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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem, das dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs das Fahren im durch Ampeln geregelten Verkehr erleichtern soll.
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Ein Fahrerassistenzsystem, das in der Lage ist, eine vorausliegende Ampel zu identifizieren, deren Phase zu erkennen und die Phase dem Fahrer auf einem Anzeigeinstrument anzuzeigen, ist aus
DE 102 49 512 A1 bekannt. Der Nutzen eines solchen Fahrerassistenzsystems liegt in erster Linie darin, dass es dem Fahrer das Suchen nach einer für ihn relevanten Ampel abnimmt und der Fahrer, um das Signal einer solchen Ampel zur Kenntnis zu nehmen, immer an dieselbe Stelle im Fahrzeug blicken kann.
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In dem zitierten Dokument wird auch die Möglichkeit in Betracht gezogen, einen Zähler vorzusehen, der die verbleibenden Sekunden bis zur nächsten Schaltphase der Ampel anzeigt. Eine solche Anzeige ist für den Fahrer jedoch nur von eingeschränktem praktischen Wert, da sie in ähnlicher Weise wie die Gelbphase einer Ampel ihn allenfalls abstrakt vor einem kurz bevorstehenden Umschalten auf Rot warnen kann. Die Entscheidung, ob es ohne Geschwindigkeitsänderung noch möglich ist, die Ampel zu passieren, ob Beschleunigen notwendig oder ratsam ist, oder ob das Fahrzeug angehalten werden muss, obliegt weiterhin dem Fahrer und kann von diesem allenfalls anhand einer groben Abschätzung getroffen werden. Der Fahrer befindet sich somit ständig in dem Dilemma, dass er, je nachdem wie er sich entscheidet, das Überfahren einer gelben oder möglicherweise bereits roten Ampel riskiert oder nachfolgende Fahrzeuge unnötig ausbremst.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Fahrerassistenzsystem zu schaffen, das ein effizienteres und müheloseres Navigieren im ampelgeregelten Verkehr ermöglicht.
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Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zu Folge gelöst durch ein Fahrerassistenzsystem mit einem Umgebungssensor zum Erfassen der gegenwärtigen Phase einer Ampel, ihrer Entfernung vom Fahrerassistenzsystem bzw. von einem das Fahrerassistenzsystem mit sich führenden Fahrzeug und der bis zu einem nächsten Phasenwechsel der Ampel verbleibenden Restzeit, einer Recheneinheit zum Prognostizieren der Phase bei Eintreffen an der Ampel basierend auf den Informationen des Umgebungssensors und einer Benutzerschnittstelle zum Anzeigen der prognostizierten Phase. Der Fahrer ist daher nicht mehr gezwungen, anhand von Daten, die er in der zur Verfügung stehenden Zeit kaum genau aufnehmen, geschweige denn miteinander verrechnen kann, die Ampelphase bei Eintreffen selber zu prognostizieren, sondern kann seine Fahrentscheidung auf die objektivere und genauere Prognose des Fahrerassistenzsystems stützen.
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Die Benutzerschnittstelle kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erste Anzeigeelemente zum Anzeigen der prognostizierten Phase und zweite Anzeigeelemente zum Anzeigen der gegenwärtigen Phase der Ampel aufweisen. So kann der Fahrer beide Informationen, die gegenwärtige Phase als auch die prognostizierte, mit einem Blick in eine gleiche Richtung aufnehmen, anstatt die aktuelle Phase von der realen Ampel ablesen und für die prognostizierte Phase dann in eine andere Richtung blicken zu müssen.
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Vorzugsweise können die Anzeigeelemente jeweils in Zahl und Farben und/oder in ihrer Anordnung den Lichtern der Ampel nachgebildet sein, um eine mühelose Erfassung durch den Fahrer zu gewährleisten. Besonders bevorzugt ist dies im Fall der die gegenwärtige Phase anzeigenden zweiten Anzeigeelemente; die ersten Anzeigeelemente können insbesondere hinsichtlich ihrer Farbe von den Lichtern der Ampel abweichen, um eine Verwechslung von gegenwärtiger und prognostizierter Phase durch den Fahrer auszuschließen.
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Insbesondere können die ersten Anzeigeelemente gleichfarbig sein; um ihre sichere Zuordnung zu den Ampelphasen zu gewährleisten, ist jedes erste Anzeigeelement vorzugsweise in räumlicher Zuordnung zu einem der zweiten Anzeigeelemente angeordnet.
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Entsprechend der üblichen Anordnung der Lichter in einer Ampel können die ersten Anzeigeelemente in einer ersten Spalte übereinander angeordnet sein. Entsprechend können auch die zweiten Anzeigeelemente in einer zweiten Spalte übereinander angeordnet sein, wobei die zweite Spalte neben der ersten angeordnet sein sollte, um dem Fahrer die Zuordnung eines jeden Anzeigeelements zu einer Ampelphase augenfällig zu machen.
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Die Benutzerschnittstelle kann zweckmäßigerweise in einem Elektronikgehäuse untergebracht sein, das bei vielen modernen Fahrzeugen zwischen einer Frontscheibe und einem Innenspiegel des Fahrzeugs platziert ist, um Sensoren von diversen Fahrerassistenzsystemen wie etwa eine Kamera, Niederschlagssensoren etc. aufzunehmen.
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Die Aufgabe wird einer anderen Ausgestaltung der Erfindung zu Folge gelöst durch ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem wie oben beschrieben.
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Einer weiteren Ausgestaltung zu Folge wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Unterstützen des Fahrers eines Kraftfahrzeugs mit den Schritten:
- a) Erfassen der gegenwärtigen Phase einer vorausliegenden Ampel;
- b) Abschätzen der Phase bei Eintreffen an der Ampel und
- c) Anzeigen der abgeschätzten Phase.
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In Schritt b) können die Restzeit der Ampel in der gegenwärtigen Phase und eine Zeit bis zum Eintreffen an der Ampel ermittelt werden, um anhand eines Vergleichs dieser beiden Zeiten die Phase bei Eintreffen abzuschätzen.
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Eine Zeit bis zum Eintreffen an der Ampel kann auf Grundlage der momentanen Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden.
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Alternativ oder auch konkurrierend kann eine Zeit bis zum Eintreffen an der Ampel auf Grundlage der für die von dem Fahrzeug befahrene Straße zulässigen Höchstgeschwindigkeit ermittelt werden.
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Eine Geschwindigkeitsempfehlung kann ausgegeben werden, wenn die auf Grundlage der momentanen Geschwindigkeit des Fahrzeugs abgeschätzte Phase bei Eintreffen an der Ampel nicht die Grünphase ist, eine Geschwindigkeitsänderung also notwendig ist, um, falls überhaupt möglich, in einer Grünphase der Ampel an dieser einzutreffen.
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Wenn die auf Grundlage der momentanen Geschwindigkeit des Fahrzeugs abgeschätzte Phase bei Eintreffen an der Ampel nicht die Grünphase ist, kann eine Geschwindigkeitsempfehlung ausgegeben werden, die das Erreichen der Ampel in der Grünphase erleichtert. Dabei kann es sich insbesondere um ein akustisches Signal handeln, aus dessen Tonhöhe oder Verlauf der Fahrer zumindest erkennen kann, ob eine Steigerung oder eine Senkung der Fahrzeuggeschwindigkeit zweckmäßig ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die einen Computer befähigen, als Recheneinheit des oben beschriebenen Fahrerassistenzsystems zu arbeiten oder das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
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Ein weiterer Erfindungsgegenstand ist ein computerlesbarer Datenträger, auf dem Programmanweisungen aufgezeichnet sind, die einen Computer befähigen, in der oben angegebenen Weise zu arbeiten, sowie ein Computersystems zum Einbau in einem Fahrzeug mit
- a) Mitteln zum Erfassen der gegenwärtigen Phase einer vorausliegenden Ampel;
- b) Mitteln zum Abschätzen der Phase bei Eintreffen an der Ampel und
- c) Mitteln zum Anzeigen der abgeschätzten Phase.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht von Windschutzscheibe und Armaturenbrett eines mit einem Fahrerassistenzsystem ausgestatteten Fahrzeug gemäß der Erfindung;
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2 ein Blockdiagramm des Fahrerassistenzsystems;
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3 ein Flussdiagramm eines Arbeitsverfahrens des Fahrerassistenzsystems; und
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4 Beispiele von Betriebszuständen der Benutzerschnittstelle.
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1 zeigt aus der Perspektive eines Fahrers eine schematische Ansicht eines Armaturenbretts 1, eines Lenkrads 2 und einer Windschutzscheibe 3 eines Kraftfahrzeugs. Am oberen Rand der Windschutzscheibe 3 ist in üblicher Weise ein Innenrückspiegel 4 angebracht. Der Innenrückspiegel 4 ist an einem Sensorgehäuse 5 verankert, das seinerseits an der Innenseite der Windschutzscheibe befestigt ist und diverse Sensoren von Fahrerassistenzsystemen wie etwa eine auf die vor dem Fahrzeug liegende Straße ausgerichtete Videokamera, einen Niederschlagssensor oder dergleichen enthält. Die Videokamera kann in an sich bekannter Weise zur Überwachung des Abstandes zu vorausfahrenden Fahrzeugen, der Niederschlagssensor zur Steuerung des Wischerbetriebs dienen. Ein Großteil des Sensorgehäuses 5 ist aus der Perspektive des Fahrers hinter dem Innenrückspiegel 4 verborgen. An einem freiliegenden Bereich des Sensorgehäuses 5 ist eine Benutzerschnittstelle 6 eines im Folgenden noch genauer zu beschreibenden Fahrerassistenzsystems angeordnet.
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Die Benutzerschnittstelle 6 umfasst zwei Gruppen von Anzeigeelementen, die hier in Form von zwei Spalten zu je drei Anzeigeelementen 7 bzw. 8 angeordnet sind. Die Anzeigeelemente 7, 8 sind vorzugsweise selbstleuchtend und können insbesondere als LEDs realisiert sein. Im Folgenden wird der Einfachheit halber angenommen, dass jedes Anzeigeelement 7, 8 eine einzelne LED umfasst, wobei sich versteht, dass je nach gewünschter Leuchtstärke auch mehrere LEDs zu einem Anzeigeelement zusammengefasst sein können. Von den drei LEDs der Anzeigeelemente 7 ist die oberste rot, die mittlere gelb und die untere grün, entsprechend den Farben einer üblichen Verkehrsampel. Die LEDs in den Anzeigeelementen 8 der rechten Spalte können dieselben Farben haben wie die in jeweils zur Linken benachbarten Anzeigeelementen 7, so dass sie ebenfalls eine Verkehrsampel nachbilden; im hier betrachteten Beispielfall leuchten die Anzeigeelemente 8 weiß.
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2 zeigt ein Blockdiagramm des Fahrerassistenzsystems, zu dem die Benutzerschnittstelle 6 gehört. Eine zentrale Recheneinheit 9, typischerweise ein Mikrocomputer, ist mit der Benutzerschnittstelle 6 sowie mit einem Umgebungssensor verbunden. Umgebungssensor kann eine beliebige Einrichtung oder Mehrzahl von Einrichtungen sein, mit deren Hilfe die Recheneinheit 9 in der Lage ist, Informationen über Ampeln in der Umgebung des Fahrzeugs und deren Phasen zu sammeln. Im hier gezeigten Fall umfasst der Umgebungssensor eine Kamera 10 zum optischen Erfassen von Ampeln, bei der es sich um die oben erwähnte, im Sensorgehäuse 5 untergebrachte Videokamera handeln kann. Die Kamera 10 kann gleichzeitig Bestandteil anderer Fahrerassistenzsysteme sein, etwa zur automatischen Erkennung von Verkehrsschildern oder zur automatischen Erfassung des Abstands zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und eventuell zur Regelung dieses Abstandes.
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Zum Umgebungssensor gehört hier ferner eine Funkschnittstelle 11, die es der Recheneinheit 9 ermöglicht, nach einem beliebigen an sich bekannten Telematik-Standard die aktuelle Ampelphase und Umschaltzeitpunkte zwischen Phasen betreffende Information von benachbarten Ampeln zu empfangen oder diese gezielt von einer in einem Bild der Kamera 10 identifizierten Ampel anzufordern.
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Einer Ausgestaltung der Erfindung zu Folge kann zusätzlich zu der optischen Benutzerschnittstelle 6 auch eine akustische Benutzerschnittstelle 12, typischerweise ein Lautsprecher, mit der Recheneinheit 9 verbunden sein.
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In Schritt S1 des in 3 dargestellten Betriebsverfahrens identifiziert die Recheneinheit 9 die nächste für das Fahrzeug relevante Ampel. Diese Identifikation kann auf einer Auswertung der von der Kamera 10 gelieferten Bilder basieren; vorzugsweise werden von den Ampeln ausgestrahlte Funksignale über die Funkschnittstelle 11 empfangen. Eine erste Beurteilung der Relevanz kann dann auf der Entwicklung der Signalstärke beruhen; relevant kann nur eine Ampel sein, auf die sich das Fahrzeug zubewegt und deren Signalstärke folglich mit der Fahrzeugbewegung zunimmt. Denkbar ist auch, über die Relevanz einer Ampel zu entscheiden, indem in ihrem Funksignal enthaltene Daten zu ihrer geografischen Position darauf überprüft werden, ob sie auf einem von einem Navigationssystem 13 des Fahrzeugs geplanten Fahrweg liegen.
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In Schritt S2 werden aus dem Funksignal einer für relevant befundenen Ampel Angaben zu deren aktueller Phase und der Restdauer dieser Phase extrahiert. Anhand der empfangenen Phase werden in Schritt S3 die Anzeigeelemente 7 angesteuert. D. h., ist die Ampel rot, so leuchtet das Anzeigeelement LED 7 auf, ist die Ampel gelb, leuchtet das gelbe Anzeigeelement 7, und bei grüner Ampel das grüne Anzeigeelement 7.
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In Schritt S4 wird die Entfernung des Fahrzeugs zur Ampel abgeschätzt. Die Abschätzung kann auf von der Kamera 10 gelieferten Bildern, zum Beispiel auf einer Größenmessung der Ampel in den Bildern, basieren, es können aber auch die von der Ampel per Funk gelieferten geografischen Positionsdaten mit einer vom Navigationssystem 13 ermittelten geografischen Position des Fahrzeugs abgeglichen werden.
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Eine bis zum Erreichen der Ampel erforderliche Zeitspanne Δt wird anhand des ermittelten Abstands d und einer Geschwindigkeitsinformation in Schritt S5 abgeschätzt. Bei der Geschwindigkeitsinformation kann es sich um die für den gegenwärtig befahrenen Straßenabschnitt zugelassene Höchstgeschwindigkeit handeln, die vom Navigationssystem 13 zur Verfügung gestellt wird; im Folgenden wird im Detail der Fall betrachtet, dass die Geschwindigkeitsinformation die von einem Tachometer gelieferte tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs angibt. Wenn die Zeitspanne Δt kleiner ist als die in Schritt S2 ermittelte Restzeit der Ampel in ihrer gegenwärtigen Phase, dann könnte das Fahrzeug unter Beibehaltung seiner Geschwindigkeit die Ampel in ihrer gegenwärtigen Phase passieren. Wenn die gegenwärtige Phase die Grünphase ist, leuchtet wie in 4a) dargestellt das grüne Anzeigeelement 7, und das ihm benachbarte unterste Anzeigeelement 8 wird in Schritt S6 eingeschaltet. So kann der Fahrer mit einem Blick auf die Benutzerschnittstelle 6 erkennen, dass er die Ampel problemlos passieren kann.
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Befindet sich die Ampel in der roten Phase, dann leuchtet das oberste, rote Anzeigeelement 7, und das zu ihr benachbarte oberste Anzeigeelement 8 wird in Schritt S6 eingeschaltet, siehe 4b). So kann der Fahrer erkennen, dass, wenn er unverändert weiterfährt, die Ampel nicht rechtzeitig auf grün springen wird, und er folglich beginnen kann, das Fahrzeug abzubremsen.
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Während sich das Fahrzeug der Ampel nähert, können die Schritte S4 bis S6 zyklisch wiederholt werden. Wenn im oben betrachteten Fall der 4b) der Fahrer das Fahrzeug tatsächlich abbremst, dann verlängert sich die Zeit bis zur Ankunft an der Ampel, und der Eintreffzeitpunkt kann hinter dem Umschaltzeitpunkt zur nächsten Grünphase zu liegen kommen. In diesem Fall zeigen die Anzeigeelemente 7 zwar weiterhin die Rotphase der Ampel an (d. h. das oberste, rote Anzeigeelement 7 ist eingeschaltet, siehe 4c), doch ist gleichzeitig von den Anzeigeelementen 8 das unterste, benachbart zur grünen LED 7, eingeschaltet, um dem Fahrer zu verdeutlichen, dass er bei Beibehaltung der aktuellen Geschwindigkeit die Ampel in der kommenden Grünphase erreichen wird.
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Mit Passieren der Ampel endet vorläufig das Verfahren der 3; es beginnt von neuem, wenn eine weitere Ampel in Sichtweite des Fahrers bzw. der Kamera 10 oder in die Empfangsreichweite der Funkschnittstelle 11 gelangt.
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4d) zeigt den Fall, dass die aktuelle Phase der Ampel zwar grün ist, die Restdauer der Grünphase aber bei der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit nicht ausreicht, um die Ampel noch bei Grün zu erreichen. In dem hier gezeigten Fall signalisiert das mittlere Anzeigeelement 8, benachbart zum gelben Anzeigeelement 7, dass die Ampel in der Gelbphase erreicht würde und ein Passieren der Ampel somit zwar noch möglich, aber kritisch wäre. Der Fahrer hat nun die Wahl, ob er, sofern zulässig, das Fahrzeug beschleunigt (woraufhin, falls die Beschleunigung ausreichend ist, die Recheneinheit 9 das mittlere Anzeigeelement 8 aus- und stattdessen das untere Anzeigeelement 8 einschalten wird), oder ob er das Fahrzeug verzögert (woraufhin die Recheneinheit 9 alsbald das obere Anzeigeelement 8 einschalten wird).
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In einer Situation wie den oben mit Bezug auf 4c) und d) betrachtetem, wo eine Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs sinnvoll ist, um die Ampel bei Grün passieren zu können, kann einer Variante der Erfindung zu Folge die oben erwähnte akustische Benutzerschnittstelle 12 zum Einsatz kommen. Im einfachsten Fall kann der Fahrer durch ein charakteristisches akustisches Signal aufgefordert werden, auf die Benutzerschnittstelle 6 zu blicken, um die aktuelle und die prognostizierte Ampelphase zur Kenntnis zu nehmen und auf deren Grundlage zu entscheiden, ob und in wie weit er die Fahrzeuggeschwindigkeit verändert. Denkbar ist aber auch, ihm mithilfe von unterschiedlichen akustischen Signalen einen Hinweis auf die Richtung einer empfehlenswerten Geschwindigkeitsänderung zu liefern. So kann er z. B. durch eine ansteigende Tonfolge suggestiv auf eine empfohlene Geschwindigkeitssteigerung, durch eine absteigende Tonfolge auf eine Verzögerung hingewiesen werden. Einer zweckmäßigen Weiterbildung zufolge sollte dabei ein Vergleich mit der für den befahrenen Straßenabschnitt maximal zulässigen Geschwindigkeit erfolgen; wenn die zum Passieren der Ampel bei Grün erforderliche Geschwindigkeitssteigerung zu einer Überschreitung der maximal zulässigen Geschwindigkeit führen würde, sollte der akustische Hinweis unterdrückt werden, um den Fahrer nicht zu fehlerhaftem Fahrverhalten zu verleiten.
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In entsprechender Weise kann auch im Falle der 4d eine Korrektur der Ausgabe durch die Benutzerschnittstelle 6 erfolgen. Aus dem Anzeigebild der 4d kann der Fahrer, wie oben erläutert, den Schluss ziehen, dass er beschleunigen muss, um die Ampel noch bei Grün zu passieren, oder er kann das Fahrzeug ausrollen lassen oder abbremsen, so dass er die Ampel bei Rot erreicht. Wenn jedoch die Recheneinheit 9 feststellt, dass die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs nah an der maximalen zulässigen Geschwindigkeit liegt und beim Beschleunigen mit deren Überschreitung zu rechnen ist, oder wenn eine Überschreitung der maximal zulässigen Geschwindigkeit erforderlich ist, um die Ampel noch bei Grün zu erreichen, dann schaltet die Recheneinheit 9 anstelle des mittleren das obere Anzeigeelement 8 an, um dem Fahrer so zu verdeutlichen, dass die Ampel nicht mehr bei Grün zu erreichen ist, und ihn so zum Verzögern des Fahrzeugs zu veranlassen.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Armaturenbrett
- 2
- Lenkrad
- 3
- Windschutzscheibe
- 4
- Innenrückspiegel
- 5
- Sensorgehäuse
- 6
- Benutzerschnittstelle
- 7
- Anzeigeelement
- 8
- Anzeigeelement
- 9
- Recheneinheit
- 10
- Kamera
- 11
- Funkschnittstelle
- 12
- akustische Benutzerschnittstelle
- 13
- Navigationssystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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