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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Darstellung von Fahrerinformationen, insbesondere
für ein
Fahrzeug-Navigationssystem.
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Fahrzeug-Navigationssysteme ermitteln
aus vom Fahrer eingegebenen Zieldaten, Positionsdaten und Kartendaten
Zielführungsanweisungen,
die den Fahrer entlang einer sicheren, schnellen und direkten Fahrtroute
zu dem Ziel führen.
Die Zielführungsanweisungen,
insbesondere durchzuführende
Manöver,
werden vom Navigationssystem akustisch oder optisch durch Ausgabe
von Pfeilen auf einer Anzeigeeinrichtung im Dashboardbereich des
Fahrzeugs ausgegeben. Weiterhin können zum Teil durch Abstandssensoren
Geschwindigkeiten des eigenen Fahrzeugs und anderer Verkehrsteilnehmer
ermittelt und hierdurch Gefahrensituationen erkannt werden.
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Bei der optischen Ausgabe von Zielführungsanweisungen
mit der Darstellung auf einem Anzeigefeld einer Anzeigeeinrichtung
werden im Allgemeinen generalisierte, insbesondere abstrahierte
bzw. vereinfachte Fahrsituationsdarstellungen, z. B. Kreuzungsdarstellungen
ausgegeben, in denen die durchzuführenden Fahrmanöver, z.
B. ein Abbiegevorgang, hervorgehoben sind.
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Durch die generalisierte Darstellung
der Fahrsituation und die grafisch hervorgehobenen Zielführungsanweisungen
wird die Ablenkung des Fahrers vom Verkehrsgeschehen zwar gering
gehalten und der technische Aufwand der aktuellen Kartenermittlung
und Ermittlung der anzuzeigenden Zielführungssignale begrenzt. Dennoch
wird die Aufmerksamkeit des Fahrers durch den erforderlichen zeitweisen
Blick auf die Anzeigeeinrichtung, in der er sich jedes Mal zunächst neu
zurechtfinden und die angezeigten Informationen auf seine Fahrumgebung, seine
Position und Orientierung übertragen
muss, be einträchtigt,
was zu einer Verringerung der Fahrsicherheit führt. Auch können von der Steuereinrichtung
des Navigationssystems erkannte Gefahrensituationen zwar auf der
Anzeigeeinrichtung und ggf. akustisch ausgegeben werden; hierbei
wird der das Fahrumfeld betrachtende Fahrer diese Informationen jedoch
oftmals nicht schnell genug der realen Situation zuordnen können und
daher ggf. nicht schnell genug in entsprechender Weise auf die Gefahrensituation
reagieren können.
Die plötzliche
Ausgabe von Gefahren- und Warnsignalen kann sogar zu einer Verwirrung
des Fahrers in schwierigen Fahrsituationen führen, die seine Aufmerksamkeit
beeinträchtigen.
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Weiterhin ist insbesondere bei unübersichtlichen
Kreuzungsgeometrien die Vermittlung der Zielführungsanweisungen problematisch,
da z. B. Abbiegemanöver
für den
Fahrer oftmals nur schwer in richtiger Weise von der Anzeigeeinrichtung
auf die Straßensituation
zu übertragen
sind; daher nimmt derzeit ein Fahrer bei komplexen Kreuzungsgeometrien
oftmals eine zu frühe
oder zu späte
Abbiegemöglichkeit wahr.
Zwar können
hierzu zusätzlich
Entfernungsangaben oder Darstellungen der Entfernung mit abnehmenden
Balken ausgegeben werden, jedoch sind auch derartige zusätzliche
Angaben oftmals für
den Fahrer nur schwer auf die reale Fahrsituation zu übertragen
und können
seine Aufmerksamkeit – insbesondere
bei schwieriger Kurvenführung,
Gegenverkehr und schwer erfassbaren weiteren Verkehrsteilnehmern
wie Fahrrädern
und Fußgängern – weiter beeinträchtigen.
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Bei Anzeigeeinrichtungen mit dreidimensionaler
Kartendarstellung werden z. B. der zurückzulegende Weg, Hinweisschilder
oder das Ziel selbst hervorgehoben dargestellt. Hierbei kann ein
in Fahrtrichtung gerichteter Beobachtungsstandpunkt des Fahrers
in einer in der Regel wählbaren
Höhe über dem Fahrzeug
gewählt
werden. Aufgrund insbesondere des technischen Aufwandes ist der
dargestellte Inhalt jedoch oftmals sehr abstrakt und lückenhaft
gehalten. Hierdurch und durch Abweichungen des frei wählbaren
Betrachtungswinkels von der tatsächlichen
Perspektive des Fahrers wird für
den Fahrer die Herstellung eines Zusammenhangs mit der von ihm real
wahrgenommenen Fahrsituation erschwert.
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Weiterhin sind Verfahren und Systeme
bekannt, bei denen dem Fahrer relevante Informationen direkt z.
B. über
Datenbrillen oder Head-Up-Displays in sein Sichtfeld eingeblendet
werden. Hierdurch kann der Fahrer seinen Blick stets auf die Fahrbahn und
die umgebende Fahrbahnsituation gerichtet halten und ergänzend Informationen
aufnehmen. Die
US 5,883,739 beschreibt
ein Verfahren, bei dem Bilder des linken und rechten Blickfeldes
gebildet und zu einem Stereo-Bild auf eine hinter der Windschutzscheibe
angeordnete Sichtscheibe überlagert
werden. Hierdurch können
z. B. Pfeile als Zielführungsobjekte
eingeblendet werden.
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Aus Int. J. of Vehicle Design, Vol.
19, No. 2, 1998, A. Steinfeld and P. Green "Driver responses to navigation information
on full-windshield, head-up displays" ist es bekannt, Navigationsinformationen entweder
auf einer Anzeigeeinrichtung der Instrumententafel wiederzugeben
oder der Straßenszene auf
der Windschutzscheibe zu überlagern.
Bei einer derartigen Überlagerung
werden kürzere
Reaktionszeiten des Fahrers erreicht als bei Ausgabe auf der zusätzlichen
Anzeigeeinrichtung.
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Die
DE 198 52 662 A1 zeigt ein Verfahren zur multimediagestützten Navigation
eines Fahrzeugs in einem Straßennetz,
bei dem Fahranweisungen, die sich auf markante Objekte entlang der
Fahrtroute beziehen, akustisch durch Sprachausgaben und durch eine
optische Ausgabe an den Fahrer ausgegeben werden. Eine Recheneinrichtung
zur Fahrtroutenbestimmung ermittelt eine Fahrtroute aus einer digitalen Karte
und der von einem globalen Positionsbestimmungssystem ermittelten
Position. Eine Recheneinrichtung zur Ausgabe von Fahranweisungen
ermittelt markante Objekte, die mit den Fahranweisungen verknüpft werden.
Die optische Ausgabe kann insbesondere durch Anwendung des Objektes
auf einer Anzeigeeinrichtung erfolgen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
bieten demgegenüber
insbesondere den Vorteil, dass dem Fahrer Zielführungsanweisungen in realistischer
Weise ohne allzu große
kognitive Belas tung und Ablenkung vom Verkehrsgeschehen übermittelt
werden können. Hierbei
werden die Fahranweisungen als Zielführungsobjekte und vorteilhafterweise
zusätzliche
Informationen als Informationsobjekte lagerichtig in einem realen
bzw. realistischen Bild der Fahrzeugumgebung eingesetzt.
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Die erfindungsgemäß ausgegebenen Zielführungsobjekte
dienen als Zielführungsanweisungen
können
insbesondere Fahrtrichtungsangaben, z.B. sich über Abbiegungen, Kreuzungen
oder ganze Kreisverkehrs- oder Kreuzungssysteme erstreckende Pfeile,
sein. Zusätzliche
Informationen können insbesondere
zu Objekten der Umgebung, z. B. Hinweise auf Gebäude, ihre historische Bedeutung, Funktionen
oder auf landschaftliche Gegebenheiten wie Flüsse, Berge, Seen, Landschaften,
ausgegeben werden.
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Der Fahrer kann erfindungsgemäß den Blick auf
dem Verkehrsgeschehen halten und die Zielführungsanweisungen und ggf.
weiteren Informationen aufgrund der lagerichtigen Zuordnung direkt
den realen Positionen im Verkehrgeschehen zuordnen, ohne Abstraktionen
der angezeigten Informationen durch z. B. Umsetzung einer Pfeilsymbolik
auf reale Kreuzungssituationen vornehmen zu müssen. Somit ist er kognitiv
geringer belastet und in seinen Entscheidungen sicherer.
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Erfindungsgemäß können die Zielführungsobjekte
und ggf. weiteren Informationsobjekte vorteilhafterweise auf einer
transparenten Sichtscheibe im Sichtfeld des Fahrers zwischen seiner
Fahrumgebung und seiner Position, insbesondere auf der Windschutzscheibe
selbst oder einer dahinter angeordneten Sichtscheibe, eingeblendet
werden. Hierzu kann insbesondere eine Projektion auf die Windschutzscheibe
oder eine dahinter angeordnete transparente Sichtscheibe erfolgen;
weiterhin kann die Darstellung auch auf einer vom Fahrer selbst
getragenen Sichtscheibe erfolgen, z. B. auf einer Datenbrille oder
einem vorklappbaren Visier eines Helms.
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Weiterhin ist es auch eine Darstellung
der Zielführungsobjekte
auf einer Anzeigeeinrichtung, z. B. im Dashboardbereich des Fahrzeuges,
möglich. Hier bei
wird die vom Fahrer real wahrgenommene Fahrumgebung bzw. Fahrszene
durch z. B. eine an oder in dem Fahrzeug befestigte Kamera aufgenommen
und als Kartendarstellung auf dem Anzeigefeld der Anzeigeeinrichtung
zusammen mit den Zielführungsobjekten
und ggf. Informationsobjekten wiedergegeben. Der Fahrer muss bei
dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
zwar kurz den Blick vom Sichtfeld der Straßensituation nehmen; da er
in dem Anzeigefeld der Anzeigeeinrichtung jedoch direkt die auch
von ihm gesehene Fahrumgebung realistisch wiederfindet, kann er
die eingeblendeten Zielführungssignale
und ggf. weiteren Objektinformationen direkt zuordnen.
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Auf besonders bevorzugte Weise können die eingeblendeten
Zielführungsobjekte
unter Berücksichtigung
von weiterhin im Blickfeld des Fahrers sichtbaren Verdeckungsobjekten
bzw. Verdeckungsbereichen gebildet werden. Hierbei werden die ersten
Zielführungsausgangsobjekten
beschnitten, indem Verdeckungsbereiche berücksichtigt werden, die aus
Kartendaten oder z. B. auch aus von einem Sensor des Fahrzeugs ermittelten
Hindernissen berechnet werden. Aus den ersten Zielführungsausgangsobjekten
werden hierbei diejenigen Teilbereiche herausgeschnitten, die im
Sichtfeld des Fahrers hinter Verdeckungsbereichen bzw. Verdeckungsobjekten
liegen. Somit wird eine realistische Darstellung erreicht, bei der
die angezeigten Zielführungsobjekte – und ggf.
auch weiteren Informationsobjekte – in die vom Fahrer sichtbare
Fahrumgebung eingebettet werden und somit ohne weitere gedankliche
Umsetzung vom Fahrer der Fahrumgebung zugeordnet werden können.
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Die Kartendaten können sowohl aus einem im Fahrzeug
befindlichen Kartenspeicher, z. B. einem digitalen Datenträger wie
einer CD-ROM, als auch über
Datenfernübertragung
erhalten werden. Die Positionsdaten können – in an sich bekannter Weise – von einem
globalen Positionsbestimmungssystem, einem Wegstreckensensor oder
einem Drehratensensor bzw. einer Kombination hiervon – ermittelt
werden. Hierdurch werden die Position und Orientierung, d. h. Fahrtrichtung
des Fahrzeugs, ermittelt und den Kartendaten in eindeutiger Weise
zugeordnet. Die Zielführungsanweisungen
werden in an sich bekannter Weise durch Navigationsalgorithmen aus
vom Fahrer einge gebenen Zieldaten und den Positionsdaten des Fahrzeugs
ermittelt. Die ggf. zu berücksichtigenden
Verdeckungsobjekte können direkt
aus den Kartendaten oder durch zusätzliche Sensoren des Fahrzeugs,
z.B. Abstandssensoren auf Ultraschall-, Infrarot- oder Radarbasis,
sowie auf der Auswertung von Stereobildern, insbesondere durch Photogrammetrie,
ermittelt werden.
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Der Erfindung wird im Folgenden anhand
der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform
mit einem Anzeigefeld im Sichtfeld des Fahrers;
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2 ein
Blockdiagramm gemäß einer
weiteren Ausführungsform
bei Anzeige auf einem Anzeigefeld einer Anzeigeeinrichtung;
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3 ein
Blockdiagramm gemäß einer
weiteren Ausführungsform
mit einer Berücksichtigung von
Verdeckungen;
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4a, b von dem Fahrer in den Anzeigen sichtbare
Darstellungen bei a) den Ausführungsformen
der 1, 2 und b)
der 3.
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Eine Vorrichtung 1 zur Darstellung
von Fahrerinformationen für
ein Fahrzeug F weist einen Kartenspeicher 2 auf, z. B.
ein digitales Speichermedium in dem Kraftfahrzeug F oder eine extern
vorgesehene, über
Datenfernübertragung
mit dem Kraftfahrzeug F in Verbindung stehende Kartendatenbank. Aus
dem Kartenspeicher 2 werden Kartensignale K an eine Navigationseinrichtung 3 ausgegeben.
Die Navigationseinrichtung 3 nimmt weiterhin von einem Positionssensor 4 eines
Globalen Positionsbestimmungssystems (GPS) Positionssignale P und
von einer Eingabeeinrichtung 5 Zieldaten Z, z. B. vom Fahrer
eingegebene Zielkoordinaten oder Namensangaben eines Zielortes,
auf. Die Navigationseinrichtung 3 berechnet in an sich
bekannter Weise Zielführungsanweisungen
und gibt entsprechende Zielführungssignale
ZF, die ein Orientierungssignal zur Fahrtrichtungszuordnung umfassen,
an eine Ermittlungseinrichtung 6 aus. Die Ermittlungseinrichtung 6 nimmt weiterhin
Positionsdaten P des Positionssensors 4 und Kartendaten
K des Kartenspeichers 2 auf und ermittelt hieraus erste
Zielführungsobjekte
G1, die einer Darstellung in einer Karte der Fahrumgebung entsprechen.
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Weiterhin können von der Navigationseinrichtung 3 relevante
Objekte, z. B. Gebäude,
Landschaften, Sehenswürdigkeiten,
im Blickfeld des Fahrers auf der Grundlage von Kartendaten K und
Positionssignalen P ermittelt und Informationssignale 1 mit
Informationen über
diese Objekte, z. B. ihre Namen und Funktionen, an die Ermittlungseinrichtung 6 ausgegeben
werden. Die Ermittlungseinrichtung 6 ermittelt Informationsobjekte
IO, z. B. Tafeln mit Angaben über
die Objekte.
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Eine Berechnungseinrichtung 7 nimmt
die ersten Zielführungsobjekte
G1, Kartendaten K und Positionsdaten P auf und ermittelt Zielführungsanzeigeobjekte
ZO, die Angaben über
Form, Größe und Koordinaten
in einem Anzeigefeld 10 enthalten. Die Zielführungsanzeigeobjekte
ZO können
insbesondere als Projektionsabbildungen der Zielführungsobjekte
G1 aus Sicht des Fahrers gebildet werden. Weiterhin werden die Informationsobjekte
IO an die Berechnungseinrichtung 7 weitergegeben, die die
Koordinaten der Informationsobjekte IO im Anzeigefeld 10 berechnet;
hierbei können
die Informationsobjekte IO verändert
werden.
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Die Berechnungseinrichtung 7 gibt
die Zielführungsanzeigeobjekte
ZO und die Informationsobjekte IO einschließlich ihrer Koordinaten an
eine Projektionseinrichtung 8 weiter, die sie bei dieser
Ausführungsform
wiederum als Lichtsignale auf ein Anzeigefeld 10 einer
transparenten Sichtscheibe 9 wirft. Die Sichtscheibe 9 ist
hierbei zwischen dem Fahrer und der von ihm beobachteten Fahrzeugumgebung, d.h.
im Blickfeld des Fahrers, angeordnet; sie kann z. B. die Windschutzscheibe
selbst oder eine hinter der Windschutzscheibe angeordnete transparente
Sichtscheibe 9 sein. Der Fahrer nimmt somit das Zielführungsanzeigeobjekt
ZO – in
der gezeigten Ausführungsform
einen eine Linksabbiegung anzeigenden Pfeil ZO – lagerichtig in der von ihm durch
das ansonsten transparente Anzeigefeld 10 gesehenen Fahrzeugumgebung
wahr. Die Navigationseinrichtung 3, Ermittlungseinrichtung 6 und
Berechnungseinrichtung 7 können integriert als eine Steuereinrichtung 11 ausgebildet
sein.
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Bei der Ausführungsform der 2 erfolgt eine Darstellung auf einer
separaten Anzeigeeinrichtung 22. Hierzu werden die ersten
Zielführungsobjekte
G1 und Informationsobjekte IO wie bei der ersten Ausführungsform
ermittelt und an eine bilderzeugende Einrichtung 14 ausgegeben.
Eine Monokamera oder zwei Kameras 12a, 12b, die
z. B. innerhalb des Fahrzeugs F unterhalb des Dachhimmels angeordnet
sind, nehmen die Fahrumgebung in Blickrichtung des Fahrers auf und
geben Umgebungsbildsignale U1, U2 an eine Auswerteeinrichtung 15,
die erste Bildsignale U an die bilderzeugende Einrichtung 14 ausgibt.
Die bilderzeugende Einrichtung 14 ermittelt wiederum Zielführungsanzeigeobjekte
ZO und überlagert
diese und die Informationsobjekte IO den ersten Bildsignalen U und
gibt zweite Bildsignale B an ein Anzeigefeld 20 der Anzeigeeinrichtung 22 aus. Auch
bei dieser Ausführungsform
kann der Fahrer somit die ihm aktuell vertraute Fahrszene in einem realen
bzw. realitätsangepassten
Bild wiedererkennen und hierbei Zielführungsanzeigeobjekte ZO und Informationsobjekte
IO direkt dem Straßenverkehr zuordnen,
wozu er allerdings seinen Blick von der Fahrumgebung zu der Anzeigeeinrichtung 22 wenden
muss. Bei der zweiten Ausführungsform
der 2 können die
Navigationseinrichtung 3, Ermittlungseinrichtung 6,
Auswerteeinrichtung 15 und bilderzeugende Einrichtung 14 integriert
als eine Steuereinrichtung 16 mit entsprechender Programmierung
ausgebildet sein.
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Bei der Ausführungsform der 3 werden gegenüber den ersten beiden Ausführungsformen der 1, 2 die Zielführungsanzeigeobjekte ZO und Informationsobjekte
IO entsprechend beschnitten ausgegeben, um ihre Wahrnehmung in realer
Weise an teilweisen Verdeckungen durch Verdeckungsobjekte im dem
vom Fahrer sichtbaren Fahrumfeld/Blickfeld anzupassen. Der Vorgang
des Beschneidens, d.h. Entfernens von Teilbereichen, kann entweder
wie in 3 gezeigt in
der Karte, d.h. bei den Objekten G1, IO der Kartendarstellung, oder auch
in den auf dem Anzeigefeld 10, 20 darzustellenden
Zielführungsanzeigeobjekten
ZO und Informationsobjekten IO erfolgen.
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Die ersten Zielführungsobjekte G1 und Informationsobjekte
IO1 werden von der Ermittlungseinrichtung 6 zunächst an
eine Beschneidungseinrichtung 21 ausgegeben. Die Beschneidungseinrichtung 21 ermittelt
Teilbereiche TB der Zielführungsobjekte G1
und Informationsobjekte IO1, die in Blickrichtung – gerader
Linie – hinter
einem Verdeckungsobjekt liegen, d.h. zwischen denen und der Position
des Fahrers mindestens ein Verdeckungsobjekte V1, V2 liegt. Da ein
Teilbereich TB aufgrund der vorderen Position des Verdeckungsobjektes
V1 verdeckt wird, wird er entfernt oder als verdeckter Bereich anders,
z. B. mit anderer Farbe, Helligkeit, Schattierung oder gestrichelten
Umrisslinien, dargestellt. Hierdurch werden zweite Zielführungsobjekte
G2 und zweite Informationsobjekte IO2 ermittelt, nachfolgend wiederum
der Berechnungseinrichtung 7 bzw. der bilderzeugenden Einrichtung 14 eingegeben
und wie bei den obigen Ausführungsformen
der 1 oder 2 Zielführungsanzeigeobjekte ZO und
Informationsobjekte IO auf einem Anzeigefeld 10 bzw. 20 dargestellt.
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Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform kann
die Beschneidungseinrichtung 21 grundsätzlich auch hinter der Projektionseinrichtung 7 angeordnet sein
und somit Verdeckungen direkt auf dem anzuzeigenden Bild als Überlappungen
der zweidimensionaler Flächenbereiche
erkennen und entfernen.
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Die Navigationseinrichtung 3,
Ermittlungseinrichtung 6, Beschneidungseinrichtung 15 und
Berechnungseinrichtung 7 können integriert als eine Steuereinrichtung 23 mit
entsprechender Programmierung ausgebildet sein.
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Bei sämtlichen Ausführungsformen
können ergänzend akustische
Signale ausgegeben werden. Insbesondere bei der 2 können
hierbei bei Ausgabe von Zielführungsanzeigeobjekten
ZO und/oder Informationsobjekten IO oder auch bei Änderung
dieser Objekte ZO, IO akustische Signale ausgegeben werden, damit
der Fahrer kurz den Blick auf das Anzeigefeld 20 richtet.