DE3222263A1

DE3222263A1 - Abstands-warnsystem fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3222263A1
Application number: DE19823222263
Authority: DE
Inventors: Günter 1000 Berlin Mehnert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-06-09
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1983-02-03

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Abstands-Warnsystem für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Warnsysteme, mit dem Zweck, Auffahr-Unfälle im Straßenverkehr durch rechtzeitige Warnung des Fahrers oder, darüber hinaus, durch automatische Redosierung der eigenen Geschwindigkeit zu vermeiden, sind bekannt und zum Teil seit mehreren Jahren im Versuchsstadium.
Die technische Grundlage dieser Systeme ist im wesentlichen eine Radar-Anlage mit Sender und Empfänger, die nach dem Rückstrahlprinzip arbeitet und mit Hilfe einer elektronischen Auswertungs-Anlage die Messung des Abstandes bzw. der Relativgeschwindigkeit zu den Ortungsobjekten, d.h. zu eventuellen Hindernissen auf der Fahrbahn ermöglicht.
Dafür ist grundsätzlich sowohl ein Impulsradar als auch ein Si-Dauerstrichradar geeignet.
Mit einem Impulsradar wird eine dichte Folge kurzer, diskreter Wellenpakete ausgesendet und, soweit reflektiert, empfangen, wobei die Echo-Signale im einzelnen (mit der zeitlichen Differenz ihres Eintreffens) direkt die Abstandsinformation ergeben, während die Relativgeschwindigkeit anhand der Abstandsänderung in der Zeit errechnet werden kann.
(S. "Spektrum der Wissenschaft", 6/80, Seite 24-34) Mit einem kontinuierlich strahlenden BE-CW-Radar kann der Abstand mit Hilfe einer geeigneten hrequenzmodulation, z.B. sägezahnförmig, ermittelt werden.
Die Relativgeschwindigkeit zu den georteten Objekten läßt sich hierbei unmittelbar aus der Doppler-Frequenzverschiebung ableiten.
(S. z.B. DT 25 14 868 Al, DT 24 60 826 Al) Beide Methoden haben or- und Nachteile, sie werden z.Z. in verschiedenen praktischen Ausführungen getestet. 3eide Methoden haben jedoch einen erheblichen Mangel gemeinsam, der durch alle bekannt gewordenen Testergebnisse bestätigt wird: In Fahrt richtung kann weder mit dem Doppler-Effekt noch mit irgendeiner elektronischen Auswertung aus einer Echo-Signalfolge allein sicher unterschieden werden, ob sie von einem gefährlichen Hindernis oder z.B. von der ruhenden Verkehrskulisse stammt; und aus diesem grundsätzlichen Mangel resultiert die relativ hohe Fehlalarmquote autarker Abstands-Warnsysteme nach dem Stand der Technik.
Nicht-autarke Warnsysteme lösen dieses Problem einfach dadurch, daß sie spezielle, außerhalb des überwachenden Fahrzeuges liegende Hilfsmittel einsetzen, d.h. schon voraussetzen - z.B. spezielle Reflektoren an vorausfahrenden Fahrzeugen, evtl. mit nachgeordneter Modulation der Radarwellen usw.. Ihr Nachteil besteht generell in ihrer Abhängigkeit von einer externen technischen Einrichtung mit den diversen Folge-Nachteilen.
Eine besondere Ausführung eines nicht-autarken Warnsystems ohne Fehlalarm beruht z.B. darauf, nicht den vorausfahrenden, sondern den nachfolgenden Verkehr zu überwachen und mit Hilfe des Doppler-Effektes die (von dort) herannahenden oder zu dicht fahrenden (d.h. bedrohlichen) Fahrzeuge vom übrigen Verkehr und von der ruhenden Umgebung zu unterscheiden.
(S. US 3 786 507) In diesem Fall hängt die Funktionsfähigkeit des Systems von der Bereitschaft des nachfolgenden Fahrers ab, das Warnsignal gegebenenfalls zu beachten, und andererseits schützt es in Fahrtrichtung - indirekt -nur dann, wenn ein Wagen mit demselben System vorausfahrt bzw. geradeaus gerichtet stehenbleibt, auch bei einem Unfall.
Autarke Abstands-Warnsysteme haben dagegen den Vorteil, die Insassen des überwachenden Fahrzeuges direkt zu schützen, und zwar unabhängig von äußeren Hilfsmitteln und damit auch unabhängig vom allgemeinen Einführungsstand des jeweiligen Systems.
Die Fehlalarmquote dieser Systeme zu verringern, ist ein Ziel, das bereits auf vielfältige Weise angestrebt wurde. Da es mit den bekannten Mitteln jedoch grundsätzlich unmöglich ist, Fehlalarm bei vollständiger Uberwachung des Vorausraumes völlig auszuschließen, kann jeder dieser Versuche nur darin bestehen, den Uberwachungsbereich auf bestimmte Weise einzuschränken, um weniger Fehlalarm zu erhalten.
So wird vor allem das Wirkungsfeld der Radarkeule eingeschränkt, einmal in der Ortungstiefe (auf ca. 120m) und außerdem im Abstrahlwinkel (auf ca. 20).
Der Abstrahlwinkel kann beeinflußt werden durch Antennengröße und Frequenz. Eine besondere Art der Bundelung wird durch flberlagerung zweier gleichgerichteter Radarkeulen und durch eine geeignete Auswertung der Echo-Signale erreicht.
(S. DT 2 327 186) Durch die Verkürzung des überwachten Raumes werden weiter entfernte Hindernisse allerdings erst später erfaßt; und die Bündelung der abgestrahlten Radarwellen ergibt die Einschränkung, daß vorausfahrende Fahrzeuge - vor allem in Kurven - zeitweise außerhalb des Uberwachungsbereiches geraten, obwohl der Abstand zu ihnen zu gering sein kann.
Dies gilt in erhöhtem Maße für eine Kombination dieser beiden Einschränkungen, nämlich für eine Verkürzung der ausgewerteten Meßstrecke in Abhängigkeit vom Lenkwinkel, mit dem Zweck, Fehlalarm durch Gegenverkehr oder Leitplanken in Kurven zu reduzieren.
(S. "Spektrum der Wissenschaft", 6/80, Seite 28) Ein Versuch, den Uberwachungsraum in Kurven - bei Reduzierung der Fehlalarmquote - weitgehend zu erhalten, besteht darin, daß die Radar-Anlage synchron zu den Lenkbewegungen in Fahrbahnrichtung geschwenkt wird.
Vom unterschiedlichen technischen Aufwand der beiden Verfahren abgesehen, gibt es jedoch Fahrsituationen, in denen beide gleichermaßen - und unvermindert - zu falschem Alarm führen, vor allem bei dichtem Gegenverkehr: z.B. im Eingang von Kurven (solange die Räder geradeaus führen) und mitten im Spurwechsel (wo die Räder ebenfalls vorübergehend geradeaus führen).
Solche Situationen, verbunden mit relativ schmalen Fahrbahnen, treten am häufigsten auf Landstraßen und im Stadtverkehr auf; und anbetrachts der negativen, nachgerade Gefahren verursachenden Wirkung jeden Pehlalarms ist für alle bisher bekannten autarken Abstands-Warnsysteme zu erwarten, daß ihr Anwendungsbereich auf den weiträumigen Schnellverkehr beschränkt bleiben wird. Für den komplexen Straßenverkehr (wo die größte Unfallhäufigkeit besteht) gibt es nach dem Stand der Technik noch keine eigenständige Lösung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein autarkes Abstands-Warnsystem zu konzipieren, das sowohl für den einfachen als auch für den komplexen Straßenverkehr geeignet ist und das insbesondere in den kritischen Verkehrssituationen ohne Fehlalarm arbeitet.
Diese Aufgabe ird auf der Grundlage herkömmlicher, gattungsgemäßer Einrichtungen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die systembedingte, für die Ausschaltung von Behlalarm notwendige Einschränkung des Uberwachungsrahmens besteht hier - situationsabhängig - in der konsequenten Beschränkung auf die Uberwachung des Abstandes zu vorausbewegten Fahrzeugen, d.h. in dem konsequenten Verzicht darauf, auch andere Objekte zu signalisieren. (Die herkömmlichen Verfahren warnen generell, d.h. unabhängig von der jeweiligen Situation, auch vor Gegenverkehr und vor stehenden Hindernissen, wenn auch generell zu spät, da als Abstandskriterium einheitlich der relative Sicherheitsabstand plus einem Zuschlag gewählt wird - relativ: d.h. in bezug auf ein vorausbewegtes Ortungsobjekt mit eigenem Bremsweg.) Die Erfindung geht von der Anschauung aus, daß der freie Raum in der Breite, insbesondere die Straßenführung selbst und dies insbesondere bei geringerer Geschwindigkeit, verhältnismäßig leicht optisch erfaßt und kontrolliert werden kann (und ohnehin erfaßt werden muß), während die subjektive Einschätzung des Abstandes oder gar der Relativgeschwindigkeit zu vorausfahrenden Fahrzeugen - selbst bei voller Aufmerksamkeit - nur sehr ungenau sein kann.
Bei höherer Geschwindigkeit, z.B. größer 80 km/h, insbesondere auf den dafür vorgesehenen breiteren Fahrbahnen, sowie andererseits im langsamen Kolonnenverkehr, in Stauungen und Stockungen, ist es hingegen sinnvoll und vorteilhaft, stehende Hindernisse in den Überwachungsrahmen des Abstandsradars einzubeziehen und den Autofahrer somit zu unterstützen.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht -gemäß Aufgabenstellung - hauptsächlich darin, daß Auffahr-Unfälle dort, wo sie am häufigsten auftreten, nämlich im dichten Stadtverkehr und auf verkehrsreichen Landstraßen, reduziert werden können, ohne daß Fehlalarm die Einführung und Verbreitung des Warnsystems beeinträchtigt - und ohne daß die Vorteile der herkömmlichen Verfahren für deren spezielles .4nwendungsgebiet aufgegeben werden müssen.
Die Abstandsüberwachung vorausbewegter Fahrzeuge nach Anspruch 1 kann bei Bedarf auch für sich - in technisch vereinfachter, kostengünstigerer Ausführung - realisiert werden. Im Unterschied dazu benötigt die bimodale Ausführung des Systems außer den zwei Betriebsarten selbst eine eindeutige Regelung ihres Wechselspiels, wobei der jeweilige Betriebszustand stets eindeutig und leicht erkennbar sein muß.
Diese Teilaufgaben werden erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 gelöst.
Ein zweckmäßiges Ausführungsbeispiel für die optische Funktionsanzeige des Warnsystems nach Anspruch 2 besteht in der (bekannten) Kombination der geläufigen Farben Grün, Gelb, Rot mit der zugeordneten Bedeutung: Grün, d.h. Fahrbahn ist frei." Gelb, d.h. Kritischer Abstand ist erreicht: Nicht beschleunigen!" Rot, d.h. 'tAbstsud ist zu klein: Geschwindigkeit reduzieren!" Die Betriebsart für selektive Uberwachung vorausfahrender Fahrzeuge wird dabei einfach mit einer zusätzlichen Anzeige, z.B. mittels einer weißen Leuchte, signalisiert. Die grüne Anzeige erscheint in dieser Betriebsart nur dann, wenn ein Fahrzeug geortet wurde, das In ausreichendem Abstand vorausfährt. Bleibt z.B.
dieses Fahrzeug (außerhalb des Warnbereichs) plötzlich stehen, so erlischt Grün, und es verbleibt die neutrale Funktionsanzeige zur Orientierung.
Der Inhalt der eigentlichen 5wiarnmeldungen Gelb und Rot ist in beiden Betriebsarten gleich.
Entsprechend der Zielsetzung, den Fahrer zu unterstützen, ohne seine Verantwortung abzubauen, sollten die zwei Betriebsarten nicht nur automatisch, sondern auch - und dann mit höherer Priorität - manuell geschaltet werden können (Anspruch 3).
Ist die automatische Umschaltung der Betriebsarten aktiviert, so genügen erfindungsgemäß bestimmte objektive änderungen der Fahrsituation, um den Uberwachungsmodus der neuen Situation anzupassen. Die Fahrsituation selbst kann im Prinzip aus wenigen, aber hierfür ausreichenden Primärdaten abgeleitet werden, vor allem aus den Größen Eigengeschwindigkeit, Lenkwinkel und Blinkerstand.
Welche Änderung dieser Größen unter welcher Bedingung zweckmäßig zu welchem Uberwachungsmodus führen sollte, läßt sich in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel zum Anspruch 4 nach folgenden Schaltregeln realisieren: A. Umschalten auf den Uberwachungsmodus für komplexen Straßenverkehr dann, - wenn der Lenkwinkel einen als Parameter gespeicherten Wert überschreitet (z.B. beim Rangieren, beim Abbiegen oder in engen Kurven) oder - wenn der Fahrtrichtungsanzeiger eingeschaltet wird (z.B. beim Abbiegen, beim Uiberholen oder Spur wechseln).
B. Umschalten auf den Uberwachungsmodus für einfache Geradeaus-Fahrt bzw. für den Schnellverkehr dann, - wenn die Eigengeschwindigkeit einen unteren oder einen oberen als Parameter gespeicherten Grenzwert übersteigt, während der Fahrtrichtungsanzeiger ausgeschaltet ist (z.B. beim Anfahren an der Kreuzung bzw. nach einer Stauung auf der Autobahn), oder - wenn der Fahrtrichtungsanzeiger in die Ruhestellung zurückspringt, während die Eigengeschwindigkeit höher (geworden) ist als der obere Grenzwert (z.B. nach der Einfahrt in die Autobahn oder nach einem Spurwechsel im Schnellverkehr).
Zu beachten ist, daß die Umschaltung nur bei Überschreitung der einzelnen Grenzwerte erfolgt, nicht auch bei Anderungen in umgekehrter Richtung.
Die betreffenden Parameter können in folgender Größenordnung vorgegeben werden: - Kritischer Lenkwinkel: 10-15° zur Längsachse, das entspricht etwa einem Drittel der maximalen Rad-Auslenkung nach jeder Seite, - Untere/Obere Geschwindigkeitsgrenze: 20 bzw. 80 km/h.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Abstands-Warnsystems nach der Erfindung, und zwar in bimodaler Ausfahrung. Es soll die Gliederung der einzelnen Funktionseinheiten und den Datenfluß grob abbilden.
Eine Radar-Anlage RA strahlt mit einem Sender elektromagnetische Wellen bzw. impulsförmige ellenpakete aus und empfängt die von Ortungsobjekten reflektierten Echo-Signale mit einem Empfänger.
Die in der Reflexion enthaltene Information (Abstand bzw. Abstandsänderung in der Zeit) wird meßtechnisch aufbereitet, mit einem Analog-Digital-Umwandler in digitale Porm umgesetzt und als Eingabedaten El an den nachgeschalteten Mikrocomputer MC übergeben.
Der Mikrocomputer MC, bestehend aus einem Eikroprozessor MP1-3, einem Speicher SP und Ein-/Ausgabe-Anschlüssen EA, verarbeitet die eingehenden Daten unter Berücksichtigung weiterer Eingabedaten E2-E6 und gespeicherter Parameter mit einem entsprechenden Programm und überwacht damit laufend den Vorausraum des Fahrzeuges sowie dessen Fahrsituation.
Wird aufgrund dieser Uberwachung festgestellt, daß der Sicherheitsabstand erreicht oder unterschritten wurde, so gibt der Mikrocomputer entsprechende Ausgabedaten A1-A4 an den Alarmgeber AG bzw. an die Funktionseinheit zur Geschwindigkeitsregulierung VR, jeweils nach Umwandlung der Signale in analoge Form.
Der Meßwert-Umformer MU bereitet die Eingabedaten E2-E6 auf, mit der Bedeutung: E2 = Modus der Betriebsartenwahl (manuell/automatisch) E3 = Witterungsgrößen E4 = Eigengeschwindigkeit E5 = Lenkwinkel E6 = Blinkerstand Die Warnmeldung mit den Ausgabedaten A1-A3 erfolgt abgestuft, und zwar in der Form: A1 = optisch A2 = akustisch (bedingt) A3 = taktil (bedingt) Der Mikroprozessor MP ist funktionstechnisch gegliedert in einen Steuerteil XP1 und die Auswertungsteile MP2 und MP3. Der Steuerteil s1 enthält u.a.
die Einrichtung zur Auswertung der Fahrsituation und die Schaltlogik zur entsprechenden Verwendung der beiden Auswertungsteile.
Der Teil MP2 verarbeitet die Eingabedaten nach der herkömmlichen Abstands überwachung aller bewegter und stehender Hindernisse - und unterdrückt, soweit hierbei möglich, Fehlwarnungen mittels besonderer Programm routinen.
Bei Aktivierung des Auswertungsteils MP3 (für komplexen Straßenverkehr, d.h. in der Betriebsart für selektive uoerwachung) werden weitere mögliche Quellen für Fehlalarm mit programmtechnischen Mitteln ausgeschaltet, nämlich alle diejenigen Überwachungsergebnisse, die (im Vergleich mit der eigenen Geschwindigkeit) nur vom ruhenden oder vom entgegenkommenden Verkehr stammen können, so daß der Zweck der Abstandsüberwachung zu vorausbewegten Fahrzeugen korrekt erfüllt werden kann.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung zwei Fahrzeuge F1 und F2 in den Situationen (a) bis (e) mit jeweils verschiedener Relativgeschwindigkeit = = v2 - v1, wobei v1 > 0 die Geschwindigkeit des überwachenden Fahrzeuges F1 ist: a) F2 entfernt sich in Fahrtrichtung (nv > O), b) F2 fährt gleich schnell voraus (dv = O), c) F2 fährt langsamer voraus (#v < 0 und #v+v1 > 0), d) F2 steht vor F1 (#v+v1 = 0), e) F2 kommt Pl entgegen ( tv+v1 < 0).
Situation (a) führt zu einer Verringerung der Kollisionsgefahr und ergibt deshalb keine Warnmeldung des Systems. Die anderen Situationen können hingegen zu einem Zusammenstoß führen und ergeben deshalb (bei Unterschreitung des errechneten Sicherheitsabstandes) eine Warnmeldung.
Im herkömmlichen Überwachungsmodus gilt dies für die Fälle (b) bis (e), im selektiven Überwachungsmodus des Systems nur für (b) und (c), nämlich dann, wenn #v = 0, d.h. v1 = v2, oder #v < 0 und #v+v1 > 0, d.h. v1 > v2 > 0, ermittelt wurde. Auswahlkriterium für die Verfolgung von Ortungsobjekten ist hier die Bedingung v2 > 0.
Leerseite

Claims

Abstands-Warnsystem für Eraftfahrzeuge Patentansprüche 1. Abstands-Warnsystem für Kraftfahrzeuge - mit einer Radar-Anlage zur Messung von Abstand und Relativgeschwindigkeit von Ortungsobjekten in Bahrtrichtung des überwachenden Fahrzeuges (als Impuls-oder FM-Dauerstrichradar, mit den zugehörigen Sende-und Empfangs-Einrichtungen), - mit einer elektronischen Auswertungs-Anlage zur Ermittlung des Alarmzustandes aus den Echo-Signalen unter Berücksichtigung weiterer meßgrößen (z.B.

Eigengeschwindigkeit, Lenkwinkel, Witterungsgrößen) sowie vorgegebener, gespeicherter Parameter (als Mikrocomputer mit der zugehörigen Prozeßperipherie, z.B. Verstärker, Potential-Treunglieder, Signal-Umwandler analog/digital und umgekehrt, sowie anderen erforderlichen Baugruppen und Schaltgliedern), - mit einem Alarmgeber, der bei Unterschreitung des errechneten Sicherheitsabstandes zu einem hindernis aktiviert wird und den Fahrer des überwachenden Fahrzeuges optisch und/oder akustisch oder taktil (mittels Vibrationen über das Gaspedal) warnt, - wahlweise mit weiteren Warn-Einrichtungen (z.B. für den nachfolgenden Verkehr) oder Regelungs-Einrichtungen (z.B. für eine automatische Geschwindigkeitsanpassung), dadurch gekennzeichnet, daß das System besondere Einrichtungen zur Auswertung der Echo-Signale sowie des eigenen Bewegungszustandes enthält, die eine situationsabhängige rUberwachung des Vorausraumes ermöglichen, und zwar a) eine elektronisch gesteuerte Filter-Einrichtung, die nur solche Echo-Signaldaten zu einer Abstand warnung bzw. -regelung führen läßt, die von vorausfahrenden Fahrzeugen mit gleicher oder geringerer Geschwindigkeit (größer Null) herrühren, sowie wahlweise b) eine bistabil wirkende Schalt-Einrichtung, die bei bestimmter Änderung der Bahrsituation automatisch auf eine von zwei Uberwachungsarten schalten kann, nämlich entweder auf die in a) gekennzeichnete selektive Überwachung (für den komplexen Straßenverkehr) oder auf die herkömmliche Abstandsüberwachung aller bewegter und stehender Hindernisse (für einfache Geradeaus-Fahrt sowie für den weiträumigen Schnellverkehr).
2. Abstands-Warnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fahrer des überwachenden Fahrzeuges Funktionszustand und Überwachungsergebnis des Systems zumindest mittels eindeutiger, leicht unterscheidbarer farbiger Leuchten angezeigt werden.
3. Abstands-Warnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kombination beider Betriebsarten eine Schalt-Vorrichtung für die manuelle Auswahl der 3etriebsart einerseits und für eine automatische Auswahl andererseits vorgesehen ist.
4. Abstands-Warnsystem nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Umschaltung der Betriebsarten durch Situationsänderungen gesteuert wird, die sich zumindest aus änderungen der maschinell erfaßten Größen Eigengeschwindigkeit, Lenkwinkel und Blinkerstand ableiten lassen.