, dass der Fahrer bei normaler Reaktionszeit eine Kollision nicht mehr vermeiden kann. In diesem Fall kann das Kollisionsschutzsystem eine automatische Fahrzeugreaktion auslösen, beispielsweise ein automatisches Bremsmanöver. Zusätzlich oder alternativ ist auch ein automatischer Lenkeingriff möglich, um das Fahrzeug 10 am Fußgänger P vorbei zu lenken, vorausgesetzt, dass das Erfassungssystem auf dem damit veränderten Fahrweg des Fahrzeugs 10 kein anderes Hindernis erfasst.
Bei den obigen Erläuterungen wurden die vektoriellen Bewegungsgeschwindigkeiten v_veh und v_PD zunächst in einem erdgebundenen Bezugssystem dargestellt. Dazu dienen die punktiert gezeichneten Geschwindigkeitsvektoren v_veh und v_PD . Aus diesen Vektoren kann der Vektor v_rel der Relativgeschwindigkeit des Fußgängers P gegenüber dem Fahrzeug 10 gemäß den 2 und 4 ermittelt werden, indem der Anfangsposition des Fußgängers P einerseits der Geschwindigkeitsvektor v_PD und andererseits der zum Geschwindigkeitsvektor v_veh des Fahrzeugs antiparallele Geschwindigkeitsvektor -v_veh zugeordnet werden und diese Vektoren sodann vektoriell addiert werden. Zeichnerisch ist dies gleichbedeutend damit, dass die vorgenannten, der Anfangsposition des Fußgängers P zugeordneten Vektoren v_PD und -v_veh zu einem Parallelogramm ergänzt werden, dessen Diagonale dann dem Vektor v_rel der Relativgeschwindigkeit des Fußgängers gegenüber dem Fahrzeug 10 entspricht.
Diese Transformation von einem erdgebundenen Bezugssystem zu einem fahrzeugfesten Bezugssystem erleichtert zwar das menschliche Verständnis ist jedoch für das fahrzeugseitige Kollisionsschutzsystem in keiner Weise notwendig. Vielmehr kann das fahrzeugseitige Kollisionsschutzsystem von Anfang an in einem fahrzeugbezogenen Bezugssystem arbeiten.
5 zeigt eine detaillierte Darstellung bei der, wie in 3, geometrische Beziehungen der relativen Größen beschrieben sind, hier jedoch in einer unsicheren, kollisionsträchtigen Konstellation. Durch die Berücksichtigung der Relativbewegung des Objekts (Fußgänger P) zum Fahrzeug 10 kann das Objekt als ruhendes Objekt angesehen werden. Das Fahrzeug 10 bewegt sich in einem Fahrschlauch, der durch Richtung und Geschwindigkeit vorgegeben wird und der durch linke und rechte Grenzlinien begrenzt ist (in der Zeichnung schräg verlaufende durchgezogene Linien mit den Schnittpunkten N (linksseitige Begrenzung), N' (rechtsseitige Begrenzung ohne Berücksichtigung von Sicherheitsabständen) und N"(rechtsseitige Begrenzung, mit Berücksichtigung eines Sicherheitsabstands)). Kollisionsgefahr besteht, wenn das Objekt (Fußgänger P) sich im Fahrschlauch befindet.
Als Eingabeparameter dienen dieselben Werte wie bereits in 3 beschrieben. Ebenso werden dieselben Parameter berechnet. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die dortige Beschreibung verwiesen.
Der Fahrschlauch wird in diesem Beispiel durch die schräg verlaufenden Linien mit den Schnittpunkten N" (linksseitige Begrenzung, mit Berücksichtigung eines Sicherheitsabstands) und N' (rechtsseitige Begrenzung mit Berücksichtigung eines Sicherheitsabstands) gebildet.
Es wird untersucht, ob das Objekt (Fußgänger P) sich in dem Fahrschlauch befindet oder nicht. Befindet sich das Objekt (Fußgänger P) in dem Fahrschlauch, besteht Kollisionsgefahr.
Der Fußgänger P bewegt sich mit einem Winkel δ schräg zum Fahrzeug 10, mit einer Bewegungskomponente in Fahrtrichtung, wobei der Winkel φ_veh des Fahrzeugs 10 sich zu 0° ergibt. Der Nullpunkt E des Koordinatensystems wird beispielsweise am vordersten Punkt des Fahrzeugs 10 festgelegt. Der Realteil Re ist in der Figur nach oben aufgetragen, der Imaginärteil Im weist nach links.
Der linksseitige Schatten B_l des Fahrzeugs 10 ergibt sich in diesem Ausführungsbeispiel aus dem Abstand $\bar{N'' M}$
mit $B_{l} = \bar{N'' M} = \frac{1}{2} B_{v e h i c l e} + tan θ \cdot (L_{v e h i c l e} + A_{s a v e}),$
wobei B_vehicle die lichte Fahrzeugbreite ist und A_save ein fahrzeugspezifischer Sicherheitsabstand ist, der vom Fahrzeughersteller angegeben wird und beispielsweise Toleranzen berücksichtigen soll. Bei verschiedenen Personenkraftwagentypen wird üblicherweise ein Wert von 30 cm bis 50 cm verwendet.
Für den rechtsseitigen Schatten B_r ergibt sich $B_{r} = \bar{N' M} = - (\frac{1}{2} B_{v e h i c l e} + A_{s a v e}),$
wobei L_vehicle die lichte Fahrzeugbreite ist.
Der Abstand S ist der Abstand zwischen Fahrzeug 10 und Objekt (Fußgänger P). Unter Berücksichtigung der Relativbewegung zwischen Objekt und Fahrzeug 10 ergeben sich die Quer- und Längskomponenten des Abstands im Koordinatensystem zu $S_{q u e r} = S \cdot sin α; S_{l a n g} = S \cdot cos α .$
Der Abstand PM zwischen Objekt (Fußgänger P) und dem Schnittpunkt M ergibt sich aus der Beziehung PM = S_quer - S_lang · tan θ.
Die Auswertung ergibt, dass sich das Objekt (Fußgänger P) im Fahrschlauch befindet, so dass Kollisionsgefahr besteht.
Sodann wird berechnet, ob die Teilgeschwindigkeit ${\vec{v}}_{tan_d i f f}$
des beobachteten Objekts in die eigene Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 schneller oder gleich wie die Fahrzeuggeschwindigkeit ist und zwar über die Beziehung $| {\vec{v}}_{tan_diff} | \Rightarrow | {\vec{v}}_{tan_diff} | = | {\vec{v}}_{r e l} | \cdot cos θ bzw . | {\vec{v}}_{tan_diff} | = | {\vec{v}}_{v e h} | - | {\vec{v}}_{P D} | \cdot cos δ = | {\vec{v}}_{r e l} | \cdot cos θ .$
Falls dies der Fall ist, erfolgt eine Berechnung der Zeit bis zur möglichen Kollision (TTC) über $T T C = \frac{S_{l a n g}}{| {\vec{v}}_{tan_diff} |},$
woraus sich $T T C = \frac{S \cdot cos α}{| {\vec{v}}_{v e h} | \cdot cos θ}$
ergibt.
Der Abstand PM des Objekts (Fußgänger P) zur Mittellinie des Fahrschlauchs („Kollisionsschlauch“) ergibt sich aus PM=S·sinα-S·cosα·tanθ und der Abstand NM zwischen der linken Begrenzung des Fahrschlauchs und der Mittellinie aus $N M = \frac{1}{2} B_{v e h i c l e} + A_{s a v e} .$
Die Abstände N'M, N"M, N"'M ergeben aus den folgenden Beziehungen $N' M = - (\frac{1}{2} B_{v e h i c l e} + A_{s a v e}) .$
$N'' M = \frac{1}{2} B_{v e h i c l e} + tan θ \cdot (L_{v e h i c l e} + A_{s a v e}),$
Für die Begrenzung N"' in 3 galt $N''' M = - (\frac{1}{2} B_{v e h i c l e} + tan θ \cdot (L_{v e h i c l e} + A_{s a v e}))$
Für den Richtungswinkel θ des Fahrschlauchs ergibt sich $θ = arctan (\frac{- | {\vec{v}}_{P D} | \cdot sin δ}{| {\vec{v}}_{v e h} | - | {\vec{v}}_{P D} | \cdot cos δ})$
Die Zeitspanne bis zur Kollision TTC wird bestimmt, falls $θ \geq 0 und | {\vec{v}}_{tan_diff} | > 0 und N'' M \geq P M \geq N' M$
und falls $θ < 0 und | {\vec{v}}_{tan_diff} | > 0 und N M \geq P M \geq N''' M .$
Die Zeitspanne TTC ergibt sich dabei aus $T T C = \frac{S_{l a n g}}{| {\vec{v}}_{tan_diff} |},$
woraus sich $T T C = \frac{S \cdot cos α}{| {\vec{v}}_{v e h} | \cdot cos θ}$
ergibt.
Gemäß 6 wird zu einem Zeitpunkt t mittels eines „radarähnlichen“ Erfassungssystems die Position eines Fußgängers P erfasst, bspw. in Form von sogenannten Polarkoordinaten, in dem die Richtung des Fußgängers P relativ zur Fahrzeuglängsrichtung in Bezug auf einen fahrzeugfesten Punkt, bspw. dessen Schwerpunkt, erfasst wird. Damit wird ein Winkel a ermittelt. Gleichzeitig wird der Abstand a des Fußgängers P relativ zum Fahrzeugschwerpunkt erkannt. Somit kennt das System zu einem Zeitpunkt t die Koordinaten α, a. Zu einem Zeitpunkt t +ö t ermittelt das System dann die Koordinaten α' und a', entsprechend der zu diesem Zeitpunkt eingenommenen Position P' des Fußgängers. Aus der vektoriellen Differenz (α, a) - (α', a') ergibt sich dann der Vektor v_rel der Relativgeschwindigkeit des Fußgängers P relativ zum Fahrzeug 10, wobei dieser Geschwindigkeitsvektor der letzten erfassten Position (α', a') des Fußgängers P zugeordnet werden kann. Um zu erkennen, ob eine Fortsetzung dieses Vektors eine vorgegebene Nahzone des Fahrzeugs 10 durchsetzt und dementsprechend Kollisionsgefahr besteht, kann dem Fahrzeug 10 ein „Kollisionsschlauch“, auch Fahrschlauch genannt, in der aus 6 ersichtlichen Weise zugeordnet werden. Dies bedeutet, dass der Kollisionsschlauch K bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung die gleiche Richtung wie der Vektor v_rel besitzt und bezüglich ihrer Breite so bemessen ist, dass alle Fahrzeugeckpunkte innerhalb des Kollisionsschlauchs K liegen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen des Fahrzeugs 10 ohne Sicherheitsabstand in Längs- und Querrichtung dargestellt.
Zusätzlich wird der Kollisionsschlauch K noch um einen Zuschlag k beidseitig verbreitert, um auch „Fastkollisionen“ zu erfassen. Der Zuschlag k kann beispielsweise aus fahrzeugspezifischen Sicherheitsabständen abgeleitet werden, ähnlich oder gleich den vorstehend beschriebenen Sicherheitsabständen A_save .
Nunmehr muss das Kollisionsschutzsystem nur erkennen, ob der der letzten Position (α', a') des Fußgängers P zugeordnete Vektor v_rel innerhalb des Kollisionsschlauchs K, d.h. dem Fahrschlauch, liegt. Ist dies der Fall, so bedeutet das, dass demnächst eine Kollision stattfinden wird bzw. möglich ist. In einem solchen Fall berechnet das Kollisionsschutzsystem die Zeitspanne, innerhalb der die Relativposition des Fußgängers P bezüglich des Fahrzeugs 10 eine vorgebbare Querlinie Q bezüglich der Fahrzeuglängsachse erreicht. Diese Querlinie Q kann bspw. eine Seitwärtsverlängerung der Vorderfront des Fahrzeugs 10 darstellen. Stattdessen ist es auch möglich, diese Querlinie Q, die am weitesten zur Fußgängerseite herausragende Ecke des Fahrzeugs 10 durchsetzten zu lassen, so dass die Querlinie Q eine Seitwärtsbewegung der Heckfront des Fahrzeugs 10 darstellen würde. Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Querlinie zwischen diesen beiden letzteren Querlinien zu verwenden.
Wenn die vom Kollisionsschutzsystem erfasste Bewegungsbahn des Fußgängers P relativ zum Fahrzeug 10 innerhalb des oben erläuterten Kollisionsschlauches K liegt, wird also aus der ermittelten Relativgeschwindigkeit v_rel des Fußgängers P gegenüber dem Fahrzeug 10 die Zeitspanne berechnet, innerhalb der der Fußgänger P die zuvor genannte Querlinie Q erreichen wird. Sodann wird das Maß dieser Zeitspanne mit einem oberen und unteren vorgegebenen Schwellwert verglichen, wobei das Kollisionsschutzsystem untätig bleibt, wenn der obere Schwellwert überschritten wird. Liegt die Zeitspanne zwischen den beiden Schwellwerten, wird ein Warnsignal für den Fahrer erzeugt. Falls die Zeitspanne unterhalb des unteren Schwellwertes liegt, kann ein automatisches Fahrmanöver, insbesondere ein automatischer Bremseingriff, ausgelöst werden, oder ein Alarmsignal ausgegeben werden, so dass der Fahrer aktiv eingreifen kann.
Der oben beschriebene Kollisionsschutz ist nicht auf den Schutz von Kollisionen zwischen einem Fahrzeug 10 und Fußgängern P beschränkt. Vielmehr können prinzipiell beliebige Objekte überwacht und erfasst werden, um eine Kollision des Fahrzeugs 10 mit dem jeweiligen Objekt nach Möglichkeit zu verhindern. Dabei kann das System in grundsätzlich unveränderter Weise arbeiten, in dem zunächst eine Relativbewegung und Relativgeschwindigkeit des Objekts in Bezug auf das Fahrzeug 10 ermittelt und sodann überprüft wird, ob die relative Bewegungsbahn des Objekts innerhalb eines zu dieser Bewegungsbahn parallelen Kollisionsschlauches K des Fahrzeugs 10 liegt. Danach erfolgt die gleiche Betriebsweise, wie sie oben für den Fall eines Fußgängers P erläutert wurde. Insbesondere kann das Fahrzeug auch ein Luftfahrzeug, ein Raumfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug sein.
Eine gewisse Besonderheit stellt der Fall dar, dass vor dem mit dem Kollisionsschutzsystem ausgerüsteten Fahrzeug 10 ein weiteres Fahrzeug in gleicher Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit fährt. Hier kann der Fall eintreten, dass das Kollisionsschutzsystem keinerlei Relativbewegung des vorausfahrenden Fahrzeugs zu dem Fahrzeug 10 des Kollisionsschutzsystems erkennen kann. In einem solchen Fall überprüft das Kollisionsschutzsystem, ob das andere Fahrzeug sich innerhalb eines in Fahrzeuglängsrichtung erstreckten Kollisionsschlauches K befindet. Ist dies nicht der Fall, so ist dies gleichbedeutend, dass das vorausfahrende Fahrzeug sich in einer seitwärts gelegenen Fahrspur befindet und keine Kollisionsgefahr besteht. Wenn sich dagegen das vorausfahrende Fahrzeug im Kollisionsschlauch K befindet, ohne sich relativ gegenüber dem Fahrzeug des Kollisionsschutzsystems zu bewegen, wenn also das vorausfahrende Fahrzeug mit gleicher Geschwindigkeit fährt, so kann das Kollisionsschutzsystem zur Einhaltung eines angemessenen Fahrzeugabstandes genutzt werden, indem überprüft wird, ob ein für die jeweilige Fahrgeschwindigkeit angemessener Abstand gegenüber dem vorausfahrenden Fahrzeug vorliegt oder nicht. In Abhängigkeit davon kann dann ein Hinweissignal für den Fahrer ausgelöst werden und/oder ein automatisches Bremsmanöver oder ein automatisches Beschleunigungsmanöver eingeleitet werden, so dass das Fahrzeug 10 des Kollisionsschutzsystems dem vorausfahrenden Fahrzeug mit praktisch gleichbleibendem Abstand folgt.
Zusammenfassend lässt sich eine Betriebsweise des Kollisionsschutzsystems gemäß der Erfindung wie folgt darstellen:
Nach Erfassung eines Objekts z.B. eines Fußgängers P, wird dessen Relativbewegung und Relativgeschwindigkeit bzgl. des Fahrzeugs 10 mit dem Kollisionsschutzsystem ermittelt. Sodann wird überprüft, ob die Relativbewegung eine Nahzone des Fahrzeugs 10 durchsetzen wird; dies ist gleichbedeutend damit, dass festgestellt wird, ob die relative Bewegungsbahn des Objekts (z.B. des Fußgängers P) innerhalb eines dem Fahrzeug 10 zuzuordnenden Kollisionsschlauches K liegt.
Sodann wird aus der Relativgeschwindigkeit die Zeitspanne ermittelt, innerhalb der das Objekt die Nahzone des Fahrzeugs 10 erreichen wird. In Abhängigkeit von der ermittelten Zeitspanne werden entweder keinerlei Maßnahmen bewirkt oder ein Warnsignal oder ein automatisches Fahrmanöver, insbesondere ein Bremsmanöver, ausgelöst.
Charakteristisch für die Erfindung ist, dass zu keinem Zeitpunkt ermittelt werden muss, an welchem Ort innerhalb eines erdgebundenen Bezugssystems das erfasste Objekt in die gefährliche Nahzone des Fahrzeugs 10 gelangt. Vielmehr braucht lediglich eine Zeitspanne bis zum Erreichen der Nahzone ermittelt zu werden, um sinnvolle Maßnahmen auszulösen oder die Entscheidung treffen zu können, dass keinerlei Maßnahmen notwendig sind.
In 7 wird diese Betriebsweise des erfindungsgemäßen Kollisionsschutzsystems anhand eines Flussdiagramms verdeutlicht:
Gemäß Schritt S10 wird zunächst, bspw. mit einem herkömmlichen Bildauswertungsverfahren, ein potentielles Kollisionsobjekt, bspw. ein Fußgänger, erfasst. Danach erfolgt gemäß Schritt S12 eine Messsequenz, um die Position des Objekts und dessen (vektorielle) Geschwindigkeit relativ zum Fahrzeug zu ermitteln. Wie bereits oben erläutert wurde, genügen zeitlich aufeinanderfolgende Positionsmessungen, d.h. an zumindest zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten wird die Position des Objekts relativ zum Fahrzeug ermittelt. Damit stehen Informationen über die Position des Objekts und dessen Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit relativ zum Fahrzeug zur Verfügung.
Entsprechend der relativen Bewegungsrichtung des Objekts wird nunmehr in Schritt S14 ein Kollisionsschlauch generiert, d.h. es werden die Koordinaten eines Bandes ermittelt, dessen Längsrichtung parallel zur Richtung der Relativbewegung des Objekts ist, und dessen Breite so bemessen ist, dass eine vorgegebene Nahzone innerhalb des Bandes, d.h. innerhalb des Kollisionsschlauchs, liegt.
Falls die in Schritt S12 vorangegangene Messung für die Relativgeschwindigkeit des Objekts einen verschwindenden Betrag ergeben hat, d.h. wenn sich die Relativposition des Objekts während der aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten praktisch nicht verändert hat, bedeutet dies, dass sich das Objekt auf einer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs parallelen Bahn mit etwa gleicher Geschwindigkeit wie das Fahrzeug bewegt. In diesem Falle wird ein Kollisionsschlauch generiert, dessen Längsrichtung mit der Längsrichtung des Fahrzeugs übereinstimmt. Nach der Generierung des Kollisionsschlauches in Schritt S14 erfolgt in Position S16 eine Abfrage, ob sich das Objekt innerhalb des Kollisionsschlauches befindet. Hintergrund dieser Abfrage ist, dass eine Kollision bzw. ein Eindringen des Objekts in die Nahzone des Fahrzeugs sich nur dann ereignen kann, wenn sich das Objekt innerhalb des gemäß Schritt S14 generierten Kollisionsschlauches befindet.
Falls die Abfrage in Schritt S16 das Ergebnis „nein“ hat, befindet sich das Objekt außerhalb des Kollisionsschlauches, d.h. eine Kollision oder dergleichen kann (bei unverändert bleibenden relativen Bewegungsparametern) nicht erfolgen. Das Kollisionsschutzsystem wird deshalb keinerlei Vorsorge- oder Schutzmaßnahmen bewirken. Vielmehr wird erneut eine Messsequenz gemäß Schritt S12 durchgeführt, d.h. das erfasste Objekt wird gemäß Schritt S12 erneut vermessen, und der vorangehend geschilderte Ablauf wird wiederholt. Wenn die Abfrage in Schritt S16 zu dem Ergebnis „ja“ führt, wird in einer Position S18 die Zeitspanne TTC ermittelt, innerhalb der das Objekt die Nahzone des Fahrzeugs erreichen wird. Die dabei möglichen Ergebnisse sind in Schritt S20 dargestellt. Falls es sich bei dem Objekt um ein in gleicher Fahrspur mit etwa gleicher Geschwindigkeit vorausfahrendes Fahrzeug handelt, werden für TTC Werte ermittelt, die ganz erheblich größer als ein oberer Schwellwert T_O ist. Damit „weiß“ das Kollisionsschutzsystem, dass ein anderes Fahrzeug mit gleicher oder ähnlicher Geschwindigkeit vorausfährt.
In diesem Falle strebt das Kollisionsschutzsystem einen von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit abhängigen Sicherheitsabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug an, d.h. dem Fahrer wird signalisiert, den Abstand zu vergrößern, zu verkleinern und/oder unverändert zu lassen. Ggf. kann das Kollisionsschutzsystem auch untätig bleiben, weil davon ausgegangen werden kann, dass eine für den Fahrer leicht beherrschbare Fahrsituation vorliegt. In jedem Falle erfolgt eine Rückkehr zur Schritt S12, um eventuelle Änderungen der Relativposition und/oder Relativgeschwindigkeit des Objekts zu ermitteln. In ähnlicher Weise wird das Kollisionsschutzsystem wirksam, wenn TTC zwar nicht erheblich größer als T_O, sondern nur lediglich größer als T_O ist. Auch dieses Ergebnis für TTC zeigt an, dass keine akute Gefahrensituation vorliegt, d.h. der Fahrer hat genügend Zeit für eine angemessene Reaktion auf die Relativbewegung des Objekts.
Wenn nun der ermittelte Wert von TTC zwischen dem oberen Schwellwert T_O und einem unteren Schwellwert Tu liegt, ist dies gleichbedeutend damit, dass das Objekt zwar in entsprechend kurzer Zeitspanne die Nahzone des Fahrzeugs und damit einen Kollisionsbereich erreichen könnte, jedoch müsste ein normal reagierender Fahrer noch in der Lage sein, die Fahrsituation zu beherrschen. In diesem Fall kann ein Warnsignal für den Fahrer ausgelöst werden.
Sollte der für TTC ermittelte Wert unterhalb des unteren Schwellwertes T_U, liegen, bedeutet dies, dass eine für einen „normalen“ Fahrer nicht mehr ohne weiteres beherrschbare Fahrsituation vorliegt. In einem solchen Falle wird das Kollisionsschutzsystem ein automatisches Fahrmanöver, insbesondere ein automatisches Bremsmanöver, auslösen.
Nach dem Schritt S20 erfolgt wiederum gemäß Schritt S12 eine Messsequenz, um aktualisierte Bewegungsparameter des Objekts zu ermitteln, und die vorangehend beschriebene Betriebsweise wird wiederholt. Auf diese Weise wird ein iteratives Verfahren durchgeführt, bei dem immer aktuelle Relativpositionen und Relativgeschwindigkeiten des Objekts berücksichtigt werden. Das erfindungsgemäße Kollisionsschutzsystem reagiert also auf Änderungen der relativen Parameter des Objekts.
8 zeigt ein Flussdiagramm, das weitere Aspekte eines erfindungsgemäßen Kollisionsschutzverfahrens darstellt.
Zunächst wird in Schritt S110 die Position eines potentiellen Kollisionsobjekts, beispielsweise mit einem herkömmlichen Bildauswertungsverfahren, erfasst. Das Objekt kann zum Beispiel ein Fußgänger sein. In Schritt S112 erfolgt eine Objektüberwachung, wobei in Schritt 120 eine Messsequenz erfolgt, um die Position des Objekts und dessen (vektorielle) Geschwindigkeit relativ zum Fahrzeug zu ermitteln. Der Schritt S120 setzt sich aus zwei Teilschritten S116 und S118 zusammen, wobei in Schritt S116 die Sensordaten die relevanten Parameter wie die vektorielle Fahrzeuggeschwindigkeit v_veh , die vektorielle Objektgeschwindigkeit v_PD , die Entfernung S zwischen Objekt und Fahrzeug, den Messwinkel α und fahrzeugspezifische Werte B_veh und A_save liefern bzw. Parameter bereitzustellen, falls diese bekannt sind. In Schritt S118 erfolgt die Berechnung der vektoriellen relativen Geschwindigkeit v_rel zwischen Objekt und Fahrzeug.
Wie bereits oben erläutert wurde, genügen zeitlich aufeinanderfolgende Positionsmessungen, d.h. an zumindest zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten wird die Position des Objekts relativ zum Fahrzeug ermittelt. Damit stehen Informationen über die Position des Objekts und dessen Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit relativ zum Fahrzeug zur Verfügung. Insbesondere werden die Relativwerte durch einen Sensor erfasst. Der Sensor kann beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug in einem vorderen Stoßfänger angeordnet sein, oder an anderer Position des Fahrzeugs, so dass entsprechende Korrekturwerte für die Position des Sensors vorgenommen werden können.
In Schritt S122 wird beurteilt, ob die Teilgeschwindigkeit des beobachteten Objekts in die eigene Fahrtrichtung des Fahrzeugs schneller oder gleich schnell wie die eigene Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Ist die Antwort „nein“, erfolgt ein Rücksprung zu Schritt S112.
Ist die Antwort „ja“ wird entsprechend der relativen Bewegungsrichtung des Objekts in Schritt S124 ein Kollisionsschlauch generiert, d.h. es werden die Koordinaten und Begrenzungen eines Bandes ermittelt, dessen Längsrichtung parallel zur Richtung der Relativbewegung des Objekts ist, und dessen Breite so bemessen ist, dass eine vorgegebene Nahzone innerhalb des Bandes, d.h. innerhalb des Kollisionsschlauchs, liegt.
Falls die vorangegangene Messung für die Relativgeschwindigkeit des Objekts einen verschwindenden Betrag ergeben hat, d.h. wenn sich die Relativposition des Objekts während der aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten praktisch nicht verändert hat, bedeutet dies, dass sich das Objekt auf einer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs parallelen Bahn mit etwa gleicher Geschwindigkeit wie das Fahrzeug bewegt. In diesem Falle wird ein Kollisionsschlauch generiert, dessen Längsrichtung mit der Längsrichtung des Fahrzeugs übereinstimmt. Nach der Generierung des Kollisionsschlauches in Schritt S124 erfolgt in Position S126 eine Abfrage, ob sich das Objekt innerhalb des Kollisionsschlauches befindet. Hintergrund dieser Abfrage ist, dass eine Kollision bzw. ein Eindringen des Objekts in die Nahzone des Fahrzeugs sich nur dann ereignen kann, wenn sich das Objekt innerhalb des in Schritt S124 generierten Kollisionsschlauches befindet.
Falls die Abfrage in Schritt S126 das Ergebnis „nein“ hat, befindet sich das Objekt außerhalb des Kollisionsschlauches, d.h. eine Kollision oder dergleichen kann (bei unverändert bleibenden relativen Bewegungsparametern) nicht erfolgen. Das Kollisionsschutzsystem wird deshalb keinerlei Vorsorge- oder Schutzmaßnahmen bewirken. Vielmehr wird erneut eine Messsequenz in Schritt S112 durchgeführt, d.h. das erfasste Objekt wird gemäß Schritt S112 erneut vermessen, und der vorangehend geschilderte Ablauf wird wiederholt. Wenn die Abfrage in Schritt S126 zu dem Ergebnis „ja“ führt, wird in Schritt S128 die Zeitspanne TTC ermittelt, innerhalb der das Objekt die Nahzone des Fahrzeugs erreichen wird. Die dabei möglichen Ergebnisse sind in Schritt S130 dargestellt. Die Reaktionen auf die Ergebnisse können wie in 7 bei Schritt S20 erläutert wurde, erfolgen und in Schritt 132 beispielsweise zu einem Warnen bis hin zu einem aktiven Bremseingriff führen.
Falls es sich bei dem Objekt um ein in gleicher Fahrspur mit etwa gleicher Geschwindigkeit vorausfahrendes Fahrzeug handelt, werden für TTC Werte ermittelt, die ganz erheblich größer als ein oberer Schwellwert T_O ist. Damit „weiß“ das Kollisionsschutzsystem, dass ein anderes Fahrzeug mit gleicher oder ähnlicher Geschwindigkeit vorausfährt.
In diesem Falle strebt das Kollisionsschutzsystem einen von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit abhängigen Sicherheitsabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug an, d.h. dem Fahrer wird signalisiert, den Abstand zu vergrößern, zu verkleinern und/oder unverändert zu lassen. Ggf. kann das Kollisionsschutzsystem auch untätig bleiben, weil davon ausgegangen werden kann, dass eine für den Fahrer leicht beherrschbare Fahrsituation vorliegt. In jedem Falle erfolgt eine Rückkehr zur Position 101, um eventuelle Änderungen der Relativposition und/oder Relativgeschwindigkeit des Objekts zu ermitteln. In ähnlicher Weise wird das Kollisionsschutzsystem wirksam, wenn TTC zwar nicht erheblich größer als T_O, sondern nur lediglich größer als T_O ist. Auch dieses Ergebnis für TTC zeigt an, dass keine akute Gefahrensituation vorliegt, d.h. der Fahrer hat genügend Zeit für eine angemessene Reaktion auf die Relativbewegung des Objekts.
Wenn nun der ermittelte Wert von TTC zwischen dem oberen Schwellwert T_O und einem unteren Schwellwert T_U liegt, ist dies gleichbedeutend damit, dass das Objekt zwar in entsprechend kurzer Zeitspanne die Nahzone des Fahrzeugs und damit einen Kollisionsbereich erreichen könnte, jedoch müsste ein normal reagierender Fahrer noch in der Lage sein, die Fahrsituation zu beherrschen. In diesem Fall kann ein Warnsignal für den Fahrer ausgelöst werden.
Sollte der für TTC ermittelte Wert unterhalb des unteren Schwellwertes T_U, liegen, bedeutet dies, dass eine für einen „normalen“ Fahrer nicht mehr ohne weiteres beherrschbare Fahrsituation vorliegt. In einem solchen Falle wird das Kollisionsschutzsystem ein automatisches Fahrmanöver, insbesondere ein automatisches Bremsmanöver, auslösen.
Nach Schritt S132 erfolgt wiederum gemäß Schritt S112 eine Messsequenz, um aktualisierte Bewegungsparameter des Objekts zu ermitteln, und die vorangehend beschriebene Betriebsweise wird wiederholt. Auf diese Weise wird ein iteratives Verfahren durchgeführt, bei dem immer aktuelle Relativpositionen und -geschwindigkeiten des Objekts berücksichtigt werden. Das erfindungsgemäße Kollisionsschutzsystem reagiert also auf Änderungen der relativen Parameter des Objekts.

Claims

Kollisionsschutzverfahren für Fahrzeuge zur Auslösung eines Warnsignals und/oder eines vorgebbaren Fahrmanövers bei Gefahr einer Kollision mit einem vorgebbaren Objekt, insbesondere Kollisionsschutzverfahren für Landfahrzeuge zur Verringerung der Gefahr einer Kollision mit einem anderen Verkehrsteilnehmer, wobei vorgebbare mögliche Kollisionsobjekte, insbesondere Fußgänger (P), erkannt werden, Weg und eine Relativgeschwindigkeit ${\vec{v}}_{r e l} = {\vec{v}}_{v e h} - {\vec{v}}_{P D}$
des Objektes (P) zum Fahrzeug (10) als resultierender Vektor der Geschwindigkeit ${\vec{v}}_{v e h}$
des Fahrzeugs (10) zur Geschwindigkeit ${\vec{v}}_{P D}$
des Objektes (P) ermittelt werden, und geprüft wird, ob der Weg des Objektes (P) eine vorgebbare Nahzone des Fahrzeuges (10) durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrzeug (10) rechnerisch ein virtueller Kollisionsschlauch (K) in Form eines fahrzeugfesten Kanals oder Flächenstreifens zugeordnet wird, dessen Längsachse zum Vektor der relativen Bewegungsgeschwindigkeit ${\vec{v}}_{r e l}$
des Objektes (P) zum Fahrzeug (10) parallel ausgerichtet ist und dessen Querschnitt oder Breite derart bemessen ist, dass der Kanal das gesamte Fahrzeug (10) aufnimmt bzw. das Fahrzeug (10) mit seiner gesamten Grundfläche vom Kollisionsschlauch (K) überdeckt wird, und abgefragt wird, ob sich das Objekt (P) im Kollisionsschlauch (K) befindet oder nicht, und falls diese Prüfung als Ergebnis „ja“ liefert, aus der Relativgeschwindigkeit ${\vec{v}}_{r e l}$
des Objektes bzgl. des Fahrzeuges (10) eine Zeitspanne (TTC) ermittelt, innerhalb der das Objekt (P) die Nahzone erreichen wird.
Kollisionsschutzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ermitteln der Zeitspanne (TTC) unterbleibt, wenn die Prüfung als Ergebnis „nein“ liefert.
Kollisionsschutzverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob die ermittelte Zeitspanne (TTC) oberhalb eines oberen Schwellwertes (T_O) und/oder zwischen dem oberen Schwellwert (T_O) und einem unteren Schwellwert (T_U) und/oder unterhalb des unteren Schwellwertes (T_U) liegt.
Kollisionsschutzverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das System untätig bleibt, wenn die Zeitspanne (TTC) oberhalb des oberen Schwellwertes (T_O) liegt und/oder ein Warnsignal erzeugt, wenn die Zeitspanne (TTC) zwischen dem oberen und dem unteren Schwellwert (T_O, T_U) liegt, und/oder ein automatisches Fahr- oder Bremsmanöver zur Kollisionsverhinderung auslöst, wenn die Zeitspanne (TTC) unterhalb des unteren Schwellwertes (T_U) liegt.
Kollisionsschutzverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand gegenüber einem vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten wird, wenn die ermittelte Zeitspanne (TTC) erheblich größer als der obere Schwellwert (T_O) ist.
Kollisionsschutzverfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollisionsschlauch (K) seitlich des Fahrzeuges (10) um einen Sicherheitszuschlag (k) vergrößert bzw. verbreitert ist.
Kollisionsschutzverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zeitspanne (TTC) diejenige Zeit ermittelt wird, die das Objekt (P) nach einer letzten Erfassung bei gleichbleibender Relativgeschwindigkeit ${\vec{v}}_{r e l}$
bis zum Erreichen einer Querlinie (Q) bezüglich der Fahrzeuglängsachse benötigen wird.
Kollisionsschutzverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keine Zeitspanne (TTC) errechnet wird, wenn das Objekt (P) relativ zum Fahrzeug (10) eine außerhalb des Kollisionsschlauches (K) erstreckte Bewegungsbahn (f) aufweist.
Kollisionsschutzsystem für Fahrzeuge zur Auslösung eines Warnsignals und/oder eines vorgebbaren Fahrmanövers bei Gefahr einer Kollision mit einem vorgebbaren Objekt (P), insbesondere Kollisionsschutzsystem für Landfahrzeuge zur Verringerung der Gefahr einer Kollision mit einem anderen Verkehrsteilnehmer bzw. Fußgänger, das zur Durchführung des Kollisionsschutzverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Kollisionsschutzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein rechnergestütztes fahrzeugseitiges Abtastsystem, welches vorgebbare mögliche Kollisionsobjekte, insbesondere Fußgänger (P), erkennt, dazu ausgebildet ist, Weg und Geschwindigkeit (VPV) des Objektes (P) als Vektoren relativ zum Fahrzeug (V) zu ermitteln und zu prüfen, ob der Weg des Objektes (P) eine vorgebbare Nahzone des Fahrzeuges (10) durchsetzen wird, und falls diese Prüfung als Ergebnis „ja“ liefert, aus der Relativgeschwindigkeit ${\vec{v}}_{r e l}$
des Objekts bzgl. des Fahrzeugs (10) eine Zeitspanne (TTC) ermittelt, innerhalb der das Objekt (P) die Nahzone erreichen wird.