DE3619824C2 - Vorrichtung zum Anzeigen der aktuell gültigen oder der nach den Umgebungsbedingungen sicheren Höchstgeschwindigkeit für Straßenfahrzeuge - Google Patents

Vorrichtung zum Anzeigen der aktuell gültigen oder der nach den Umgebungsbedingungen sicheren Höchstgeschwindigkeit für Straßenfahrzeuge

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen der aktuell gültigen oder der nach den Umgebungsbedingungen sicheren Höchstgeschwindigkeit für Straßenfahrzeuge, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist. Diese Vorrichtung geht über das im US-Patent 44 92 952, "Automotive Driving Condition Alarm System" angegebene Verfahren wesentlich hinaus:
Dieses Patent betrifft fünf Sensoren mit direkter analoger Signalverarbeitung, die bei Überschreiten von vorab in den Schaltungen festgelegten Grenzwerten Warnungen an den Fahrer geben soll. Die Meßgrößen sind die Feuchte der Straße und die Außentemperatur, speziell die Gefriertemperatur, horizontale und vertikale Vibrationen, die Eigengeschwindigkeit und das Greifverhalten des Fahrers am Lenkrad über Drähte in einem speziellen Lenkradbezug. Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Anmeldung mit Ausnahme der wohlbekannten Eigengeschwindigkeits- und Temperaturmessung ausschließlich das Fernmeßprinzip über abbildende Sensormatrizen (CCD-Fernsehkameras) eingesetzt; es wird keine analoge Signalverarbeitung von Einzelsensoren durchgeführt. Die anzuzeigenden Werte sind nicht gemessene physikalische Zustandsgrößen, sondern aus der Auswertung von Bildfolgen abgeleitete sichere Grenzwerte bzw. von Verkehrsschildern übernommene verpflichtende Höchstwerte. Hier soll nicht im konkreten Einzelfall eine Warnung an den Fahrer gegeben werden, sondern diesem soll die neue Möglichkeit eröffnet werden, durch Blick auf den Tachometer stets die Differenz zwischen Istwert und Grenzwert ablesen zu können.
Die vorliegende Vorrichtung geht auch über das aus der DE 35 19 629 A1, "Alarmkreis" bekannte wesentlich hinaus:
In dieser Druckschrift wird ebenfalls von einer in einem Sensor ermittelten physikalischen Quantität ausgegangen und eine Warnung erzeugt, wenn ein vorbestimmter Wert erreicht wird; auch hier geschieht die Signalverarbeitung in einem analogen Schaltkreis mit direkter elektrischer Ankopplung an den Sensor. Die Warnung erfolgt über einen LED-Geber. Zu dieser Vorrichtung gilt das oben Gesagte genauso; darüber hinaus erfolgt in der vorliegenden Vorrichtung die Darstellung des aus der Bildverarbeitung gewonnenen Grenzwertes (nicht des Zustandes) durch eine bewegliche zweite Nadel im konventionellen Tachometer oder durch eine Anordnung von LED′s im Überstreichungsbereich der herkömmlichen Tachonadel.
Die Gegenstände beider genannten Druckschriften können keine Informationen über Bilder berührungslos aufnehmen und in einer komplexen digitalen Weiterverarbeitung daraus Situationsdarstellungen ableiten und anzeigen.
Ein Kamera- und Bildfolgenauswertesystem mit diesen Fähigkeiten ist beispielsweise aus dem Vortrag von E.D.Dickmanns und A. Zapp, gehalten auf der AFCET Konferenz "Automatique 85 - the tools for tomorrow", Toulouse, Oktober 1985, bekannt. Dieses System dient zum Führen eines Fahrzeuges auf der Fahrbahn. Es ist in der Lage, aufgrund der aus Bilddaten ermittelten Krümmung der Straße die Fahrzeuggeschwindigkeit selbsttätig zu steuern. Dieses System ist jedoch nicht in der Lage, andere Beschränkungen der Geschwindigkeit, die z. B. durch Ortsdurchfahrten, Verkehrsschilder usw. gegeben sind, zu erfassen, zur Fahr­ zeugsteuerung zu verwerten oder dem Fahrer anzuzeigen. Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung anzu­ geben, mit der auch Geschwindigkeitsbeschränkungen, die beispielsweise durch Verkehrsschilder gegeben werden, erfaßt, und im Fahrzeugraum für die Dauer ihrer Gültigkeit angezeigt werden. Weiterhin sollen auch andere Umweltbedingungen wie z. B. Feuchtigkeit, Temperatur (Eisbildung), Sichtbarkeitsgrenzen der Fahrbahn aufgrund von Nebel oder Verdeckungen und die Oberflächenbeschaffenheit der Straße zur Ermittlung und Anzeige einer maximal zulässigen oder einer bei gegebenen Umweltbedingungen sicheren Fahrzeuggeschwindigkeit, insbesondere auch in Kurvenbereichen, herangezogen werden können.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 gelöst, das erfindungsgemäß die im Kennzeichenteil dieses Anspruches angegebenen Merkmale aufweist.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung folgen aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung werden das ermittelte Höchst­ geschwindkeitssignal und das Momentangeschwindigskeits- Signal des Fahrzeuges in einer gemeinsamen Anzeigeein­ richtung und insbesondere auf der gleichen Skala angezeigt, so daß der Fahrer leicht ermitteln kann, ob er sich im sicheren Fahrbereich befindet oder ob er die nach den gege­ benen Umweltbedingungen zulässige Höchstgeschwindigkeit überschreitet. Dabei wird vorteilhafterweise das Ausgangs­ signal der Informationsverarbeitungseinrichtung noch nach Maßgabe von Umweltbedingungen wie z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Straßenoberflächenbeschaffenheit, Straßen­ nässe usw. korrigiert, so daß die von dem Bildsensor und von der Informationsverarbeitungseinrichtung gelieferten Daten an die jeweiligen Umgebungsbedingungen angepaßt werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist weiter vorgesehen, die Momentangeschwindigkeit des Fahrzeuges mit der ermittelten zulässigen Höchstgeschwindig­ keit zu vergleichen und nach Maßgabe dieses Vergleiches ein Warnsignal abzugeben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen und der Figuren beschrieben und näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Beispiel für eine Szene, die sich dem Fahrer eines Fahrzeugs bietet und in der Informationen enthalten sind, aus denen eine höchstzulässige Geschwindigkeit abgeleitet wird;
Fig. 2 zeigt schematisch ein Anordnungsbeispiel für das erfindungsgemäße System;
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungs­ gemäßen Systems;
Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine in dem System verwendete Anzeigeeinrichtung;
Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer solchen Anzeigeeinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Szene, an der sich einige typische Wirkungsabläufe darstellen lassen. Es ist ein Einzelbild aus einer 50 Hz oder auch 60 Hz Fernsehbildfolge, deren Inhalt sich ständig und gemäß der Fahrgeschwindigkeit stetig ändert. Die Straße 1 ist vor dem Fahrzeug 4 zunächst nach rechts, späten nach links gekrümmt und verläuft durch hügeliges Gelände. Zum Vergleich ist in Bild 1 eine ebene gerade Straße gestrichelt angedeutet. Die Krümmungswerte können in an sich bekannter Weise aus einer Vermessung des Straßenbegrenzungsverlaufs in der Bildfolge numerisch ermittelt werden. Die Informationsverarbeitungseinheit erkennt anhand einer eingespeicher­ ten Wissensbasis über Straßenverkehrssysteme, daß es sich z. B. um eine Bundesstraße handelt; damit gilt generell die Höchstgeschwindigkeit 100 km/h in der Bundesrepublik Deutsch­ land. Im vorliegenden Fall zeigt ein rundes Verkehrsschild 2 vorne rechts mit der Zahl 80 auf weißem Grund in rotem Kreis mit genormtem Durchmesser an, daß ab hier die Maximal­ geschwindigkeit auf 80 km/h durch die Straßenverkehrsbehörde begrenzt ist.
Weiter vorne taucht ein Ortsrandschild 3 (rechteckig mit schwarzer Schrift auf gelbem Grund) auf, das gemäß der geltenden gesetzlichen Regelung die erlaubte Maximalge­ schwindigkeit auf 50 km/h begrenzt.
Noch weiter vorne verschwinden plötzlich die Straßen­ konturen durch Sichtbehinderung; hier ist es angezeigt, die Geschwindigkeit soweit zu drosseln, daß das Fahrzeug auf Sichtweite sicher zum Anhalten gebracht werden kann. Wenn es feucht ist und Temperaturen nahe dem Gefrier­ punkt herrschen, kann der maximale Reibungskoeffizient zwischen Reifen und Straße wesentlich kleiner sein als in trockenem Zustand. Hierdurch ergibt sich für die gleiche Straßenkrümmung eine kleinere sichere Fahrgeschwindigkeit. Alle diese Effekte erfaßt das vorliegende System über die Auswertung der Bildsensordaten und bringt sie dem Fahrer über eine Anzeige mit eventueller Warnfunktion zur Anschau­ ung.
Diese Anzeige ist mit der bekannten Tachometeranzeige integriert, um dem Fahrer die Ablesung zu erleichtern. Fig. 2 zeigt eine mögliche typische Installations­ art in einem PKW 4. Das System kann beim Einbau durch Parameter in der Informationsverarbeitungseinheit 5 darauf eingestellt werden, ob es in einem PKW oder LKW, für den gelegentlich andere Regeln gelten, eingebaut wird. Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild mit dem Zusammen­ wirken der Systemkomponenten.
Der Bildsensor 6 ist auf einer Einheit 7 zur Blick­ richtungssteuerung montiert, um durch automatisches Nachführen der Blickrichtung auf das momentan zu analy­ sierende Objekt die Abbildungsunschärfen durch die Bewe­ gung zu reduzieren und damit die Bildfolgendeutung zu erleichtern. Die Blickrichtungsstabilisierung kann durch Bewegungssensoren 12, die Inertialsensorsignale erzeugen (z. B. Wendekreisel), unterstützt werden.
Die Bilddatensignale des Bildsensors (6), beispiels­ weise einer Videokamera, werden zur Informationsverabei­ tungseinheit (IE) übertragen, dort digitalisiert und anschließend durch beispielsweise parallel arbeitende Prozessoren analysiert. Einige dieser Prozessoren ermitteln die Straßenkrümmung in einer gewissen Vorausschau, wobei der Arbeitsbereich geschwindigkeitsabhängig ist; ein anderer hat die Aufgabe, Verkehrsschilder zu entdecken und selbst, oder unter Zuhilferufen von weiteren Prozessoren, diese auf Relevanz zu prüfen und ggf. ihre Information zu lesen. Weitere Prozessoren ermitteln die absolute Sicht­ weite auf der Straße. Zusätzlich können Sensoren wie z. B. Temperaturfühler 8, Schlupf- und Drehbeschleunigungsmeß­ geräte 9 an den Fahrzeugachsen, Meßgeräte 10 für Luftfeuch­ tigkeit, Geräte 11 zur Bestimmung der Oberflächenbeschaffen­ heit der Straße durch Reflexionsmessungen usw. vorgesehen sein, deren Daten einer Anpassungsschaltung 13 zugeführt werden, die das Signal der Informationsverarbeitungsein­ richtung 5 entsprechend den eingegebenen Sensorsignalen verändert und anpaßt. Hieraus wird die zulässige Maximal­ geschwindigkeit am Ort des Fahrzeugs Vmaxz bestimmt (evtl. mit glatten Übergangsfunktionen) und der Anzeigeneinheit zugeleitet. In Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen und dem Straßenzustand (Reibungskoeffizient infolge Feuchte, Temperatur) kann das Signal angepaßt werden.
Wird beispielsweise von der Videokamera ein Verkehrs­ schild erfaßt, das die Höchstgeschwindigkeit auf 80 km/h begrenzt (vgl. Bild 1), so wird bei im übrigen guten Straßenverhältnissen dieser Wert als Höchstgeschwindigkeits­ wert solange angezeigt, bis das Aufhebungsschild erfaßt wird oder aufgrund anderer Daten wie z. B. die Erfassung eines Ortsschildes eine andere Höchstgeschwindigkeit ermittelt wird. Ergibt die Auswertung zusätzlicher Meßwerte wie z. B. Temperatur und Feuchtigkeit oder auch die Messung der Straßenkrümmung, daß die vom Verkehrsschild festgelegte Höchstgeschwindigkeit für eine sichere Fahrweise zu hoch ist, so wird von der Informationsverarbeitungseinheit 6 statt dessen die bei den jeweiligen Bedingungen gerade noch sichere Höchstgeschwindigkeit ermittelt und dem Fahrer in der Anzeigevorrichtung (17) zur Anschauung gebracht.
Das System ist vorzugsweise mit einer Warnfunktion versehen, d. h. wenn die Momentangeschwindigkeit die ermittel­ te Höchstgeschwindigkeit überschreitet, so wird ein optisches oder akustisches Warnsignal erzeugt. Hierzu werden das die Momentangeschwindigkeit angebende Ausgangssignal eines Tachometers 14 und das die Höchstgeschwindigkeit angebende Ausgangssignal der Anpassungsschaltung 13 einer Warnschal­ tung 15, die eine Subtraktionsschaltung oder ein Komparator sein kann, zugeführt; mit dem Ausgangssignal dieser Warn­ schaltung 15 wird ein Alarmsignalgeber 16 betätigt. Das Alarm­ signal kann wiederum von dem Maß der Überschreitung der Höchstgeschwindigkeit abhängig sein. Nach einer besonderen Ausführungsform wird entsprechend der Differenz zwischen Momentangeschwindigkeit und ermittelter Höchstgeschwindig­ keit die Frequenz einer Blinkanzeige oder die Tonhöhe einer akustischen Anzeige verändert. Der Alarmsignalgeber kann in der Anzeigevorrichtung integriert sein.
Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Anzeige­ einheit 17. Die Skala 21 und der Zeiger 22 entsprechen den bekannten Tachometergeräten. Die Höchstgeschwindigkeit wird ebenfalls mit einer mechanischen Drehverstellanzeige eines Zeigers 23, d. h. mit einer analogen Darstellung angezeigt. Der Tragarm (Zeiger) 23 wird durch ein Verstell­ system koaxial mit dem Zeiger 22 unabhängig verstellt gemäß dem ermittelten Wert Vmaxz. Er trägt ein gut sichtbar einge­ färbtes Feld 24 mit einem Gegenzeigersymbol, das bei gefahrener Geschwindigkeit Vmaxz der Tachonadel 22 genau gegenübersteht.
Ist die aktuelle Geschwindigkeit größer als Vmaxz (z. B. Schwellwert entsprechend der Breite des Feldes 24 nach rechts) so beginnt das Feld 24 frequenz- (und evtl. amplituden-) moduliert zu blinken, um den Fahrer zu warnen; die Anzeigegröße wird proportional zur Geschwin­ digkeitsüberschreitung gesteuert.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform. Bei ihr wird die Momentangeschwindigkeit mit einem Zeiger 22 ange­ zeigt, die Höchstgeschwindigkeit auf einer nichtmechanischen Leuchtskala mit diskreter Darstellung. Der Skala ist hier ein kreisringförmiges Leuchtfeld 25 unterlegt, dessen einzelne Segmente hellgeschaltet werden können. Durch Ein­ färbung der Lampen (z. B. drei je Segment mit den Farben grün, orange und rot) kann eine weitere Nuancierung der Anzeige bei unsicherem Reibungskoeffizienten Reifen/Straße erreicht werden, indem diese Lampen in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Sensoren 8-12 betätigt werden. Die Warnfunktion bei Überschreiten von Vmaxz kann wie bei Variante I durch Blinken realisiert werden. Das Prinzip läßt sich einfach auf lineare Anzeigeninstrumente über­ tragen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Anzeigen der aktuell gültigen oder der nach den Umgebungsbedingungen sicheren Höchstgeschwindigkeit für Straßenfahrzeuge mit
  • (a)einem elektronischen Bildsensor (6) zum Erfassen der dem Fahrzeug (4) vorausliegenden Fahrbahn (1), deren Umgebung und von vorgegebenen Verkehrsinformationszeichen (2, 3) und Verkehrsinformationen;
  • (b)einer Informationsverarbeitungseinheit (5) zur Analyse der von dem Bildsensor (6) gelieferten Bilddaten in Echtzeit; dadurch gekennzeichnet, daß
  • (c)der Bildsensor (6) Bilddaten aus unterschiedlichen Blickrichtung liefert;
  • (d) die Informationsverarbeitungseinrichtung (5) aus den Bilddaten Informationen über den Verlauf der Fahrbahn (1), die Sichtbarkeitsgrenzen (18) und über Verkehrs­ informationszeichen (2, 3) extrahiert und aus diesen Informationen einen Wert für die zulässige Höchstgeschwindigkeit ermittelt und ein entsprechendes Höchstgeschwindigkeitssignal erzeugt;
  • (e) das Höchstgeschwindigkeitssignal und ein Momentan­ geschwindigkeitssignal einer Anzeigeeinrichtung (17) zugeführt werden, die auf der gleichen Skala oder auf unmittelbar benachbarten Skalen die Höchstgeschwindig­ keit und die Momentangeschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt und
  • (f) das von der Informationsverarbeitungseinrichtung (5) erzeugte Höchstgeschwindigkeitssignal einer Anpassungs­ schaltung (13) zugeführt wird, die dieses Signal nach Maßgabe der Ausgangssignale von Sensoren für die Tempe­ ratur (8), Reibungswerten (9), Feuchtigkeitswerten (10), Straßenoberflächeneigenschaften (11) und Fahrzeugbewe­ gung (12) in dem Fachmann bekannter Weise angepaßt, wobei das Ausgangssignal der Anpassungsschaltung der Anzeige­ einrichtung (17) zugeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Anpassungsschaltung (13) und das Ausgangssignal des Momentangeschwindigkeitsmeßgerätes einer Warnschaltung (15) zugeführt werden, deren Ausgangssignal einen Alarmgeber (16) betätigt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Warnschaltung eine Differenzschaltung und/oder einen Komparator umfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgangssignal der Warnschaltung (15) ein oder mehrere Leuchtanzeigefelder (25) in der Anzeigeeinrichtung angesteuert werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgangssignal der Warnschaltung (15) die Blink­ frequenz eines Leuchtanzeigefeldes (25) gesteuert wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgangssignal der Warnschaltung (15) die Laut­ stärke und/oder die Frequenz eines akustischen Signalgebers gesteuert wird.
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