DE4437365A1 - Verfahren zur Erfassung des Verkehrsraums vor einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Im Straßenverkehr werden in zunehmendem Maße Verfahren zur Erfassung des Verkehrsraums vor Kraftfahrzeugen eingesetzt, insbesondere zur Detektion von Objekten oder anderen Kraftfahrzeugen bzw. Verkehrsteilnehmern, die sich in der Fahrspur des eigenen Kraftfahrzeugs be­ finden (im folgenden wird hierfür die Bezeichnung "Hin­ dernis" verwendet). Hierbei wird der Abstand zum Hin­ dernis erfaßt und diese Entfernungsinformation unter­ schiedlich verarbeitet bzw. ausgewertet: bei Verfahren zur Abstandswarnung wird der Fahrer über potentielle kritische Situationen informiert (beispielsweise durch Anzeige des momentanen Abstands), bei Verfahren zur Ab­ standsregelung oder zur Kollisionsverhinderung werden zusätzlich zur Anzeige Gas und/oder Bremse betätigt (beispielsweise zur Gewährleistung eines geschwindig­ keitsabhängigen Sicherheitsabstands).

Als Grundlage dieser Verfahren kann ein unter Berück­ sichtigung des Abstands zum Hindernis ermitteltes "Ge­ fahrenpotential" als Maß für die Gefährlichkeit der Fahrsituation bzw. die Gefährdung dienen, das auf einer Anzeigevorrichtung dem Fahrer optional optisch darge­ stellt werden kann. Problematisch hierbei ist, daß als Kriterium zur Bestimmung des Gefahrenpotentials ledig­ lich der Abstand herangezogen wird und andere Faktoren unberücksichtigt bleiben: bei Verfahren zur Abstands­ warnung wird daher oftmals - insbesondere bei schlech­ ten Sichtbedingungen - das Gefahrenpotential als zu niedrig bewertet; bei Verfahren zur Abstandsregelung ist deren Aktivierung (diese wird vom Fahrer selbst ab­ hängig von der aktuellen Verkehrssituation vorgenommen) unter vielen Umständen nicht sinnvoll, auch wenn dies vom abstandsabhängigen Gefahrenpotential her zulässig wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs anzugeben, mit dem die Gefährlichkeit einer Fahrsituation besser bewertet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Beim vorgeschlagenen Verfahren wird die Gefährlichkeit einer Fahrsituation durch ein Gefahrenpotential als Funktion der Meßgrößen Abstand des Kraftfahrzeugs zum Hindernis und Differenzgeschwindigkeit des Kraftfahr­ zeugs bzgl. des Hindernisses definiert, wobei weitere Meßgrößen (beispielsweise die Beschleunigung des eige­ nen Kraftfahrzeugs oder die Differenzbeschleunigung bzgl. des Hindernisses) zusätzlich berücksichtigt wer­ den können. Dieses Gefahrenpotential wird mittels einer aus drei verschiedenen Anzeigebereichen bestehenden An­ zeigevorrichtung optisch dargestellt, deren Bereichs­ grenzen bestimmten vorgebbaren Schwellwerten für das Gefahrenpotential entsprechen: in einem ersten Anzeige­ bereich (dem "Normalbereich" oder "sicheren" Bereich) entsprechen die Meßgrößen (Abstand, Differenzgeschwin­ digkeit und evtl. weitere) in gewissen Grenzen den der eigenen Fahrgeschwindigkeit angemessenen Werten, in ei­ nem zweiten Anzeigebereich (dem "gefährlichen" Bereich) ist entweder die negative Differenzgeschwindigkeit (An­ näherungsgeschwindigkeit) zu groß oder der Abstand zum Hindernis zu klein, in einem dritten Anzeigebereich (dem "ungefährlichen" Bereich) ist das Gefahrenpoten­ tial minimal, d. h. es bestehen große Sicherheitsreser­ ven, da der Abstand zum Hindernis größer als der Si­ cherheitsabstand und/oder die positive Differenzge­ schwindigkeit groß ist (das vorausfahrende Fahrzeug fährt schneller als das eigene). Die verschiedenen An­ zeigebereiche können durch Vorgabe von Grenzwerten für das Gefahrenpotential in Unterbereiche unterteilt wer­ den; insbesondere ist es denkbar, den zweiten Anzeige­ bereich (den gefährlichen Bereich) in einen "weniger gefährlichen" Unterbereich und einen "sehr gefährli­ chen" Unterbereich zu unterteilen. Die Bereichsgrenzen für die Anzeigebereiche und/oder für die Unterbereiche können variabel vorgegeben werden - beispielsweise ab­ hängig von den äußeren Witterungsbedingungen (bei schlechten Sichtbedingungen beispielsweise infolge von Schneefall, Regen oder Nebel ist die Gefährdung und da­ mit das Gefahrenpotential größer als bei guten Sichtbe­ dingungen), abhängig vom Fahrbahnzustand (bei nasser Fahrbahn ist die Gefährdung und damit das Gefahrenpo­ tential größer als bei trockener Fahrbahn) oder abhän­ gig von den individuellen Fahrereigenschaften (ein "sportlicher" Fahrer empfindet die Gefährlichkeit einer Fahrsituation anders als ein zurückhaltender Fahrer); die Schwellwerte und/oder ggf. die Grenzwerte für die Bereichsgrenzen der Anzeigebereiche bzw. Unterbereiche können bei Auswertung der Meßsignale geeigneter Detek­ toren oder Sensoren (beispielsweise Regensensoren, Fahrbahnzustandsdetektoren etc.) automatisch an die mo­ mentanen Gegebenheiten angepaßt werden.

Die Meßgrößen zur Bestimmung des Gefahrenpotentials werden durch eine Meßeinrichtung erfaßt, wobei hierfür beispielsweise Lasersysteme oder Radarsysteme einge­ setzt werden können; durch eine Auswerteeinheit werden die Meßgrößen ausgewertet und hieraus das jeweilige mo­ mentane Gefahrenpotential ermittelt. Die Anzeigevor­ richtung zur optischen Darstellung des Gefahrenpoten­ tials kann beispielsweise als Zeigerinstrument, Balken­ anzeige oder Head-up-Display ausgebildet sein; bei der Anzeigevorrichtung können die verschiedenen Anzeigebe­ reiche und/oder Unterbereiche (beispielsweise mittels einer Segmentierung) farblich unterschiedlich darge­ stellt werden. Neben der Anzeigevorrichtung zur opti­ schen Darstellung des Gefahrenpotentials können noch optische oder akustische Signale mittels geeigneter Vorrichtungen erzeugt werden, die beispielsweise dem Fahrer das Erreichen oder das Überschreiten von Be­ reichsgrenzen der Anzeigebereiche und/oder Unterberei­ che signalisieren; hierbei können den verschiedenen Be­ reichsgrenzen unterschiedliche Signale zugeordnet wer­ den - insbesondere kann die Intensität der Signale mit ansteigendem Gefahrenpotential zunehmen.

Falls das Kraftfahrzeug mit einem Abstandsregelungssy­ stem mit manueller Aktivierung durch den Fahrer ausge­ stattet ist, kann dies auf einfache Weise mit dem vor­ gestellten Verfahren verknüpft werden: eine Aktivierung der Abstandsregelung ist nur dann gestattet, wenn sich das Gefahrenpotential innerhalb eines bestimmten Akti­ vierungsbereichs befindet; dieser Aktivierungsbereich kann beispielsweise dem ersten Anzeigebereich (dem sicheren Bereich) entsprechen. Die Aktivierungsmöglich­ keit der Abstandsregelung (das Erreichen des Aktivie­ rungsbereichs) kann beispielsweise optisch oder/und akustisch angezeigt werden; des weiteren kann ein Ver­ lassen dieses Aktivierungsbereichs und/oder der Versuch der Aktivierung der Abstandsregelung außerhalb dieses Aktivierungsbereichs optisch oder/und akustisch signa­ lisiert werden. Auf der Anzeigevorrichtung für das Ge­ fahrenpotential kann der Aktivierungsbereich hervorge­ hoben werden, beispielsweise durch unterschiedliche Farbgebung oder durch Darstellung der Bereichsgrenzen. Das Verfahren vereinigt mehrere Vorteile in sich:

• - die Gefährlichkeit einer Fahrsituation bzw. die Gefährdung kann wesentlich genauer bewertet und dem Fahrer visuell (und ggf. zusätzlich akustisch) angezeigt werden; dies ist insbesondere bei schlechten Sichtbedingungen (Nachtfahrten, Nebel, Regen) von Bedeutung, da hier die Einschätzung von Hindernissen (beispielsweise der Geschwindigkeit vorausfahrender Fahrzeuge) schwierig ist,
• - dient das Gefahrenpotential als Grundlage eines Verfahrens zur Abstandswarnung, kann die Abstands- und die Gefahreninformation für den Fahrer auf ei­ ner gemeinsamen Anzeigevorrichtung dargestellt werden, was die Systemkosten senkt und die Bedie­ nung für den Fahrer erleichtert (dieser muß im mo­ dernen Fahrzeugcockpit ohnehin bereits sehr viele Informationen aufnehmen und verarbeiten),
• - dient das Gefahrenpotential darüber hinaus als Grundlage eines Verfahrens zur Abstandsregelung, werden die Kriterien für eine sinnvolle Aktivie­ rung durch die Hinzunahme der Meßgröße Differenz­ geschwindigkeit verbessert: bei einer großen Dif­ ferenzgeschwindigkeit (entweder fährt der Vorder­ mann sehr viel schneller als das eigene Fahrzeug, so daß beim Einschalten auf den Folgebetrieb eine sehr starke Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs notwendig wäre, oder die Geschwindigkeit des vor­ ausfahrenden Fahrzeugs ist sehr viel kleiner als die eigene, so daß eine große Bremsverzögerung er­ forderlich wäre) ist eine Aktivierung des Folgebe­ triebs nicht sinnvoll.

Im folgenden wird das Verfahren für ein Kraftfahrzeug mit einem System zur Abstandsregelung näher beschrie­ ben, wobei als Hindernis ein vorausfahrendes Fahrzeug betrachtet wird. Anhand der Fig. 1 werden die Aktivie­ rungskriterien für die Abstandsregelung und anhand der Fig. 2 an einem Ausführungsbeispiel einer Anzeigevor­ richtung die verschiedenen Anzeigebereiche für das Ge­ fahrenpotential erläutert.

Mit den Meßgrößen Abstand s und Differenzgeschwindig­ keit dv zum vorausfahrenden Fahrzeug kann das Gefahren­ potential Φ bestimmt werden:

Φ = α · s + β · dv;

im einfachsten Fall sind die Koeffizienten α und β kon­ stant, sie können aber auch nicht-linear (funktional abhängig von s und dv) und/oder zeitvariant gewählt werden, um beispielsweise die Empfindlichkeit der An­ zeigevorrichtung zu verändern, den Einfluß von Witte­ rung und/oder Straßenzustand zu berücksichtigen und/ oder dem Fahrertyp Rechnung zu tragen.

Eine Aktivierung des Abstandsregelverfahrens soll nur innerhalb eines bestimmten Aktivierungsbereichs des Ge­ fahrenpotentials Φ erfolgen (und ist auch nur dann sinnvoll), d. h. nur dann wenn die Differenzgeschwin­ digkeit und der Abstand (und ggf. andere Parameter wie die Differenzbeschleunigung) in einem bestimmten Werte­ bereich liegen. In der Fig. 1 ist hierzu die Diffe­ renzgeschwindigkeit dv über der Differenz ds aus Ab­ stand s und Sicherheitsabstand sa dargestellt. Der ideale Aktivierungspunkt ist bei der Differenzgeschwin­ digkeit dv = 0 gegeben, wenn gleichzeitig der Abstand s dem Sicherheitsabstand sa entspricht (ds = 0), d. h. am Nullpunkt des dargestellten Koordinatensystems. Eine Aktivierung kann jedoch auch im schraffierten Wertebe­ reich zwischen den Schwellwerten dv₁ und dv₂ sowie den Schwellwerten ds₁ und ds₂ erfolgen.

Gemäß der Fig. 2 werden das Gefahrenpotential Φ und die Aktivierungsmöglichkeit (der Aktivierungsbereich) für die Abstandsregelung durch ein Zeigerinstrument ANZ mit den drei Anzeigebereichen G, N und U gleichzeitig dargestellt:

• - im Anzeigebereich N, dem Normalbereich oder "si­ cheren" Bereich (das Gefahrenpotential Φ befindet sich im Intervall zwischen den beiden Werten Φ₁ und Φ₂), entspricht der Abstand zum Vordermann in etwa dem Sicherheitsabstand und die eigene Fahr­ zeuggeschwindigkeit ungefähr derjenigen des vor­ ausfahrenden Fahrzeugs; im Beispielsfall ent­ spricht der Anzeigebereich N auch dem Aktivie­ rungsbereich A für die Abstandsregelung, d. h. die Bereichsgrenzen für den Aktivierungsbereich A sind ebenfalls durch Φ₁ und Φ₂ gegeben.
• - im Anzeigebereich G, dem "gefährlichen" Bereich (das Gefahrenpotential Φ unterschreitet den Wert Φ₁), ist entweder der Abstand zum Vordermann zu klein oder die eigene Annäherungsgeschwindigkeit zu groß, d. h. die Geschwindigkeit des Vordermanns kleiner als die eigene Fahrgeschwindigkeit; der Fahrer muß seine Geschwindigkeit verringern, um in den "sicheren" Anzeigebereich N bzw. Aktivierungs­ bereich A zu gelangen. Der gefährliche Bereich G wird durch Einführung eines Grenzwerts Φ₃ für das Gefahrenpotential Φ in zwei Unterbereiche G₁ und G₂ unterteilt: einen "weniger gefährlichen" Be­ reich G₂ und einen "sehr gefährlichen" Bereich G₁ (unterschreitet das Gefahrenpotential Φ den Wert Φ₃, werden beispielsweise externe Eingriffe auf Gas oder Bremse des Fahrzeugs vorgenommen).
• - im Anzeigebereich U, dem "ungefährlichen" Bereich (das Gefahrenpotential Φ überschreitet den Wert Φ₂ und ist somit minimal), ist der Abstand zum Vor­ dermann sehr groß und/oder die eigene Annäherungs­ geschwindigkeit sehr gering bzw. die Geschwindig­ keit des Vordermanns größer als die eigene Fahrge­ schwindigkeit; falls der Fahrer eine Aktivierung der Abstandsregelung wünscht, muß er näher auf seinen Vordermann aufschließen oder seine Ge­ schwindigkeit der (höheren) Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs anpassen, um in den Ak­ tivierungsbereich A zu gelangen.

Die Meßgrößen Abstand s zum Vordermann, Differenzge­ schwindigkeit dv und ggf. Differenzbeschleunigung wer­ den beispielsweise mittels eines Radarsystems bestimmt und ausgewertet. Aufgebaut sind derartige Radarsysteme aus einer Sensoreinheit mit einem Sendemodul, einem Empfangsmodul und einer oder mehreren Antennen zur Si­ gnalformung von Sendesignal und Empfangssignal sowie aus einer Steuereinheit zur Weiterverarbeitung und Aus­ wertung des Empfangssignals. Die Sensoreinheit ist an der Fahrzeugvorderseite beispielsweise in der Fahrzeug­ mitte angebracht; eine oder mehrere vom Sendemodul ab­ gestrahlte Radarkeulen tasten den Verkehrsraum vor dem Fahrzeug mit einer definierten Keulenbreite ab, wobei das Empfangssignal vom Empfangsmodul detektiert und von der Steuereinheit ausgewertet wird. Der Abstand s zum Vordermann wird dabei beispielsweise über die Laufzeit des Radarsignals bestimmt, die Differenzgeschwindigkeit dv aus der Dopplerverschiebung des Empfangssignals bzgl. des Sendesignals und ggf. die Differenzbeschleu­ nigung durch Differenzieren der Geschwindigkeitswerte.

Claims (17)

1. Verfahren zur Erfassung des Verkehrsraums vor einem Kraftfahrzeug, bei dem ein Gefahrenpotential (Φ) als Maß für die Gefährlichkeit einer Fahrsituation im Hin­ blick auf ein sich im Verkehrsraum vor dem Kraftfahr­ zeug befindliches Hindernis definiert und mittels einer Anzeigevorrichtung optisch angezeigt wird, dadurch ge­ kennzeichnet:

• - das Gefahrenpotential (Φ) wird mindestens abhängig vom Abstand (a) vom Hindernis und von der Diffe­ renzgeschwindigkeit (dv) bezüglich des Hindernis­ ses bestimmt,
• - das Gefahrenpotential (Φ) wird während der Fahrt des Kraftfahrzeugs kontinuierlich durch eine An­ zeigevorrichtung (ANZ) mit drei Anzeigebereichen (G, N, U) dargestellt, deren Bereichsgrenzen be­ stimmten Schwellwerten (Φ₁, Φ₂) des Gefahrenpoten­ tials (Φ) entsprechen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigebereiche (G, N, U) ein gefährlicher Be­ reich (G) mit hohem Gefahrenpotential (Φ), ein Normal­ bereich (N) mit geringem Gefahrenpotential (Φ) und ein ungefährlicher Bereich (U) mit sehr geringem Gefahren­ potential (Φ) vorgegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens einer der Anzeigebereiche (G, N, U) durch Vorgabe von Grenzwerten (Φ₃) für das Gefah­ renpotential (Φ) in Unterbereiche (G₁, G₂) unterteilt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte (Φ₁, Φ₂) für die Anzeigebereiche (G, N, U) und/oder die Grenzwerte für die Unterbereiche (G₁, G₂) variabel vorgegeben wer­ den.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte (Φ₁, Φ₂) und/oder die Grenzwerte (Φ₃) zeitlich abhängig vorgegeben werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwellwerte (Φ₁, Φ₂) und/oder die Grenzwerte (Φ₃) abhängig von den Witterungsbedingungen und/oder den Straßenzustandsverhältnissen vorgegeben werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte (Φ₁, Φ₂) und/oder die Grenzwerte (Φ₃) fahrerspezifisch vorgegeben werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefahrenpotential (Φ) zusätz­ lich abhängig von der Differenzbeschleunigung bzgl. des Hindernisses bestimmt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstandsregelung vorgesehen wird, die innerhalb eines vorgegebenen, bestimmten Wer­ ten des Gefahrenpotentials (Φ) entsprechenden Aktivie­ rungsbereichs (A) aktiviert werden kann.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsgrenzen für den Aktivierungsbereich (A) der Abstandsregelung entsprechend denjenigen für den Normalbereich (N) gewählt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bereichsgrenzen für die Anzeigebereiche (G, N, U) und/oder für die Unterberei­ che (G₁, G₂) und/oder für den Aktivierungsbereich (A) der Abstandsregelung optisch und/oder akustisch ange­ zeigt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Bereichsgrenzen unterschiedlich angezeigt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Aktivierungsversuch der Abstandsregelung außerhalb des vorgegebenen Aktivie­ rungsbereichs (A) optisch oder/und akustisch angezeigt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gefahrenpotential (Φ) mittels eines Zeigerinstruments dargestellt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gefahrenpotential (Φ) mittels einer Balkenanzeige dargestellt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gefahrenpotential (Φ) mittels eines Head-up-Displays dargestellt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen für das Gefah­ renpotential (Φ) mittels eines Radarsystems bestimmt werden.