DE19602766A1

DE19602766A1 - Warnsystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE19602766A1
Application number: DE19602766A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kinoshita; Atsushi Ikeda; Kazumasa Arai
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2016-01-27
Also published as: DE19602766C2; US5642093A

Description

Die Erfindung betrifft ein Warnsystem für ein Fahrzeug, zum Unterstützen des Fahrers beim sicheren Fahren und insbeson dere ein Warnsystem zum Bewahren des Fahrers vor einem Ein dämmern bei Fahrt des Fahrzeuges, zum Vermeiden einer Kolli sion und zum Bewahren des Fahrzeuges vor einem Verlassen seiner Fahrspur ohne Absicht des Fahrers.

Jüngst wurde ein ADA-System (Active Drive Assist system), d. h. ein umfassendes Fahrer-Unterstützungssystem zum aktiven Unterstützen des Fahrers bei Fahren des Fahrzeuges entwic kelt mit dem Ziel, die Sicherheit von Fahrzeugen im Sinne einer Vermeidung der fortschreitend zunehmenden Verkehrsun fälle zu verbessern.

Eine entscheidende Funktion eines ADA-Systems ist das Erken nen der Umgebungszustände. Die fortschreitende Technik macht das dreidimensionale Erkennen mit für die Praxis hinreichen der Genauigkeit und Zeitverzögerung durch Verarbeiten von Bildinformationen einer vor dem Fahrzeug liegenden Szenerie möglich, die durch mehrere Kameras aufgenommen wird. Das ADA-System soll dem Fahrer sicheres Fahren unter vielen Aspekten durch Verwenden von Bilddaten der Straßenbedingun gen und der Verkehrsbedingungen ermöglichen, wenn der Fahrer hinsichtlich der zu treffenden Fahrmaßnahmen versagt, wenn der Fahrer zur. Seite schaut und/oder wenn der Fahrer am Lenkrad bei längerem monotonen Fahren eindämmert.

Ein früher vorgeschlagenes Fahrerunterstützungssystem ba siert auf dem Konzept, daß jede Operation eines Fahrzeuges vom Menschen gesteuert wird, und stellt auf präventive Sicherheit zum Vermeiden von zu erwartenden Gefahren ab. Das Fahrerunterstützungssystem gibt eine Warnung zum Warnen des Fahrers bei einer zu erwartenden Gefahr ab, um dem Fahrer beim sicheren Fahren zu unterstützen, wenn eine Fahrzeugkol lision oder eine Außerkursfahrt drohen, und führt zeitweilig Maßnahmen anstelle des Fahrers durch, wenn der Fahrer geeig nete Maßnahmen zum Vermeiden der Gefahr in Antwort auf die Warnung unterläßt, um eine Fahrzeugkollision oder eine Au ßerkursfahrt zu vermeiden, indem das System automatisch das Bremssystem, die Drosselklappe und/oder das Lenksystem an steuert, um das Fahrzeug in einen sicheren Fahrzustand zu rückzuleiten.

Die von dem ADA-System vorgenommene Warnung ist für den Fah rer sehr nützlich, um verschiedene mögliche Ereignisse ab zuschätzen und die präventive Fahrsicherheit zu verbessern. Es ist daher erforderlich, eine Warnung richtig abzugeben, um dem Fahrer gefahrenvermeidende Maßnahmen zu ermöglichen, und zwar durch Beurteilen der Situation und genaues Abschät zen von möglichen Ereignissen unter effektivem Einsatz der Bilddaten.

Eines der möglichen Ereignisse ist ein Eindämmern des Fah rers beim Fahren aufgrund des Nachlassens seiner Wachsam keit. Straßen, auf denen Fahrzeuge fahren, werden grob in "offene", d. h. für jederlei Verkehr zugelassene Straßen, und in "Autostraßen", d. h. nur für Kraftfahrzeuge zugelassene Straßen, wie Autobahnen, klassifiziert. Da offene Straßen sowohl von Fahrzeugen als auch von Fußgängern benutzt werden und Verkehrssignale auf offenen Straßen installiert sind, muß der Fahrer häufig Fahreroperationen zum Starten, Be schleunigen, Anhalten, Fahren um scharfe Kurven und derglei chen durchführen und muß ständig auf Fußgänger achten, um sicher zu fahren. Daher ist der Fahrer durch kontinuierliche Reiz-Stimulation während des Fahrens auf offenen Straßen an einem Eindämmern gehindert, und folglich liegt die Wachsam keit des Fahrers notwendig auf einem hohen Niveau. Allgemein läßt die Wachsamkeit des Fahrers bei langem Fahren in mono toner Fahrweise nach, bei der häufige Fahreroperationen un nötig sind. Die Verkehrsbedingungen auf Autostraßen, die von denjenigen auf offenen Straßen abweichen, zwingen den Fahrer zum langdauernden, monotonen Fahren, so daß folglich die Wachsamkeit des Fahrers abnimmt und der Fahrer in einen Däm merzustand fallen kann. Jedoch wird die Wachsamkeit des Fah rers auf hohem Niveau selbst bei lang andauerndem Geradeaus fahren, welches nur wenige Fahreroperationen verlangt, auf rechterhalten, wenn nur ein einziger psychologischer Stimu lus oder Reiz, wie ein Reiz ausgehend von einem überholenden oder in die eigene Fahrbahn einfahrenden Fahrzeug her stam mender Reiz vorliegt, der eine visuelle Reizung des Fahrers verursacht. Es ist daher wünschenswert, das Maß der Wachsam keit des Fahrers durch Detektieren von sichtbaren Gegenstän den, welche einen psychologischen Stimulus oder Reiz auf den Fahrer ausüben, zu bestimmen und dem Fahrer eine Warnung gegen Eindämmern zu vermitteln. Es ist dazu notwendig, zu ermitteln, ob das Fahrzeug auf einer Autostraße oder einer offenen Straße fährt, und den Fahrer bezüglich eines Eindäm merns insbesondere dann zu überwachen, wenn das Fahrzeug auf einer Autostraße fährt.

Wie allgemein bekannt ist, besteht eine hohe Unfallwahr scheinlichkeit von Fahrzeugen, die von dahindämmernden oder einnickenden Fahren gefahren werden, und zwar durch Auffah ren auf vorausfahrende Fahrzeuge oder durch Außerspurfahrt. Es ist daher wünschenswert, den Fahrer als präventive Sicherheitsmaßnahme zu einem frühen Zeitpunkt zu warnen, um das Eindämmern des Fahrers zu verhindern, wenn seine Wach samkeit auf einem niedrigen Niveau ist, und somit eine vor hersehbare Kollision oder Außerspurfahrt zu vermeiden.

Ein erstes Eindämmer-Warnsystem gemäß JP-B 59-16968 setzt einen festen Straßenabschnitt, entscheidet, daß dieser Stra ßenabschnitt monoton ist, wenn die Anzahl der ausgeführten Operationen in diesem Straßenabschnitt nicht größer als eine vorgegebene Anzahl ist, und löst einen Weckalarm aus, wenn die Anzahl von aufeinander folgenden monotonen Straßenab schnitten eine Referenz-Anzahl überschreitet. Ein zweites Warnsystem nach dem Stand der Technik gemäß JP-B 59-16969 ermittelt, daß das Fahrzeug in monotonem Fahrbetrieb dann ist, wenn die Frequenz oder Häufigkeit der Veränderung der Winkelposition des Lenkrades oder der Betriebsstellung des Gaspedales kleiner als eine vorgegebene Frequenz ist. Ein drittes Warnsystem gemäß JP-B 61-53250 detektiert eine Umge bung, die wahrscheinlich zu einem Absenken des Wachsamkeits niveaus der Sinne des Fahrers führt, indem das System basie rend auf der Art der Lenkradbetätigung die Lenkwinkel akku muliert, um welche das Lenkrad in dieser Umgebung verdreht wird, die Straßenbedingungen basierend auf dem kumulativen Lenkwinkel prüft, entscheidet, daß die Straße monoton ist und eine Warnung abgibt, wenn der kumulative Lenkwinkel kleiner als ein gesetzter Wert ist.

Ein viertes Eindämmer-Warnsystem gemäß JP-A 5-162596 ermit telt sichere Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Abstände in Abhängigkeit von den Fahrgeschwindigkeiten im voraus, entscheidet, daß eine Kollision wahrscheinlich ist, wenn der laufende Fahr zeugabstand kleiner als ein Sicherheits-Fahrzeugabstand für die spezifische Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges ist, und gibt eine Warnung ab. Der Warnzeitpunkt wird an das Niveau der Wachsamkeit der Sinne des Fahrers angepaßt, die basie rend auf den Standardabweichungen der Fahrzeug-zu-Fahrzeug- Abstände bei Anlegen der Bremse und der Fahrzeug-zu-Fahr zeug-Abstände bei normalem Fahren ermittelt wird.

Da diese Eindämmer-Warnsysteme monotone Fahrzustände basie rend auf dem Lenkmuster oder dem Muster der Gaspedalbetäti gung des Fahrers detektieren und eine Warnung abhängig von den Straßenbedingungen abgeben, sind diese Systeme unfähig, den Grad der Wachsamkeit des Fahrers abhängig von psycholo gischen Stimuli oder Reizzuständen des Fahrers zu detektie ren, so daß die Warnsysteme nach dem Stand der Technik häu fig unnötige Warnungen abgeben. Wenngleich das Niveau der Wachsamkeit der Sinne des Fahrers, auf deren Basis der Zeit ablauf zum Abgeben einer Warnung eingestellt wird, ausgehend vom Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Abstand ermittelt wird, bei dessen Unterschreiten die Bremse zu betätigen ist, hängt die Art der Betätigung der Bremse von den Verkehrsbedingungen ab und bildet kein geeignetes Kriterium für die Bewertung des Ni veaus der Wachsamkeit der Sinne des Fahrers.

Ein fünftes Dokument nach dem Stand der Technik, welches ein Fahren im Dämmerzustand detektieren soll, ist in der JP-A 5-155269 offenbart und nutzt die Tatsache aus, daß der Lenk winkel nur langsam variiert und daß Komponenten, die mit niedriger Frequenz arbeiten, zunehmen, wenn die Sinne des Fahrers abstumpfen, um Fahren im Dämmerzustand zu detektie ren. Dieses System zum Detektieren von eindämmernden Fahrern definiert eine charakteristische Frequenz, die für den Fah rer spezifisch ist, aus dem Frequenzspektrum, wobei die Be wegungen des Fahrzeugs bei normaler Fahrt angezeigt werden, extrahiert eine Niederfrequenz-Komponente mit einer Fre quenz, die niedriger als die charakteristische Frequenz zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem Starten der Antriebs operation ist, und zwar um einen vorbestimmten Wert, und ermittelt, ob oder ob nicht der Fahrer in einem abgestumpf ten Fahrzustand ist, und zwar auf der Basis des Vergleichs ergebnisses zwischen der niederfrequenten Komponente und einem gesetzten Sollwert.

Ein sechstes Dämmerdetektier-System gemäß der JP-A 5-178115 nutzt die Tatsache, daß der Fahrer von einer abnormen Quer abweichung des Fahrzeuges mit einer Verzögerung Kenntnis nimmt und eine vergleichsweise lange Zeit zum Korrigieren des Fahrkurses des Fahrzeuges benötigt, wenn die Sinne des Fahrers abgestumpft sind. Dieses Dämmerzustands-Detektiersy stem berechnet eine Referenzposition, d. h. eine Position des Fahrzeuges in normalem Fahrzustand, mißt die Rückkehrzeit, die zum Rückkehren des Fahrzeuges aus einer verlagerten Po sition in die Referenzposition erforderlich ist, wenn das Fahrzeug aus der Referenzposition zu einem Zeitpunkt nach Fahrbeginn verlagert ist, und entscheidet ob oder ob nicht der Fahrer in einem Dämmerzustand ist, und zwar auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der Rückkehrzeit und einer vorgegebenen Zeit.

Die Dämmer-Detektiersysteme nach dem fünften und sechsten Stand der Technik diskriminieren nicht zwischen offenen Straßen und Autostraßen, was zur folgenden Problematik bei derartigen Dämmer-Detektiersystemen führt. Allgemein haben offene Straßen vergleichsweise enge Fahrspuren; Fußgänger, parkende Autos und Fahrräder befinden sich an den Randab schnitten von offenen Straßen, Fahrzeuge fahren nahe oder auf gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie in entgegen gesetzten Richtungen und Fahrzeuge fahren mit vergleichswei se geringer Geschwindigkeit in den mittleren Abschnitten nahe der Mittellinie oder in äußeren Abschnitten der Straße. Autostraßen haben andererseits breite Fahrspuren, und die Fahrzeuge fahren schnell im wesentlichen im mittleren Ab schnitt von breiten Fahrspuren. Somit sind die Fahrmuster von Fahrzeugen und die Muster der Fahreroperationen auf Au tostraßen grundlegend von denjenigen auf offenen Straßen verschieden. Folglich kann der Dämmerzustand eines Fahrers nicht genau detektiert werden, wenn das Referenzfahrmuster des Fahrzeuges und die Referenzposition des Fahrzeuges ba sierend auf den Verkehrsbedingungen auf offenen Straßen auf Dämmerzustände übertragen werden, die sich einstellen kön nen, wenn der Fahrer auf Autostraßen fährt.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Warnsystem an zugeben, das direkt und genau das Maß an Wachsamkeit des Fahrers eines Fahrzeuges aus den psychologisch auf den Fah rer wirkenden Reizen ermitteln und zuverlässig ein Eindäm mern oder Einnicken des Fahrers und daraus resultierende Kollisionen und/oder Außerspurfahrt verhindern kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Warnsystem anzugeben, das korrekt zur Straße detektieren kann, auf wel cher der Fahrer eines Fahrzeuges in einen Dämmerzustand ge raten kann, und zwar mit Hilfe von elektrischen Mitteln, um zuverlässig das Eindämmern des Fahrers zu detektieren und den Fahrer davor zu warnen.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung zeichnet sich ein Warnsystem für ein Fahrzeug durch die Merkmale des Anspruchs 1 aus.

Ein derartiges Warnsystem ist gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 2 in vorteilhaf ter Weise weitergebildet.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist das Warnsystem durch die Merkmale des Anspruchs 3 in vorteilhafter Weise weitergebildet.

Bei dem Warnsystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erkennt die Bilderkennungsvorrichtung die Bedingungen auf dem Straßenabschnitt, der sich vor dem Fahrzeug erstreckt, sowie die Verkehrsbedingungen kontinuierlich und stellt Bilddaten bezüglich der Positionen von Fahrbahnmarkierungen bzw. -begrenzungen, bezüglich Positionen und Konturen von Hindernis sen sowie bezüglich der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges bereit. Die Reizermittlungsvorrichtung detektiert sich bewegende Objekte und Hindernisse im Sichtfeld des Fah rers basierend auf den Bilddaten und der Fahrgeschwindig keit, berechnet die Straßenbedingungen und entscheidet auf der Basis der berechneten Straßenbedingungen, ob oder ob nicht ein psychologischer Reiz oder Stimulus vorhanden ist, welcher eine Fahreroperation erfordert oder welcher den Fah rer psychologisch belastet oder seine Sehnerven stimuliert. Die Wachsamkeits-Beurteilungsvorrichtung detektiert direkt und genau das Nachlassen der Wachsamkeit des Fahrers in ei nem Fahrzustand, wenn für eine vorgegebene Zeit kontinuier lich überhaupt kein psychologischer Reiz auf den Fahrer wirkt, solange die Fahroperationen aufgrund der Konfigura tion der Straße monoton sind. Folglich wird die Genauigkeit einer Warnbetätigung gegen ein Eindämmern des Fahrers zur präventiven Sicherheit sehr erhöht.

Die Kollisionswahrscheinlichkeits-Abschätzvorrichtung schätzt die Möglichkeit einer Kollision ab, die Außerspur fahrt-Abschätzvorrichtung schätzt die Wahrscheinlichkeit von Außerspurfahrt ab, und die Warnkontrollvorrichtung gibt ein Warnsignal ab, um den Fahrer an einem Eindämmern zu hindern, wenn das Nachlassen der Wachsamkeit des Fahrers detektiert worden ist. Wenn die Wahrscheinlichkeit einer Kollision oder einer Außerspurfahrt bei niedriger Wachsamkeit des Fahrers abgeschätzt wird, stimmt die Warnkontrollvorrichtung eine Warnabgabe zeitlich so ab, daß eine Warnung so früh ausge löst wird, daß ein Eindämmern des Fahrers und damit eine resultierende Kollision und/oder Außerspurfahrt sicher ver mieden werden.

Bei dem Warnsystem nach dem zweiten Aspekt der Erfindung versteht die Wachsamkeitsbeurteilungsvorrichtung als psycho logischen Reiz auf den Sehsinn des Fahrers, daß die Breite der Fahrspur nicht größer als eine vorgegebene Breite ist, daß die Variation des Krümmungsradius der Fahrspur nicht kleiner als ein vorgegebener Wert ist, daß ein Fahrzeug vor ausfährt, daß die Möglichkeit der Kollision mit einem vor ausfahrenden Fahrzeug besteht, daß parkende Fahrzeuge und andere Hindernisse auf der Straße sich befinden, und ent scheidet, daß die Umgebung psychologisch stimulierend und die Wachsamkeit des Fahrers groß ist, wenn in der Umgebung nur eine dieser Bedingungen bzw. Reize vorhanden ist oder daß die Umgebung nicht psychologisch stimulierend ist und die Wachsamkeit des Fahrers nachläßt, wenn die Umgebung kei ne der genannten Bedingungen bzw. Reize birgt. Es ist folg lich möglich, genau zu entscheiden, ob oder ob nicht ein psychologischer Reiz herrscht, der vom Fahrer erkannt werden kann, den Fahrer psychologisch belastet und auf den Fahrer einen psychologischen Stimulus oder Reiz ausübt, wobei die Bilddaten effektiv ausgenutzt werden.

Bei dem Warnsystem nach dem dritten Aspekt der Erfindung steuert die Warnkontrollvorrichtung eine Warnoperation, wenn eine Kollision oder Außerspurfahrt zu erwarten ist, so daß eine Warnung frühzeitig abgegeben wird, um ein Eindämmern des Fahrers und eine daraus resultierende Kollision oder Außerspurfahrt sicher zu vermeiden.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein Warnsystem für ein Fahrzeug durch die Merkmale des Anspruchs 4 gekenn zeichnet.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist eine solche Warnvorrichtung in vorteilhafter Weise durch die Merkmale des Anspruchs 5 weitergebildet.

Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ist das Warnsystem nach Anspruch 4 durch die Merkmale des Anspruchs 6 in vor teilhafter Weise weitergebildet.

Bei dem Warnsystem nach dem vierten Aspekt der Erfindung erkennt die Bilderkennungsvorrichtung den sich vor dem Fahr zeug erstreckenden Straßenabschnitt und die darauf herrschenden Verkehrsbedingungen kontinuierlich in Fahrt des Fahrzeuges; die Straßendiskriminiervorrichtung entscheidet, ob oder ob nicht die Straße, auf welcher das Fahrzeug fährt, eine Autostraße ist, und zwar auf der Basis eines Straßen zollhäuschens und von Straßenbezeichnungen, die durch Bild daten oder die Konfiguration der Straße und den Fahrmodus repräsentiert sind. Wenn die Straße, auf welcher das Fahr zeug fährt, als Autostraße identifiziert ist, mißt die Refe renzwert-Berechnungsvorrichtung Muster der Fahreroperationen und der Fahrbewegungen während einer gegebenen Anfangszeit dauer und berechnet Referenzwerte, die spezifisch für die Autostraße sind, in einem Zustand, in welchem die Wachsam keit des Fahrers hoch ist, wobei individuelle Varianten in Betracht gezogen werden. Wenn das Fahrzeug auf der Autostra ße fährt, verarbeitet die Operations-/Bewegungsmuster-Be rechnungsvorrichtung die gemessenen Werte zum Anzeigen in vorgegebenen Zeitintervallen eines Fahreroperationsmusters und eines Fahrmusters, mit denen der Fahrer das Fahrzeug fährt bzw. mit dem das Fahrzeug sich bewegt, und zwar in kontinuierlichem monotonen Fahrbetrieb. Folglich kann Fahren im Dämmerzustand auf einer Autostraße genau detektiert wer den. Da ein Operationsmuster und ein Bewegungsmuster basie rend auf gemessenen Daten im Anfangsstadium des Fahrens auf einer Autostraße immer dann, wenn das Fahrzeug in die Auto straße einfährt, zum Berechnen eines für die Autostraße spe zifischen Referenzwertes bestimmt werden, kann eine indivi duelle Variation beim Auslösen einer Warnung in Betracht gezogen werden.

Die Dämmerzustands-Detektiervorrichtung vergleicht die Refe renzwerte und die gemessenen Werte zum Detektieren des Zu standes des Fahrers basierend auf den Referenzwerten, die spezifisch für die Autostraße sind und im Anfangsstadium des Fahrens ermittelt wurden, währenddessen die Wachsamkeit des Fahrers groß war, so daß das Dämmern eines Fahrers genau detektiert werden kann. Wenn die Abweichungen der gemessenen Werte von den entsprechenden Referenzwerten aufgrund einer übermäßigen Querabweichung des Fahrzeuges von dem korrekten Kurs aufgrund unzureichender Fahreroperationen wegen Nach lassens der Wachsamkeit des Fahrers beim monotonen Fahren zu groß werden, wird die Fahrweise als "Dämmerfahrweise" iden tifiziert, und eine Warnung zum Alarmieren der Aufmerksam keit des Fahrers abgegeben.

Bei dem Warnsystem nach dem fünften Aspekt der Erfindung diskriminiert die Straßendiskriminiervorrichtung zuverlässig eine Autostraße anhand eines Straßenzollhäuschens und/oder Straßenbezeichnungen, welche durch die Bilddaten bereitge stellt werden, was den Kontrollvorgang erleichtert. Wenn zwischen einer Autostraße und einer offenen Straße basierend auf deren Konfiguration und Abmessungen entsprechend den Bilddaten und dem in einer gegebenen Zeit zurückgelegten Abstand diskriminiert werden soll, ist das Erkennen eines Straßenzollhäuschens und von Straßenbezeichnungen überflüs sig. Da der im Anfangszustand des Fahrens auf der Autostraße ermittelte Referenzwert gelöscht und ein neuer Referenzwert bestimmt wird, wenn der Zustand des Fahrers und des Fahrzeu ges nach dem Fahren auf der Autostraße aufgrund z. B. einer Änderung des Fahrers oder Ausrüsten der Reifen mit Ketten verändert wird; kann die Detektion mit hoher Genauigkeit erfolgen.

Bei dem Warnsystem nach dem sechsten Aspekt der Erfindung berechnet die Referenzwert-Berechnungsvorrichtung eine Quer verlagerung des Fahrzeuges relativ zur Fahrspur basierend auf den Bilddaten, berechnet Referenzwerte, welche das Fahr muster des Fahrzeuges unter Verwendung einer Standardabwei chung der Querverlagerungen in einer vorgegebenen Zeit be stimmen, wobei die Operations-/Bewegungsmuster-Berechnungs vorrichtung die gemessenen Werte verarbeitet, welche das Fahrmuster spezifizieren, und ein Fahren im Dämmerzustand des Fahrers basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs zwischen den Referenzwerten und den Meßwerten, welche das Fahrmuster repräsentieren, detektiert wird. Somit kann ein Fahren im Dämmerzustand zu einem frühen Zeitpunkt detektiert werden, weil das Fahrverhalten des Fahrzeuges aufgrund des Fahrens mit hoher Geschwindigkeit bei Fahrt auf einer Auto straße stark variiert, selbst wenn das Lenkrad und andere Betätigungsmittel nur geringfügig beeinflußt werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich nungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Warnsystems für ein Fahr zeug gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;

Fig. 2 ein Schema eines ADA-Systems in Verbindung mit einem Fahrzeug;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Warnsystems einer ersten Ausführung der Erfindung;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, welches einen Abschnitt des Warn systems zum Entscheiden des Vorliegens eines psycho logischen Reizes verdeutlicht;

Fig. 5 ein Flußdiagramm, das ein Wachsamkeits-Beurteilungs programm sowie ein Warnkontrollprogramm darstellt;

Fig. 6A bis 6E Straßenansichten zur Erläuterung der Bilddatenanwen dung bei einem Vorgang zur Ermittlung eines psycho logischen Reizes;

Fig. 7A und 7B Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zum Abschätzen von Kollisions- und Außerspurfahrt-Wahr scheinlichkeiten;

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Warnsystems für ein Fahr zeug gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung;

Fig. 9 ein Schema eines ADA-Systemes in Verbindung mit ei nem Fahrzeug;

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Warnsystems bei einer zweiten Ausführung gemäß der Erfindung;

Fig. 11 ein Flußdiagramm eines Straßendiskriminier- und ei nes Dämmerzustands-Detektierprogrammes;

Fig. 12A und 12B Diagramme, welche jeweils die Verteilung eines Refe renzwertes und eines Meßwertes darstellen; und

Fig. 13 ein Flußdiagramm eines Straßendiskriminiersteuerpro grammes das von einem Warnsystem gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung ausgeführt wird.

Ein in ein Fahrzeug eingebautes ADA-System sei nun anhand der Fig. 2 beschrieben. Ein Fahrzeug 1 hat eine Maschine 2, die über eine Kupplung 4, ein Getriebe 5, eine Antriebswelle 6, ein hinteres Differential 7 und hintere Halbwellen 8 auf die Hinterräder 9 und über das Getriebe 5, ein Zentraldiffe rential 17, ein vorderes Differential 18 und vordere Halb wellen 9 auf die Vorderräder 10 wirken, um die Vorderräder 10 und die Hinterräder 9 anzutreiben. Das Fahrzeug 1 hat Fahrzeugsteuersystem mit einem Gaspedal 13 zum Betätigen einer zur Maschine 2 gehörenden Drosselklappe 3 zum Regulie ren der Leistung der Maschine 2, ein Bremssystem 12 umfas send ein Gaspedal 13 zum Regulieren des Bremsdruckes in ei ner Bremsleitung 14, um den Bremsdruck auf die Radzylinder der Vorderräder 10 und der Hinterräder 9 zu verteilen, und ein Lenksystem 15 mit einem Lenkrad 16 zum Lenken der Vor derräder 10.

Ein ADA-System 20 ist mit einem Drosselbetätiger 21 in Kom bination mit der Drosselklappe 3 ausgestattet, um die Lei stung der Maschine 2 selbsttätig auf ein Drosselsignal hin zu vermindern, ferner mit einem Bremsbetätiger 22, der in der Bremsleitung 14 des Bremssystems 12 zum Regulieren des Bremsdruckes auf ein Bremssignal hin zum automatischen Brem sen eingebaut ist, und einen Lenkbetätiger 23, der zum Lenk system 15 gehört, um das Lenkrad 16 auf ein Lenksignal zum automatischen Lenken anzusteuern.

Ein elektronisches Steuersystem ist z. B. mit zwei CCD-Kame ras 25 ausgestattet, die auf der rechten und linken Vorder seite des Fahrzeuges 1 angeordnet sind, sowie mit einer Bilderkennungseinheit 26, die einen stereographischen Bild- Prozessor aufweist. Die beiden CCD-Kameras 25 nehmen Bilder von Szenerien und Objekten vor dem Fahrzeug 1 als stereogra phische Bilder auf und erzeugen Bildsignale. Die Bilderken nungseinheit 26 verarbeitet die Ausgangssignale der CCD-Ka meras 25 durch Triangulation zum Berechnen der Abstände zwi schen dem Fahrzeug 1 und den davor befindlichen Objekten, erzeugt ein Abstandsbild mit dreidimensionaler Abstandsdar stellung, detektiert eine Fahrspur, ein vorausfahrendes Fahrzeug und Hindernisse getrennt von dem Abstandsbild, er kennt Fahrspurmarkierungen bzw. -begrenzungen, die dreidi mensionale Konfiguration der Straße, kategorisiert vor dem Fahrzeug 1 liegende Objekte, erkennt die Abstände zwischen dem Fahrzeug und den voraus fahrenden Fahrzeugen und Hinder nissen und relative Fahrgeschwindigkeiten der voraus fahren den Fahrzeuge und nimmt Bilddaten über die Straßen- und Ver kehrsbedingungen auf.

Eine ADA-Kontrolleinheit 40 umfaßt ein Warnsystem, welches die verschiedenen möglichen Bedingungen abschätzt und eine Warnung abgibt, und ein Fahrzeugsteuersystem, welches das Fahrzeug 1 steuert, wenn der Fahrer in Folge einer Warnung unterläßt, gefahrenvermeidende Operationen vorzunehmen. Das Fahrzeugsteuersystem berechnet eine Beschleunigung oder Ver zögerung basierend auf den Bilddaten und den Ausgangssigna len von Sensoren, so daß Sicherheitsabstände zwischen dem Fahrzeug 1 und z. B. dem vorausfahrenden Fahrzeug und Stra ßenbesonderheiten, eingehalten werden, und gibt ein Drossel signal zum Spezifizieren einer Drosselklappenöffnungsstel lung entsprechend der berechneten Beschleunigung oder Ver zögerung an das Drosselventil 21 ab, um die Leistung der Maschine 2 zu steuern. Das Fahrzeugsteuersystem gibt ein Bremssignal ab, welches einen geeigneten Bremsdruck entspre chend der berechneten Beschleunigung oder Verzögerung auf dem Bremsbetätiger 22 zum automatischen Bremsen gibt. Somit können die Sicherheitsabstände eingehalten und eine Kolli sion selbst dann vermieden werden, wenn der Fahrer das Fahr zeug nicht korrekt fährt oder keine gefahrenvermeidenden Maßnahmen einleitet. Das Fahrzeugsteuersystem setzt einen gewünschten Kurs auf eine Position bei einem vorgegebenen Abstand auf dem Bild, berechnet einen geschätzten Kurs, längs welchem das Fahrzeug 1 mit dem vorgegebenen Abstand fahren soll, wenn die aktuellen Fahrbedingungen beibehalten werden, und gibt ein Lenksignal entsprechend der Abweichung des geschätzten Kurses von dem gewünschten Kurses an den Lenkbetätiger 23 zum automatischen Lenken. Somit kann eine Kollision vermieden und Außerspurfahrt selbst dann vorge beugt werden, wenn der Fahrer das Fahrzeug nicht korrekt handhabt.

Es sei nun die Warnoperation des Warnsystems zum Abgeben von Warnungen geben ein Nachlassen der Wachsamkeit des Fahrers und vor Kollisionen sowie Außerspurfahrt beschrieben. Das Warnsystem ermittelt sich bewegende Objekte, Hindernisse sowie die Konfiguration der Straße, die visuell vom Fahrer erkannt werden können, und bürdet dem Fahrer eine psycholo gische Belastung auf und schafft einen psychologischen Reiz für den Fahrer basierend auf den Bilddaten über den sich vor dem Fahrzeug erstreckenden Straßenabschnitt, die Verkehrs bedingungen und die Fahrgeschwindigkeit, die von dem Fahrge schwindigkeitssensor 30 detektiert wird, entscheidet, ob oder ob nicht die vorhandene psychologische Reizung das Maß der Wachsamkeit des Fahrers vermindert, und schätzt die Mög lichkeiten einer Kollision mit einem Hindernis und einer Außerspurfahrt ab. Wenn ermittelt ist, daß die Wachsamkeit des Fahrers nachgelassen hat und daß eine Kollision oder Außerspurfahrt möglich ist, gibt das Warnsystem eine Warnung 31 zu einem frühen Zeitpunkt.

Anhand der Fig. 4 sei ein von dem Warnsystem durchzuführen des Warnsteuerprogramm beschrieben. Die Bilderkennungsein heit 26 verarbeitet die ausgegebenen Bildsignale der CCD- Kamera 25 bei Fahrt des Fahrzeuges 1, um Bilddaten über die Straßen- und Verkehrsbedingungen in Schritt S1 aufzunehmen. Angenommen, das Fahrzeug fahre in einer der beiden Fahrspu ren einer zweispurigen Straße wie in Fig. 6A gezeigt, so spezifizieren Koordinaten in einem X-Y-Koordinatensystem mit seinem Ursprung im Fahrzeug 1 die Positionen und Umrisse von Spurmarkierungen H₁ bis H₃, die Positionen eines vorausfah renden Fahrzeuges M₁, eines parkenden Fahrzeuges M₂ und sich bewegende Hindernisse M₃, wie ein kreuzendes oder auf der entgegengesetzten Fahrspur fahrendes Fahrzeug, und Daten betreffend die Geschwindigkeitsvektoren können aus den Bild daten bereitgestellt werden.

Anhand der Fig. 3 und 4 sei nun eine Reizermittlungs-Steuer operation beschrieben. Im Schritt S2 empfängt eine Straßen konfigurations-Berechnungsvorrichtung 41 der ADA-Steuerein heit 40 die Bilddaten und berechnet die Spurbreite B und eine Veränderung ΔR des Krümmungsradius der Straße, wie sie visuell vom Fahrer erfaßt wird und erforderlich für eine passende Lenkbetätigung des Fahrers ist. Die Spurbreite B wird unter Verwendung der Formel B = YR - YL berechnet, wor in YR und YL die Y-Koordinaten von Punkten sind, an denen die Y-Achse die rechte Fahrbahnmarkierung H₂ bzw. die linke Fahrbahnmarkierung H₁ schneidet.

Gemäß Fig. 6C werden zum Berechnen der Änderung ΔR des Kur venradius die entsprechenden Koordinaten (x₁, y₁), (x₂, y₂) und (x₃, y₃) der Schnittpunkte der Mittellinie der Fahrspur und der drei Trennlinien N₁, N₂ und N₃ vor dem Fahrzeug 1 bestimmt, und der Kurvenradius R der Fahrspur wird unter Verwendung der folgenden Formel berechnet:

wonach dann ΔR unter Verwendung der Formel ΔR = R(n) - R(n-1) berechnet wird, worin R(n) der in dem vorliegenden Zyklus berechnete Radius und R(n-1) der in dem vorhergehen den, in einem vorgegebenen Zeitintervall vor dem aktuellen Zyklus berechnete Radius ist. Eine Reiz-Ermittlungsvorrich tung 43 erhält die Spurbreite B und die Änderung ΔR des Krümmungsradius und vergleicht die Spurbreite B und die Ver änderung ΔR mit gesetzten Werten B_s und R_s im Schritt S3. Wenn die Spurbreite B der Spur nicht größer als der gesetzte Wert B_s oder die Änderung ΔR nicht kleiner als der gesetzte Wert R_s ist, entscheidet die Reiz-Ermittlungsvorrichtung 43 in Schritt S8, daß die Spur dem Fahrer einen psychologischen Reiz vermittelt, der eine entsprechende Lenkbetätigung er fordert.

Eine Hindernis-Detektiervorrichtung 42 nimmt die Bilddaten auf und detektiert das vorausfahrende Fahrzeug M₁, das par kende Fahrzeug M₂ und die sich bewegenden Hindernisse M₃, die verschiedene Fahreroperationen erfordern und visuelle Reize bilden. Ein mit einer Fahrgeschwindigkeit vorausfahrendes Objekt wird als das vorausfahrende Fahrzeug M₁ identifi ziert. Die Möglichkeit einer Kollision wird basierend auf der Relation zwischen dem Fahrzeug 1 und dem voraus fahrenden Fahrzeug M₁ abgeschätzt. Angenommen, der Abstand zwischen dem Fahrzeug 1 und dem vorausfahrenden Fahrzeug M₁ sei L₁, die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges 1 sei V, die Fahrge schwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeuges M₁ sei V₁, eine gesetzte Beschleunigung/Verzögerung des Fahrzeuges 1 sei α, eine gesetzte Beschleunigung/Verzögerung des voraus fahrenden Fahrzeuges M₁ sei und eine gesetzte Totzeit sei T₁ gemäß Fig. 6D, so wird entschieden, daß eine Heckkollision dann möglich ist, wenn die folgende Ungleichung befriedigt ist:

L₁ (-V₁²/2α₁) + (V²/2α) + V·T₁.

Ein vor dem Fahrzeug 1 in der Spur befindliches Fahrzeug mit einem Geschwindigkeitsvektor 0 wird als das parkende Fahr zeug M₂ identifiziert. Wie in Fig. 6E gezeigt, wird ein Er fassungsbereich C eines sich bewegenden Hindernisses einer Breite C = 2A + B durch Setzen von Randbereichen A einer Breite A auf den Außenseiten der Spurmarkierungen H₁ und H₂ definiert. Sich bewegende Objekte, wie aufkommende Fahrzeu ge, einschließlich Fahrräder, passierende Fahrzeuge, kreu zende Fahrzeuge und Fußgänger in dem Detektierbereich C wer den als bewegliche Hindernisse M₃ identifiziert. Die Reiz- Ermittlungsvorrichtung 43 nimmt Detektiersignale auf, die abgegeben werden, wenn solche Hindernisse M₁, M₂ und M₃ de tektiert werden. Im Schritt S4 fragt die Reiz-Ermittlungs vorrichtung 43 ab, ob oder ob nicht vorausfahrende Fahrzeuge vorhanden sind, schätzt die Möglichkeit einer Heckkollision des Fahrzeuges 1 mit dem voraus fahrenden Fahrzeug M₁ in Schritt S5 ab, fragt in Schritt S6 ab, ob oder ob nicht par kende Fahrzeuge vorhanden sind, und fragt in Schritt S7 ab, ob irgendwelche beweglichen Hindernisse vorhanden sind. Wenn eines dieser Hindernisse vor dem Fahrzeug 1 vorhanden ist oder die Möglichkeit einer Heckkollision des Fahrzeuges 1 mit dem vorausfahrenden Fahrzeug M₁ besteht, was verschiede ne Fahreroperationen erfordert, wird der Fahrer psycholo gisch belastet, und es wird ihm ein Reiz vermittelt, worauf die Reiz-Ermittlungsvorrichtung 43 entscheidet, daß ein psy chologischer Reiz vorhanden ist.

Somit wird in Schritt S8 entschieden, daß ein Reiz für den Fahrer vorliegt, wenn die Umgebung eine Bedingung liefert, die den Fahrer psychologisch belastet oder einen visuellen Reiz liefert, nämlich daß die Breite B der Fahrbahn nicht größer als der gesetzte Wert B_s ist, daß ein Fahrzeug M₁ vor ausfährt, daß die Möglichkeit der Kollision des Fahrzeuges 1 mit dem vorausfahrenden Fahrzeug M₁ besteht, daß ein parken des Fahrzeug M₂ in der Spur sich befindet und daß sich bewe gende Objekte M₃ vorhanden sind. In Schritt S9 wird ent schieden, daß die Umgebung nicht psychologisch anreizend ist, wenn keine dieser Bedingungen vorliegt, die dem Fahrer eine psychologische Belastung aufbürden oder einen psycholo gischen Reiz auf ihn ausüben würden.

Im folgenden sind anhand der Fig. 3 und 5 Prozeduren zur Wachsamkeits-Beurteilung und Warnkontrolle beschrieben. In Schritt S11 empfängt eine Wachsamkeits-Beurteilungsvorrich tung 44 ein Reiz-Detektionssignal und fragt ab, ob oder ob nicht ein psychologischer Reiz oder Stimulus für den Fahrer vorhanden ist. Wenn ein Reiz vorhanden ist, wird entschie den, daß die Wachsamkeit des Fahrers groß ist und keine Wahrscheinlichkeit eines Fahrens im Dämmerzustand besteht. Wenn überhaupt kein Reiz vorhanden ist, wird in Schritt S12 ein Timer 45 zum Messen der Zeitdauer T von monotonem Fahr betrieb betätigt, in Schritt S13 die gemessene Zeitdauer T mit einer gegebenen Zeitdauer T_s verglichen und in Schritt S14 entschieden, daß die Wachsamkeit des Fahrers nachgelas sen hat, wenn die Zeitdauer T größer als die vorgegebene Zeitdauer T_s ist.

Wenn die Breite B der Fahrspur schmal ist, wie bei offenen Straßen üblich, die Änderung ΔR des Krümmungsradius der Fahrspur groß ist und/oder einige Hindernisse M₁ bis M₃ vor dem Fahrzeug 1 vorhanden sind, wird entschieden, daß ein Reiz für den Fahrer besteht und seine Wachsamkeit groß ist. Wenn das Fahrzeug auf einer Autostraße, wie einer Autobahn, fährt, bei der die Breite B der Fahrspur groß ist, die Ände rung ΔR des Krümmungsradius der Kurve klein ist und nur ge legentlich Fahreraktionen bei monotonem Fahrbetrieb erfor derlich sind und weder ein Fahrzeug M₁ voraus fährt noch ein bewegliches Hindernis M₃ vorhanden ist, wie entgegenkommende Fahrzeuge, und auch sonst keine psychologische Belastung oder ein visueller Anreiz für den Fahrer über eine längere Zeitdauer vorhanden sind, tendiert die Wachsamkeit des Fah rers zum Nachlassen. Das Nachlassen der Wachsamkeit des Fah rers wird unter derartigen Betriebsbedingungen sicher detek tiert.

Gemäß Fig. 7A nimmt eine Kollisions-Abschätzvorrichtung 46 die Bilddaten und ein Signal für die Fahrgeschwindigkeit V auf, schätzt die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Fahrzeuges 1 mit einem Hindernis M₄ auf der Fahrspur ab und entscheidet, daß die Kollision des Fahrzeuges 1 mit dem Hin dernis M₄ dann möglich ist, wenn die folgende Ungleichung erfüllt ist:

L2 (-V₁²/2β₁) + (V/2β) + V·T₂,

worin L2 der Abstand zwischen dem Fahrzeug 1 und dem Hinder nis M₄, V die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges 1, V₁ die Vorwärtsfahrgeschwindigkeit des Hindernisses M₄₁ β eine vor gegebene Beschleunigung/Verzögerung des Fahrzeuges 1, β₁ eine vorgegebene Beschleunigung/Verzögerung des Hindernisses M₄ und T₂ eine vorgegebene Totzeit bedeuten.

Eine Außerspurfahrt-Abschätzvorrichtung 47 empfängt die Bilddaten und schätzt die Wahrscheinlichkeit einer Außer spurfahrt des Fahrzeuges 1 ab. Gemäß Fig. 7B werden die Breite B der Fahrspur und die Y-Koordinaten YR und YL an den Stellen, wo die Y-Achse die rechte Fahrbahnmarkierung H₂ und die linke Fahrbahnmarkierung H₁ schneidet, sowie der Abstand Y der Verlagerung des Fahrzeuges 1 von der Mittellinie 0 der Fahrspur unter Verwendung der Gleichung Y = (B/2) - YR oder Y = (YL - YR)/2 berechnet. Es wird abgeschätzt, daß das Fahrzeug 1 über die linke Fahrbahnbegrenzung H₁ hinaus fahren kann, wenn Y -B/2 - W/2, oder über die rechte Fahrbahn- Markierung H₂, wenn Y B/2 = W/2, worin W die Spurbreite des Fahrzeugs 1 bedeutet.

Eine Warnkontrollvorrichtung 48 fängt Signale betreffend das Nachlassen der Wachsamkeit des Fahrers und des Abschätzer gebnisses einer möglichen Außerspurfahrt und steuert eine Warnoperation. Wenn das Nachlassen der Wachsamkeit des Fah rers detektiert worden ist, fragt die Warnkontrollvorrich tung 48 im Schritt S15 ab, ob oder ob nicht die Wahrschein lichkeit einer Kollision besteht und, falls nicht, im Schritt S16, ob oder ob nicht die Wahrscheinlichkeit einer Außerspurfahrt besteht. Wenn keine Wahrscheinlichkeit einer Außerspurfahrt besteht, gibt die Warnkontrollvorrichtung 48 ein Warnsignal an eine Warnvorrichtung 31 im Schritt S17, um eine Warnung vor einem Fahren im Dämmerzustand dann abzuge ben, wenn die Wachsamkeit des Fahrers gering ist. Somit kann einem Fahren des Fahrzeuges im Dämmerzustand des Fahrers sicher vorgebeugt werden.

Wenn das Nachlassen der Wachsamkeit des Fahrers detektiert ist und eine Kollision wahrscheinlich ist, wird im Schritt S18 die Totzeit T₂ der vorgenannten Diskriminante durch ei nen Korrekturwert ΔT bezüglich der Abnahme der Wachsamkeit des Fahrers erhöht, um eine Warnung zu einem früheren Zeit punkt abzugeben. Somit wird die Bedingung für eine Kolli sion, welche in der vorgenannten Diskriminante ausgedrückt ist, zu einem um die Zeitspanne ΔT früheren Zeitpunkt er füllt als zu dem Zeitpunkt, an dem eine Kollision zu erwar ten ist, und die Warnung wird in einem früheren Stadium ab gegeben. Die frühere Warnung beugt einem Fahren im Dämmerzu stand vor und stellt dem Fahrer einen ausreichenden Zeitraum zur Verfügung, das Bremssystem zur Vermeidung einer Kolli sion zu betätigen, so daß eine Kollision sicher vermieden werden kann.

Wenn eine Außerspurfahrt möglich ist, wird die Breite B der Fahrspur in der vorerwähnten Diskriminante um eine Korrektur ΔB auf B - ΔB im Schritt S19 vermindert und dann eine War nung abgegeben. Somit definiert diese Diskriminante die Be dingungen für eine Fahrspur einer Breite, die gegenüber ei ner Breite B um ΔB vermindert ist, so daß die Wahrschein lichkeit zu einer Außerspurfahrt in einem früheren Stadium abgeschätzt und die Warnung in einen früheren Stadium abge geben wird. Die frühere Warnung beugt einem Fahren im Däm merzustand vor und stellt dem Fahrer eine ausreichende Zeit spanne zur Verfügung, das Lenkrad zu betätigen, um Außer spurfahrt zu vermeiden, so daß Außerspurfahrt sicher vermie den werden kann.

Die Referenzwerte für das Operationsmuster und das Bewe gungs- oder Fahrmuster des Fahrzeuges können mit anderen Methoden berechnet und die gemessenen Werte können mit ande ren Methoden verarbeitet werden, als sie in Verbindung mit der bevorzugten Ausführung beschrieben sind. Die Warnvor richtung 31 kann von jeder zweckentsprechenden Bauart sein, z. B. einen akustischen Alarm auslösen, einen Display im Sichtfeld des Fahrers betätigen oder einen Schwingungsgene rator im Sitzkissen oder in der Rückenlehne des Fahrersitzes betätigen, sofern nur die Warnvorrichtung zu einem effekti ven Stimulieren der Sinnesorgane des Fahrers fähig ist.

Im folgenden ist eine zweite Ausführung der Erfindung be schrieben.

Anhand der Fig. 9 sei allgemein ein in ein Fahrzeug inte griertes ADA-System beschrieben. Ein Fahrzeug 1 hat eine Maschine 2, die über eine Kupplung 4, ein Getriebe 5, eine Antriebswelle 6, ein hinteres Differential 7 und hintere Halbwellen 8 auf die Hinterräder 9 sowie über das Getriebe 5, ein Zentraldifferential 17, ein vorderes Differential 18 und Front-Halbwellen 19 auf die Vorderräder 10 wirkt, um die Vorderräder 10 und die Hinterräder 9 für den Vortrieb des Fahrzeuges anzutreiben. Das Fahrzeug 1 hat ein Operations steuersystem umfassend ein Gaspedal 11 zum Betätigen einer zur Maschine 2 gehörenden Drosselklappe, um die Leistung der Maschine 2 zu regulieren, ein Bremssystem 12 mit einem Bremspedal 13 zum Regulieren des Bremsdruckes in einer Bremsleitung 14 und Verteilen des Bremsdruckes auf die Rad zylinder der Vorderräder 10 und Hinterräder 9 und ein Lenk system 15 mit einem Lenkrad 16 zum Lenken der Vorderräder 10.

Das ADA-System 20 ist mit einem auf die Drosselklappe 3 ein wirkenden Drosselbetätiger 91 zum automatischen Reduzieren der Leistung der Maschine 2 bei Anliegen eines Drossel signals, einem Bremsbetätiger 22 in der Bremsleitung 14 des Bremssystems 12 zum Regulieren des Bremsdruckes bei Anliegen eines Bremssignales zum automatischen Bremsen und einem Lenkbetätiger 23 im Lenksystem 15 zum automatischen Lenken des Lenkrades 16 bei Anliegen eines Lenksignales ausge rüstet.

Es ist ein elektronisches Steuersystem vorgesehen, welches z. B. zwei CCD-Kameras 25 am linken und rechten vorderen Ende des Fahrzeuges 1 sowie eine Bilderkennungseinheit 26 umfas send einen stereographischen Bildprozessor aufweist. Die beiden CCD-Kameras 25 nehmen Bilder von der Szenerie und von Objekten vor dem Fahrzeug 1 in dreidimensionaler Form auf und geben Bildsignale ab. Die Bilderkennungseinheit 26 ver arbeitet die ausgegebenen Bildsignale der CCD-Kameras 25 durch Triangulation zum Berechnen der Abstände zwischen dem Fahrzeug 1 und den vor dem Fahrzeug 1 liegenden Objekten, erzeugt ein Abstandsbild, welches eines dreidimensionale Abstandsverteilung darstellt, detektiert eine Fahrspur, ein vorausfahrendes Fahrzeug und Hindernisse getrennt von dem Abstandsbild, erkennt Fahrspurmarkierungen und die dreidi mensionale Konfiguration der Straße, kategorisiert die vor dem Fahrzeug 1 befindlichen Objekte, erkennt die Abstände zwischen dem Fahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug sowie Hindernissen und die relative Fahrgeschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeuges und erhält Bilddaten über den Straßen- und Verkehrsbedingungen.

Eine ADA-Kontrolleinheit 40 umfaßt ein Warnsystem, welches verschiedene mögliche Bedingungen abschätzt und eine Warnung abgibt, sowie ein Fahrzeugsteuersystem, welches das Fahrzeug 1 steuert, wenn der Fahrer auf eine Warnung hin unterläßt, gefahrenvermeidende Operationen auszuführen. Das Fahrzeug steuersystem, berechnet eine Beschleunigung oder Verzögerung basierend auf den Bilddaten und den Ausgangssignalen der Sensoren, so daß Sicherheitsabstände zwischen dem Fahrzeug 1 und beispielsweise einem voraus fahrenden Fahrzeug und Stra ßenbegrenzungen eingehalten werden, und gibt ein Drosselsi gnal zum Spezifizieren einer Drosselklappenöffnung entspre chend der berechneten Beschleunigung oder Verzögerung an die Drosselklappe 21 zum Steuern der Leistung der Maschine 2. Das Fahrzeugsteuersystem gibt ein Bremssignal zum Spezifi zieren eines geeigneten Bremsdruckes entsprechend der be rechneten Beschleunigung oder Verzögerung an den Bremsbetä tiger 22 für automatisches Bremsen. Somit können Sicher heitsabstände eingehalten oder eine Kollision selbst dann vermieden werden, wenn der Fahrer das Fahrzeug nicht richtig fährt oder keine gefahrenvermeidenden Operationen einleitet. Das Fahrzeugkontrollsystem gibt einen gewünschten Kurs ent sprechend einer Position bei einem vorgegebenen Abstand auf dem Bild vor, berechnet einen geschätzten Kurs, längs wel chem das Fahrzeug 1 in der Position bei dem vorgegebenen Abstand fahren wird, wenn die laufenden Fahrbedingungen ein gehalten werden, und gibt ein Lenksignal entsprechend der Abweichung des geschätzten Kurses vom gewünschten Kurs an den Lenkbetätiger 23 zum automatischen Lenken. Somit kann eine Kollision vermieden und einer Außerspurfahrt selbst dann vorgebeugt werden, wenn der Fahrer das Fahrzeug nicht richtig betreibt.

Es sei nun eine Warnkontrollprozedur beschrieben, die von dem Warnsystem auszuführen ist. Das Warnsystem hat eine Straßendiskriminiervorrichtung und eine Dämmer-Detektiervor richtung. Die Straßendiskriminiervorrichtung identifiziert eine Fahrspur einer Autostraße, ausgenommen von Service-Be reichen, anhand eines Straßenzollhäuschens an der Einfahrt in die Autostraße und an Straßenzeichen, die von den Bild daten repräsentiert werden, den Krümmungsradius und die Breite der Fahrspur sowie die Fahrgeschwindigkeit des Fahr zeuges entsprechend dem Meßergebnis des Fahrgeschwindig keitssensors 30. Die Dämmer-Detektiervorrichtung ermittelt ein Operationsmuster auf der Basis eines Lenkwinkels, um welchen das Lenkrad 16 während einer gegebene Zeitspanne verdreht wird, und zwar gemessen von einem Lenkwinkelsensor 31, ermittelt ein Bewegungs- oder Fahrmuster, nach welchem das Fahrzeug basierend auf einer Querverlagerung, welche durch die Bilddaten wiedergegeben wird, gefahren ist, ent scheidet, ob der Fahrer dämmert oder nicht, und betätigt eine Warnvorrichtung 32 zum Abgeben einer Warnung, wenn ent schieden ist, daß die Möglichkeit eines Dämmerns des Fahrers besteht.

Eine Straßendiskriminier-Steuerprozedur und eine Dämmerde tektions-Steuerprozedur, die von dem Warnsystem nach der zweiten Ausführung ausgeführt werden, wird nachfolgend an hand der Fig. 10 und 11 beschrieben. Im Schritt S1 verarbei tet die Bilderkennungseinheit 26 Bildsignale, welche von den beiden CCD-Kameras 25 während der Fahrt des Fahrzeuges 1 ausgegeben werden, um die Straßen- und Verkehrsbedingungen repräsentierende Bilddaten zu erhalten. Eine Straßendiskri miniervorrichtung 41 der ADA-Kontrolleinheit 40 empfängt die Bilddaten, erkennt ein Straßenzollhäuschen und Straßenzei chen aus den Bilddaten und entscheidet in Schritt S2, ob oder ob nicht das Fahrzeug 1 in eine Autostraße eingefahren ist. Bei Fahrt des Fahrzeuges 1 auf der Autostraße detek tiert die Straßendiskriminiervorrichtung 41 einen Fahrmodus, mit welchem das Fahrzeug 1 auf der Autostraße fährt.

Es sei nun eine Dämmerdetektier-Steuerprozedur beschrieben, die mit dem Warnsystem unter Verwendung eines Fahrmusters ausgeführt wird, nach welchem der Fahrer das Fahrzeug 1 fährt. Man geht davon aus, daß die Wachsamkeit des Fahrers während einer Zeitdauer von etwa 30 Minuten ab der Einfahrt des Fahrzeuges 1 in eine Autostraße auf höchstem Niveau bleibt. Im Schritt S4 speichert eine Referenzwert-Berech nungsvorrichtung 42 kontinuierlich Lenkwinkel Θ. die von dem Lenkwinkelsensor 31 in einer gegebenen Zeit, z. B. 30 Minu ten, gemessen wurden, und zwar mittels eines Timers 43, bis die gegebene Zelt gemäß Schritt S5 verstrichen ist. Ein Fahrbetätigungsmuster, d. h. ein Häufigkeits- oder Frequenz- Balkendiagramm des Lenkwinkels gemäß Fig. 12A wird durch Verarbeiten der gemessenen Lenkwinkel Θ im und entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt. Ein Dämmerzustand des Fahrers kann basierend auf der Veränderung der Bereiche im und entgegen dem Uhrzeigersinn der Lenkwinkel aufgrund der Abnahme der Wachsamkeit des Fahrers detektiert werden. Das Frequenz-Bal kendiagramm wird zum Bestimmen eines Referenzwertes A ver arbeitet, der einen Referenzbereich für die Lenkwinkelver teilung repräsentiert. Da die Krümmungsradien von Kurven auf Autostraßen sehr groß sind, sind die aktuellen Lenkwinkel Θ klein, so daß der Referenzbereich A verhältnismäßig klein ist und als Referenzwert zum Abschätzen der Wachsamkeit des Fahrers taugt.

Im Anfangsstadium des Fahrens auf einer Autostraße, bei wel cher die Wachsamkeit des Fahrers auf einem hohen Niveau ist, kann der für die Autostraße spezifische Referenzwert A genau berechnet werden. Da der Referenzwert A jedesmal dann bere chnet wird, wenn das Fahrzeug 1 in eine Autostraße einfährt, hängt der Referenzwert A auch von individuellen Schwankungen ab.

Nachdem die vorgegebene Zeit verstrichen ist, wird in Schritt S6 abgefragt, ob oder ob nicht das Fahrzeug 1 auf einer Autostraße fährt. In Schritt S7 speichert eine Opera tions-/Bewegungsmuster-Rechenvorrichtung 44 kontinuierlich die von dem Lenkwinkelsensor 31 gemessenen Lenkwinkel Θ, bis im Schritt S8 abgefragt wird, ob eine von einem Timer 45 ermittelte Zeit verstrichen ist. Wenn das Fahrzeug 1 mit hoher Geschwindigkeit auf einer Autostraße fährt, auf der kein Verkehrssignal installiert ist, was einen monotonen Fahrbetrieb zur Folge hat, kann der Fahrer abstumpfen und Fahrerbetätigungsmuster werden gemäß Fig. 12B zu gegebenen Zeitintervallen erzeugt und Bereiche B der Lenkwinkelvertei lungen werden berechnet. Im Schritt S9 fragt eine Dämmerde tektier-Vorrichtung 46 durch Vergleichen des gemessenen Be reiches B mit dem Referenzwert A das Maß der Wachsamkeit des Fahrers ab. Die Dämmerdetektier-Vorrichtung 46 entscheidet, daß die Wachsamkeit des Fahrers auf einem hohen Niveau ist und stellt die verstrichene Zeit sowie den gemessenen Be reich B in Schritt S10 dann zurück, wenn der gemessene Be reich B etwa gleich dem Referenzwert A ist, worauf erneut in Schritt S6 abgefragt wird, ob oder ob nicht das Fahrzeug 1 die Autostraße verlassen hat. Das Programm wird beendet, wenn diese Abfrage im Schritt S6 mit ja beantwortet wird. Wenn die Abfrage im Schritt S6 zu einem negativen Ergebnis führt, werden die Schritte S7 bis S9 wiederholt, um einen anderen gemessenen Bereich B zu berechnen. Wenn B < A ist, wird entschieden, daß der Fahrer sich in einem Dämmerzustand befindet, und die Warnvorrichtung 32 wird betätigt, um in Schritt S11 ein Warnsignal abzugeben.

Somit kann ein Dämmerzustand des Fahrers beim Fahren des Fahrzeuges in kontinuierlichem, monotonen Fahrbetrieb auf der Autostraße sicher mit Bezug auf den Referenzwert A er faßt werden, der einen Betrieb bezeichnet, bei welchem der Fahrer das Fahrzeug 1 im Anfangsstadium des Fahrens auf ei ner Autostraße unmittelbar nach Einfahren des Fahrzeuges 1 auf die Autostraße fährt. Es wird keine Warnung ausgelöst, wenn die Wachsamkeit des Fahrers sich auf einem vergleichs weise hohen Niveau befindet und der gemessene Bereich B na hezu gleich dem Referenzbereich A ist. Jedoch wird eine War nung zum Anregen der Aufmerksamkeit des Fahrers bei abneh mender Wachsamkeit aufgrund längerer Dauer eines monotonen Fahrbetriebes abgegeben, wenn der gemessene Bereich B auf grund der Zunahme der Frequenzen oder Häufigkeiten großer Lenkwinkel im oder entgegen dem Uhrzeigersinn sich vergrö ßert.

Anhand der Fig. 10 sei nun eine andere Dämmerdetektier-Steu erprozedur beschrieben, die von dem Warnsystem unter Verwen dung eines Fahrmusters durchgeführt wird, nach welchem das Fahrzeug fährt. Die Referenzwert-Berechnungsvorrichtung 42 ermittelt den Abstand YR(n) der Mittelachse des Fahrzeuges 1 von der rechten Fahrspurmarkierung sowie den Abstand der Mittelachse des Fahrzeugs 1 von der linken Fahrspurmarkie rung basierend auf den Bilddaten und berechnet die Querver lagerung Y(n) des Fahrzeuges 1 gemessen von der Mittellinie der Fahrspur unter Verwendung der Formel Y(n) = {YL(n) - YR(n)}/2 nach vorgegebenen Zeitintervallen und berechnet die Standardabweichung (n) der Querverlagerung Y(n), gemessen in einer vorgegebenen Zeitspanne, um einen Referenzwert A zu berechnen. Die Operations-/Bewegungsmuster-Berechnungsvor richtung 44 berechnet die Standardabweichung der Querverla gerung Y(n) des Fahrzeuges 1 basierend auf den Bilddaten, um einen gemessenen Wert B zu ermitteln, und ermittelt das Maß der Wachsamkeit des Fahrers durch Vergleich des Referenzwer tes A mit dem gemessenen Wert B. Somit kann das Verhalten des Fahrzeuges 1 schnell und genau unter Verwendung des gemesse nen Wertes B detektiert werden, wobei das Fahrmuster des Fahrzeuges selbst dann angezeigt wird, wenn der Lenkwinkel klein ist, weil das Verhalten des Fahrzeugs 1 selbst bei kleinem Lenkwinkel stark variiert, wenn das Fahrzeug 1 mit hoher Reisegeschwindigkeit auf einer Autostraße fährt, so daß das Eindämmern des Fahrers zu einem frühen Stadium genau detektiert werden kann.

Eine andere Straßendiskriminier-Steuerprozedur, die mit einem Warnsystem nach der Erfindung ausgeführt werden kann, sei anhand der Fig. 13 beschrieben. Im Schritt S21 werden von den Bilddaten die Daten über den Krümmungsradius R und die Fahrspurbreite W der Fahrspur ausgewählt, und die Fahr geschwindigkeit V wird erfaßt. Im Schritt S22 wird die Fahr geschwindigkeit V mit einer Referenzfahrgeschwindigkeit V₅ verglichen, d. h. mit einer Referenzfahrgeschwindigkeit zum Fahren auf einer Autostraße. Wenn V V_s, wird im Schritt S23 der Krümmungsradius R mit einem Referenzkrümmungsradius R_s verglichen, d. h. dem minimalen Krümmungsradius einer Au tostraße, z. B. 50 m. Wenn R R_s ist, wird die Fahrspurbrei te W in Schritt S24 mit einer Referenzfahrspurbreite W_s ver glichen, d. h. mit der minimalen Fahrspurbreite einer Auto straße z. B. 3,75 m.

Wenn diese drei Bedingungen V V_s, R R_s und W W_s erfüllt sind, wird die in einer vorgegebenen Zeit zurückgelegt Di stanz L im Schritt S25 gemessen und im Schritt S26 mit einer Referenzdistanz L_s verglichen. Wenn L L_s ist, wird ent schieden, daß das Fahrzeug auf einer Autostraße fährt. Wenn eine der drei Bedingungen V V_s, R R_s und W W_s nicht erfüllt ist oder diese drei Bedingungen nicht kontinuierlich erfüllt sind, wenn das Fahrzeug 1 die Referenzdistanz L_s durchfahren hat, wird in Schritt S28 entschieden, daß das Fahrzeug auf einer offenen Straße fährt.

Während der im Anfangsstadium der Fahrt des Fahrzeuges auf der Autostraße ermittelte Referenzwert A für die Dämmerde tektier-Steueroperation selbst dann verwendet werden muß, wenn verschiedene Fahrer das Fahrzeug 1 abwechselnd fahren oder wenn die Reifen an einer Raststätte mit Ketten in Er wartung schneebedeckter Straße ausgerüstet werden, die als Autostraße durch Erkennen des Straßenzollhäuschens und der Straßenzeichen aufgrund der Bilddaten identifiziert ist, wird die Fahrgeschwindigkeit V kleiner als die Referenzge schwindigkeit V_s, wenn das Fahrzeug angehalten wird, um den Fahrerwechsel durchzuführen oder die Reifen mit Ketten aus zurüsten, wobei dann der Referenzwert A gelöscht und ein neuer Referenzwert ermittelt wird, der zu dem neuen Fahrer und zu dem neuen Zustand des Fahrzeuges 1 paßt, wenn die Straße durch diese Straßendiskriminier-Steuerprozedur iden tifiziert wird, weil diese Straßendiskriminier-Steuerproze dur die Straße, auf welcher das Fahrzeug 1 fährt, als Auto straße basierend auf der Konfiguration der für eine Auto straße spezifischen Eigenheiten identifiziert, wie sie durch die Bilddaten vorgegeben werden, sowie durch die Fahrge schwindigkeit des Fahrzeuges 1.

Der Referenzwert und der gemessene Wert, welcher das indivi duelle Fahrer-Operationsmuster bezeichnet, sowie das Bewe gungs- oder Fahrmuster können mit anderen als den beschrie benen Methoden errechnet werden. Die Warnvorrichtung 32 kann von jeder geeigneten Bauart sein, z. B. einen akustischen Alarm, einen optischen Alarm in einem Display im Sichtfeld des Fahrers oder einen Schwingungsalarm durch einen Schwin gungserzeuger im Sitzkissen oder in der Rückenlehne des Fah rersitzes erzeugen, wenn nur die Warnvorrichtung dazu fähig ist, die Sinne des Fahrers effektiv zu stimulieren.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

1. Warnsystem für ein Fahrzeug mit
einer Bilderkennungsvorrichtung (27), welche dreidimen sionale Bilddaten betreffend den sich vor dem Fahrzeug erstreckenden Straßenabschnitt und der Verkehrsbedin gungen aufzunehmen gestattet;
einer Reiz-Ermittlungsvorrichtung (43) zum Feststellen, ob ein psychologischer Stimulus oder Reiz einschließ lich sich bewegender Objekte und Hindernisse im Sicht feld des Fahrers basierend auf den Bilddaten betreffend die Konfiguration des sich vor dem Fahrzeug erstrecken den Straßenabschnitts, der Verkehrsbedingungen und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges für den Fahrer vor handen ist;
eine Wachsamkeits-Beurteilungsvorrichtung (44) zum Be urteilen, ob die Wachsamkeit des Fahrers groß ist wenn nur ein einziger psychologischer Reiz vorhanden ist, oder ob die Wachsamkeit des Fahrers nachgelassen hat, wenn über eine bestimmte Zeitdauer überhaupt kein psy chologischer Reiz auf den Fahrer einwirkt;
eine Kollisionswahrscheinlichkeits-Abschätzeinrichtung (46) für das Abschätzen einer Kollisionswahrscheinlich keit des Fahrzeuges mit einem Hindernis basierend auf den Bilddaten und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeu ges;
eine Außerspurfahrt-Abschätzvorrichtung (47) zum Ab schätzen der Möglichkeit einer Außerspurfahrt des Fahr zeuges basierend auf den Bilddaten; und
eine Warnkontrollvorrichtung (48) zum zeitlichen Ab stimmen einer Warnausgabe, wenn die Wachsamkeits-Beur teilungsvorrichtung ermittelt, daß die Wachsamkeit des Fahrers nachgelassen hat, wenn die Kollisionswahr scheinlichkeits-Abschätzvorrichtung eine Kollision als möglich einschätzt oder wenn die Außerspurfahrt-Ab schätzvorrichtung eine Außerspurfahrt als möglich ein schätzt.

2. Warnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Reiz-Ermittlungsvorrichtung ermittelt, daß die Umgebung psychologisch stimulierend dann ist, wenn mindestens eine der folgenden Umgebungs bedingungen herrscht: die Breite der Fahrspur ist nicht größer als eine vorgegebene Breite, die Veränderung des Kurvenradius der Fahrspur ist nicht kleiner als ein vorgegebener Wert, ein weiteres Fahrzeug fährt voraus, es besteht die Möglichkeit der Kollision mit einem vor aus fahrenden Fahrzeug, es befinden sich parkende Fahr zeuge auf der Straße, es befinden sich Hindernisse auf der Straße, oder daß die Reiz-Ermittlungsvorrichtung ermittelt, daß die Umgebung nicht psychologisch stimu lierend ist, wenn in der Umgebung keine der genannten Bedingungen vorliegt.

3. Warnsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Warnkontrollvorrich tung (48) eine Kollisionswahrscheinlichkeits-Abschätz operation, eine Außerspurfahrt-Abschätzoperation und eine Warnoperation zeitlich so aufeinander abstimmt, daß die Möglichkeiten der Kollision und der Außerspur fahrt früher abgeschätzt werden, wenn die Wachsamkeits- Beurteilungsvorrichtung (44) feststellt, daß die Wach samkeit des Fahrers nachgelassen hat.

4. Warnsystem für ein Fahrzeug umfassend:
eine Bilderkennungsvorrichtung (27), welche ermöglicht, dreidimensionale Bilddaten über die sich vor dem Fahr zeug erstreckende Straße und die Verkehrsbedingungen zu erhalten;
eine Straßendiskriminiervorrichtung (41) zum Unter scheiden zwischen Autostraßen und offenen Straßen ba sierend auf den Bilddaten und dem Fahrzustand;
eine Referenzwert-Berechnungsvorrichtung (42) zum Er mitteln von Mustern für Fahroperationen und Fahrbewe gungen in einem vorgegebenen Zeitabschnitt in der An fangsphase des Fahrens auf einer Straße, wenn die Stra ße, auf welcher das Fahrzeug fährt, als eine Autostraße identifiziert wird, und Berechnen eines Referenzwertes, der für die Autostraße spezifisch ist;
eine Operations-/Bewegungsmuster-Berechnungsvorrichtung (44) zum wiederholten Ermitteln von Fahreroperationen und Fahrbewegungen und Verarbeiten der Meßwerte nach einer vorgegebenen Zeit im Anfangsstadium des Fahrens des Fahrzeuges auf einer Autostraße; und
eine Detektiervorrichtung (46) zum Feststellen des Däm merns oder Dösens des Fahrers durch Vergleichen des Referenzwertes und des gemessenen Wertes und Abgeben eines Warnsignals bei Detektieren eines Dämmerns oder Dösens des Fahrers.

5. Warnsystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Straßen-Diskriminiervor richtung (41) die Straße durch Detektieren eines Stra ßenzollhäuschens und/oder von Straßenbezeichnungen, welche durch die Bilddaten repräsentiert sind, oder durch die Fahrgeschwindigkeit, durch die Konfiguration und die Größe der durch die Bilddaten repräsentierten Straße sowie durch eine in einer vorgegebenen Zeit überbrückte Distanz identifiziert.

6. Warnsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Referenzwert-Berech nungsvorrichtung (42) auf der Basis der Bilddaten eine Querverlagerung des Fahrzeuges relativ zur Fahrspur und einen Referenzwert berechnet, welcher das Fahrmuster des Fahrzeuges unter Benutzung der Standardabweichung von Querverlagerungen während einer vorbestimmten Zeit dauer definiert, und daß die Operations-/Bewegungsmu ster-Berechnungsvorrichtung (44) Meßwerte verarbeitet, welche das Fahrmuster spezifizieren.