Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von Kollisionen von Fahrzeugen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kollisionsvermeidung insbesondere für Kraftfahrzeuge .
In kritischen Verkehrssituationen wie z. B. drohenden Kollisionen mit anderen Fahrzeugen kann ein Fahrer häufig nicht schnell genug bzw. nicht situationsgerecht reagieren. Aus diesem Grund wird ein Verfahren und eine Vorrichtung benö- tigt, durch die das Fahrzeug die nötigen Schritte wie Ausweichen oder Bremsen dem Fahrer signalisieren, vorbereiten und/oder selbstständig durchführen kann.
Aus EP 0 473 866 A2 ist ein Kollisionsvermeidungssystem bekannt, bei dem ein Sensor eine Vielzahl von potenziellen Kollisionsobjekten erfasst und mit Hilfe der erfassten Daten eine mögliche Kollision vorhergesagt wird. Zur Vermeidung der Kollision wird vorgeschlagen, dass von einer Fahrzeugsteuereinheit Bremsmittel und/oder Lenkmittel aktiviert werden, um eine Kollision zu vermeiden. Es wird nicht angegeben, auf welche Weise eine Steuereinheit entscheidet, ob die Lenkmittel, die Bremsmittel oder beides eingesetzt werden müssen, um die Kollision zu vermeiden.
Aus US 6,049 295 Al ist ein Verfahren bekannt, das Kollisionen zwischen Fahrzeugen verhindern soll, die eine Kreuzung ohne Verkehrszeichen oder einen schlecht einsehbaren Straßen- abschnitt befahren. Dieses Verfahren erfordert eine straßenfeste Einrichtung und fahrzeuggebundene Einrichtungen, die per Funk miteinander in Verbindung stehen.
Aus DE 198 30 547 Al ist weiter ein Kreuzungswarnsystem be- kannt, das ebenfalls auf straßenseitige und fahrzeugseitige Einrichtungen angewiesen ist.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Kollisionsvermeidung verwenden bei der Interpretation einer vorliegenden Fahrsituation einzelne fahrsituationstypische Informationen, um eine anschließenden Bewertung durchzuführen. Nachteilig hierbei ist, dass andere Informationen zur Verbesserung der Fahrsituationsbewertung nicht flexibel und einfach ausgewertet werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung von Kollision bereitzustellen, das mit elektronisch geregelten Fahrzeugsicherheits- und
Fahrerassistenzsystemen, sowie Positionsbestimmungs- und Kom- munikationssystemen interagiert und somit dem Fahrer des Fahrzeugs die Vermeidung einer Kollision auf öffentlichen Straßen ermöglicht, wobei auf einfache und robuste Weise zwi- sehen verschiedenen Steuermitteln zur Kollisionsvermeidung unter Echtzeitbedingungen mit oder ohne Einflussnahme des Fahrers und unabhängig von der Art der notwendigen Fahrmanöver ausgewählt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. vorteilhaften Weiterbildungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 11. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist die im Anspruch 12 angegebenen Merkmale auf und lässt sich durch Merkmale des Unteranspruchs 13 vorteilhaft weiter gestalten.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zur Beeinflussung einer Fahrzeugbewegung Steuermittel vorhanden sind und Infor- mationen über potenzielle Kollisionsobjekte, beispielsweise durch Sensormittel, erfasst werden. Die Einsetzbarkeit der Steuermittel zur Kollisionsvermeidung wird anhand dieser Informationen beurteilt und daraufhin wird über einen Einsatz der Steuermittel entschieden. Die Steuermittel können dabei Mittel zum automatischen Bremsen und/oder Mittel zum automatischen Lenken umfassen.
Durch die Integration von verschiedenen Systemen werden alle funktionellen Vorteile der einzelnen Subsysteme beibehalten und zusätzlich wird deren Gesamtleistung gesteigert. Während die einzelnen Subsysteme Unfälle reduzieren können, indem sie das Risiko bestimmter Gefahren minimieren, die nur für das eigene Fahrzeug gelten, können erfindungsgemäß komplexe Ge-
fahrensituationen gelöst werden, an der insbesondere zahlreiche Fahrzeuge beteiligt sind. Ferner werden Risiken im Zusammenhang mit einer Fahrzeugkollision reduziert, weil es sich nicht nur auf bestimmte Fälle konzentriert, wie die Vermei- düng von Auffahrunfällen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform wird durch nachfolgende Erweiterung ausgebildet. Es erfolgt eine 360-Grad- Überwachung ohne Einschränkung der Sicht der Fahrzeugumgebung durch die Fahrerassistenzsysteme. Daraufhin wird eine Synchronisation der Positions- und Dynamikinformationen zwischen dem eigenen Fahrzeug und den benachbarten Fahrzeugen durchgeführt. Dies ermöglicht den Einsatz in schwierigen Verkehrssituationen, die durch komplexe Fahrbahneinrichtungen hervorge- rufen werden, wie z.B. Einmündung mehrerer Straßen, mehrspurige Straßen in zwei Richtungen, Kreisverkehr, usw. Hierbei ist vorgesehen, wie auch bei den vorangegangenen Ausführungsformen, dass die Funktionsausübung der einzelnen Fahrzeugsicherheitssysteme fortwährend sichergestellt, verfügbar ist und eingesetzt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform umfasst eine Erweiterung zur Interpretation der Verkehrszeichen. Über diese können, die mit dem erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Fahrzeuge so gesteuert werden, dass sie die allgemeinen Verkehrsregeln beachten wie, z.B. Höchstgeschwindigkeiten, Vorfahrt und die eventuell gegenteilige Absicht des Fahrers unberücksichtigt lassen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform erlaubt Sonderfahrzeugen in bestimmten Verkehrssituationen Priorität einzuräumen, um ihnen bei der Erfüllung ihrer besonders wichtigen Aufgabe zu unterstützen. Beispielsweise kann ein entsprechend
ausgestattetes Krankenfahrzeug sicher über Kreuzungen fahren, indem es den kreuzenden Verkehr anweist, anzuhalten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbei- Spieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zusammenwirken von verschieden Fahrzeugsystemen
Fig. 2 ein Beispiel für ein Datenmodell
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Ausführung des Empfangsvorgang und des Wechselspiels mit einer Datenbank
In dem Fahrzeug 1 befinden sich mindestens ein Kommunikati- ons-, ein Positionsbestimmungs-, Fahrzeugsicherheit-, Fahrerassistenzsystem 11/12/13/14.
Fig. 1 repräsentiert eine Konfiguration der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Fahrzeug 1. Es können beispielsweise an- dere Funktionskomponenten für z.B. die Fahrwerksregeleinhei- ten, wie die aktive Federung oder Höheneinsteilsysteme, durch das erfindungsgemäße Verfahren oder die erfindungsgemäße Vorrichtung angesprochen werden.
Als Kommunikationssystem 11 werden standardisierte, nicht optische, funkbasierte Informationsübertragungssysteme für die Kommunikation zwischen mehr als zwei Fahrzeugen benutzt. Das Kommunikationssystem 110 unterstützt unterschiedliche mobile
Übertragungsverfahren, die eine Informationsverteilung im so genannten Broadcast-Mode durchführen. Ein Broadcast oder Rundruf in einem rechnergestützten Netzwerk ist eine Nachricht, bei der Datenpakete von einem Punkt aus an alle Teil- nehmer eines Netzes übertragen werden.
Positionsbestimmungssysteme 12 dienen zur Bestimmung der eigenen Position. Als Positionsbestimmungssysteme eignen sich GPS-Sender und Empfänger sowie Navigationssysteme. Erfin- dungsgemäß können auch integrierte Positionsbestimmungssysteme, die beide Funktionalitäten in einem Gerät vereinen eingesetzt werden.
Als Fahrzeugsicherheitssystemen 13 sind alle im Fahrzeug ver- fügbaren Bremssysteme mit elektronischer Regelung einsetzbar. Fahrzeugsicherheitssysteme können das Electronic Break System (EBS) 131, das Engine Management System (EMS) 132, Antiblo- ckiersystem (ABS) 133, Antriebs-Schlupf-Regelung (ASR) , E- lektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) , Elektronische Diffe- rentialsperre (EDS) , Transmission Control Unit (TCU) , Elektronische Bremskraftverteilung (EBV) und/oder Motor- Schleppmomenten-Regelung (MSR) sein.
Fahrerassistenzsysteme 14 sind elektronische Zusatzeinrich- tungen in Fahrzeugen zur Unterstützung des Fahrers in bestimmten Fahrsituationen. Hierbei stehen oft Sicherheitsaspekte, aber auch die Steigerung des Fahrkomforts im Vordergrund. Diese Systeme greifen teilautonom oder autonom in Antrieb, Steuerung (z.B. Gas, Bremse) oder Signalisierungsein- richtungen des Fahrzeuges ein oder warnen durch geeignete
Mensch-Maschine-Schnittstellen den Fahrer kurz vor oder während kritischer Situationen. Solche Fahrassistenzsysteme sind beispielsweise Einparkhilfe (Sensorarrays zur Hinderniss- und
Abstandserkennung) , Bremsassistent (BAS) , Tempomat, Adaptive Cruise Control oder Abstandsregeltempomat (ACC) 141, Abstandswarner, Abbiegeassistent, Stauassistent, Spurerkennungssystem, Spurhalteassistent/Spurassistent (Quer- führungsunterstützung, lane departure warning (LDW) ) 142, Spurhalteunterstützung (lane keeping support) ) , Spurwechselassistent (lane change assistance) , Spurwechselunterstützung (lane change support) , Intelligent Speed Adaption (ISA), Adaptives Kurvenlicht, Reifendruckkontrollsystem, Fahrerzustandserkennung,
Verkehrszeichenerkennung, Platooning, Automatische Notbremsung (ANB) , Auf- und Abblendassistent für das Fahrlicht, Nachtsichtsystem (Night Vision) .
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt sich aus folgenden Phasen zusammen:
1. Empfang und Aktualisierung der Informationen aus den benachbarten Fahrzeugen 2. Aktualisierung und Übertragung der Daten des eigenen Fahrzeugs
3. Genaue Kartenaktualisierung
4. Voraussage der Bewegungsbahn für das eigene Fahrzeug und die benachbarten Fahrzeuge 5. Entscheidung über die Steuerungsübernahme und die korrigierenden Maßnahmen und/oder Warnung des Fahrers
1. Empfang und Aktualisierung der Informationen aus den benachbarten Fahrzeugen
Empfang und Aktualisierung der Informationen aus den benachbarten Fahrzeugen erfolgt in der Art, das die benachbarten
Fahrzeuge ihre Positions- und Dynamikinformationspakete (PDP) 2 über das im jeweiligen Fahrzeug befindliche und für den Informationsaustausch zwischen mindestens zwei Fahrzeugen zuständige Kommunikationssystem fortlaufend senden.
Die das jeweilige Fahrzeug repräsentierenden und verteilten Positions- und Dynamikinformationspakete 2 enthalten Informationen, z.B. die Fahrzeugkennung 21, die GPS-Daten mit genauen Informationen über das Spurhalten 22, die individuelle Fahrzeugparameter 23, wie z.B. die Fahrzeuggeometrie mit Länge 231, Breite 232, Wendekreis, den Fahrzeugtyp (PKW / Geländefahrzeug / Klein-Lastkraftwagen / LKW / usw.) 233, die vorab bekannten Informationen der Fahrzeugdynamik 24 mit max. Längsbeschleunigung und -Verzögerung 241, max. Querbeschleu- nigung 242, max. Fahrzeuggeschwindigkeit 23, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 245, die Längsbeschleunigung, die Querbeschleunigung, die aktuelle Gierrate, den aktuellen Lenkwinkel .
Des Weiteren beinhalten die Positions- und Dynamikinformationspakete 2 Informationen über die aktuell im jeweiligen Fahrzeug aktiven Fahrzeugsicherheitssysteme 25 und Fahrerassistenzsysteme 25, sowie Informationen über die Fahrbahnparameter 26, wie z.B. Böschungswinkel und geschätzte Reibung. Vorgesehen sind weitere Felder in den Positions- und Dynamikinformationspakete 2 für optionale Angaben 27.
Die Positions- und Dynamikinformationen aller benachbarten Fahrzeuge, mit denen das eigene Fahrzeug kommuniziert, werden in einem dynamisch aktualisierten, internen Speicher, der als Datenbank ausgestaltet sein kann, gespeichert.
Wenn das sendende Fahrzeug bereits über ein aktives Positi- ons- und Dynamikinformationspaket in der Datenbank verfügt, d.h. es bereits vom empfangenden, eigenen Fahrzeug "erkannt" wird, werden die Daten mit dem neuesten Positions- und Dyna- mikinformationspakete aktualisiert.
Fährt das Fahrzeug gerade in den Kommunikationsbereich, wird es mit dem ursprünglichen Positions- und Dynamikinformationspakete in die Datenbank eingegeben. Die Positions- und Dyna- mikinformationspakete 2 eines Fahrzeugs, das die Zone ver- lässt und das nach einem aktiven Zeitraum keine Daten mehr sendet, werden aus der Datenbank entfernt.
2. Aktualisierung und Übertragung der Daten des eigenen Fahr- zeugs
Die Aktualisierung und Übertragung der eigenen Positions- und Dynamikdaten des eigenen Fahrzeugs erfolgt in der Art, dass im eigenen Fahrzeugs die gleichen Daten wie beschrieben er- fasst und berechnet und das gesamte Positions- und Dynamikdatenpaket durch das eigene Kommunikationssystem an die benachbarten Fahrzeuge übertragen werden.
Ein bestimmtes Teilpaket der gemessenen Daten, die von den in der aufgeführten Funktionskomponenten geliefert werden, wird direkt in die zu übertragenden Positions- und Dynamikdatenpaket eingegeben, wie z.B. die Gierrate vom EBS. Die restlichen Daten werden abgeleitet, wie z.B. das maximale Drehmoment, das Übersetzungsverhältnis und das Fahrzeuggewicht, die zu- sammen das Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs definieren. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung berechnet somit alle von den vorhandenen Informationsquellen abzuleitenden Daten und überträgt das gesamte Datenpaket. Die Position und die Dyna-
mikdaten des eigenen Fahrzeugs werden von den benachbarten Fahrzeugen in derselben Art und Weise verarbeitet.
Die genauen Daten der Fahrzeugposition sind bei der Feststel- lung von Gefahrensituationen von besonderer Bedeutung. Die genauen Positionsdaten eines jeden Fahrzeugs werden in der folgenden Art und Weise berechnet.
3. Genaue Kartenaktualisierung
Die Positionsdaten des ersten Positionsbestimmungssystems, der als ein GPS Sender/Empfänger ausgeführt sein kann, werden als Basisinformation verwendet. Diese Daten werden an die Karte des zweiten Positionsbestimmungssystems, wie beispiels- weise ein Navigationssystem, übertragen. Schließlich werden die Informationen von den Fahrerassistenzsystemen durch die Daten des Navigationssystems ergänzt, was zu einer genauen Karte führt, die die Position eines jeden Fahrzeugs angibt, das sich auf den verschiedenen Spuren der Straße befindet. Diese hoch auflösenden Positionsdaten sind für die Identifizierung von gefährlichen dynamischen Manövern mit hoher Geschwindigkeit erforderlich.
4. Voraussage der Bewegungsbahn für das eigene Fahrzeug und die benachbarten Fahrzeuge
Eine wichtige Größe bei der Prädiktion von Kollisionen, ist die Schätzung der Bewegungsbahnen für das eigene Fahrzeug und die benachbarten Fahrzeuge. Diese basiert auf den Daten des zweiten Positionsbestimmungssystems, der ermittelten genauen Karte, dem Positions- und Dynamikinformationspaket über die Fahrzeugdynamik und der festgestellten potenziell gefährlichen Fahrsituation. Die gefährlichen Fahrsituationen wie z.B.
Überholen, Fahrbahnwechsel, Kreuzen usw., werden anhand von in der Datenbank ablegten Informationen und dynamische Gefahren, wie z.B. einem Verlust der Fahrzeugstabilität durch Schleudern, die von den einzelnen Fahrsicherheitssystemen er- fasst werden, festgestellt.
Während dieser Phase reduziert das erfindungsgemäße Verfahren zunächst die Anzahl der beobachteten Fahrzeuge durch Aus- schluss nicht relevanter Fahrzeuge von Relevanten. Alle Fahr- zeuge, die als nicht relevant angesehen werden, haben keinen Einfluss auf die Verkehrssituation, an der das eigene Fahrzeug auf Grund seines physikalischen Abstands, der Fahrtrichtung oder Geschwindigkeit beteiligt ist.
6. Entscheidung über die Steuerungsübernahme und die korrigierenden Maßnahmen und/oder Warnung des Fahrers
Im Weiteren wird geprüft, ob eine möglichen Bahnüberschneidungen eine potentielle Kollision bedeutet und es erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahrensablauf, die Entscheidung, ob der Fahrer nur gewarnt wird und/oder ob andere Maßnahmen ergriffen werden
Wenn genügend Reaktionszeit zur Verfügung steht, warnt ledig- lieh das System den Fahrer und informiert ihn über die effektivste korrigierende Maßnahme, und zwar über einfach zu interpretierende Zeichen auf dem Armaturenbrett oder über ein elektrisches oder elektronisches Wiedergabegerät. Im Allgemeinen wird dem Fahrer die Fahrzeugsteuerung überlassen, so lange dies möglich ist und eine Kollision vermieden wird.
Wenn aus der Situation eine Gefahrensituation und somit eine Kollissionssituation wird, d.h. die kleinste weitere reaktionslose Zeitverzug kann zu einem Zusammenstoß führen, über-
nimmt das erfindungsgemäße Verfahren die Regelung von den Fahrzeugssicherheits- und Fahrzeugassistenzsystemen, um den unmittelbaren Eingriff in die Steuerung des eigenen Fahrzeugs einzuleiten und die Bewegungsbahn des eigenen Fahrzeugs zu korrigieren wie z.B. durch Bremsen und/oder Beschleunigen und/oder Lenken.
Die Steuerungen der Fahrerassistenz- und Fahrzeugsicherheitssysteme und die durch diese gesteuerten Steuermittel führen direkt die geforderten korrigierenden Maßnahmen durch oder stellen die Fahrzeugstabilität wieder her. Durch die Veranlassung der Ausführung der korrigierenden Maßnahme durch die Fahrzeugsassistenzsysteme wird sichergestellt, dass während des Eingriffs keine passiven Hindernisse auftreten oder Fahr- zeuge unerwartet erscheinen.
Das erfindungsgemäße Verfahren legt während des Eingriffs immer eine höhere Priorität der Fahrzeugsicherheitssysteme fest, die über eine passive Hinderniserkennung verfügen. In der Zwischenzeit wird das Datenfeld (Flag) 'Kollisionsvermeidung aktiv' im Positions- und Dynamikdatenpaket des eigenen Fahrzeugs gesetzt, um die Verkehrsteilnehmer in den benachbarten Fahrzeugen auf die eigenen korrigierenden Maßnahmen in einer möglichen Gefahrensituation hinzuweisen.
Dadurch werden die anderen Fahrzeuge, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet sind, in die Lage versetzt, keine weiteren korrigierende Maßnahme zu ergreifen, die zu weiteren Gefahrensituationen führen kann, so dass die Ent- scheidung z.B. über die Einwirkung oder die Übernahme der Steuerung, zu einer Synchronisierung der korrigierenden Maßnahmen der verschiedenen beteiligten/betroffenen Fahrzeuge führt.
Wenn die Gefahrensituation beseitigt ist, übergibt die erfindungsgemäße Vorrichtung die Steuerung umgehend wieder an den Fahrer, so dass das Fahrzeug stabil bleibt.
Die Schritte 1-5 werden in jedem Regelkreis der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt. Dieser hoch auflösende Regelkreis ermöglicht die korrigierenden Maßnahmen, bei hoher Geschwindigkeit korrekt auszuführen.
Der Eingriff in die Fahrzeugsteuerung erfordert eine hohe Ausfallsicherheit für die gesamte Vorrichtung. Diese wird ü- ber das Ausfallsicherheitskonzept der eingebauten Fahrzeugsicherheitssysteme, wie EBS, ESAS, und Fahrerassistenzsystem ACC, usw. und das Konzept der Entscheidung über die Übernahme der Steuerung des Kollisionswarnsystems sichergestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erhöht die Verkehrssicherheit, da es komplexe Ver- kehrssituationen erkennt, an denen zahlreiche Fahrzeuge beteiligt sind, und nicht nur einzelne Gefahrensituationen beim Fahren löst, wie z.B. dem Stabilitätsverlust beim Fahren.
Ein Netzwerk aus Fahrzeugen, die über die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügen, stellt eine verteilte Verkehrsregelung dar. Somit bildet es eine kostengünstige Alternative zu den so genannten intelligenten Verkehrsregelungssystemen, da keine aufwendigen und teuren Strukturen auf der Straße und Autobahn erforderlich sind.
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch eine andere Systemarchitektur verwendet werden als oben
beschrieben und dargestellt. Grund dafür ist die Tatsache, dass die Regelungsfunktionen der eingebauten Fahrzeugdynamik- , Fahrerassistenz- und Fahrerinformationssysteme zusammenge- fasst und in einer anderen Art und Weise organisiert werden können, wie z.B. durch Zusammenführen oder Auftrennung der Funktionen innerhalb der eingebauten elektronischen Steuereinheiten. Die Gesamtfunktionsweise bleibt dieselbe.