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Dokumentenidentifikation DE102005048398A1 12.04.2007
Titel Assistenzsystem für den Fahrer eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs für den öffentlichen Straßenverkehr
Anmelder Sassin, Wolfgang, Dr., 52441 Linnich, DE
Erfinder Sassin, Wolfgang, Dr., 52441 Linnich, DE
Vertreter Baum, W., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 81243 München
DE-Anmeldedatum 10.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048398
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G08G 1/09(2006.01)A, F, I, 20051010, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 27/01(2006.01)A, L, I, 20051010, B, H, DE   G01C 21/36(2006.01)A, L, I, 20051010, B, H, DE   
Zusammenfassung Assistenzsystem für den Fahrer eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs für den öffentlichen Straßenverkehr, bei dem mittels Sensoren (S) kontinuierlich Fahrzeug- und Umgebungsdaten (FD, UD) erfasst werden und von einem Prozessrechner (R) in Informationssignale (I) für den Fahrer umgesetzt werden, bei dem Prozessrechner (R) zusätzlich Missionsdaten (MD) wie Sollgeschwindigkeit, Fahrtziel, Sicherheitsabstände zu festen und bewegten Hindernissen, Nutzungsanteil der theoretisch möglichen Quer- und Längsbeschleunigungen zugeführt werden und der Prozessrechner (R) so angepasst und programmiert ist, dass er aus allen erfassten Datengruppen (Fahrzeugdaten FD, Umgebungsdaten UD und Missionsdaten MD) ein virtuelles, sich gefahrlos in der realen Umgebung bewegendes Fahrzeug (VF) generiert, und mittels einer Projektionseinheit (P) ein Bild dieses virtuellen Fahrzeugs perspektivisch korrekt an das wahre Sichtfeld des Fahrers anpasst und dieses Fahrzeugsymbol (10) kontinuierlich so in das Sichtfeld (Windschutzscheibe 2) des Fahrers (1) projiziert, dass dieser es als vorausfahrendes Lotsenfahrzeug wahrnehmen kann.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Assistenzsystem für den Fahrer eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs für den öffentlichen Straßenverkehr, bei dem mittels Sensoren kontinuierlich Fahrzeug- und Umgebungsdaten erfasst werden und von einem Prozessrechner in Informationssignale für den Fahrer umgesetzt werden.

Ein Assistenzsystem der vorbezeichneten Art ist aus der US-PS 5,432,509 bekannt. Bei diesem Assistenzsystem sind die vom Prozessrechner generierten Informationssignale Alarmsignale für den Fahrer.

Assistenzsysteme für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge für den öffentlichen Verkehr erfassen regelmäßig Orts- und Bewegungskoordinaten von Objekten ihrer äußeren Umgebung. Sie nutzen dabei die Fähigkeiten technischer Sensoren (Messgeräte) empfindlicher, genauer, schneller, trennschärfer und zuverlässiger als das menschliche Sensorium bestimmte Daten über die Umgebung zu gewinnen und unter Verwendung ingenieurtechnischer Modelle auszuwerten.

Der Begriff „Fahrzeug" soll hier alle Arten von mobilen Objekten/Geräten einschließen, die von einem Operator (Fahrer) geführt oder gesteuert werden. Typischerweise sind auch Fernsteuerungen von Robotern und generell Steuerungen von materiellen wie virtuellen Objekten (Computerspiele) erfasst, die mittels optischer, akustischer oder anderer Verfahren direkt oder indirekt beobachtet und beeinflusst werden.

Die äußere Umgebung quantitativ und qualitativ beschreibende Daten aus bekannten Assistenzsystemen werden über Messgeräte/Sensoren erfasst und stehen beispielsweise als zeitabhängige Distanz- und Richtungsinformation über Hindernisse zur Verfügung, die die freie Bewegung des zu steuernden Fahrzeugs beschränkten. Solche Informationen über die Umgebung eines Fahrzeugs werden üblicherweise als beschreibende Primärinformationen angezeigt, beispielsweise als numerische Entfernungsangabe zu einem stehenden oder vorausfahrenden anderen Fahrzeug. Sie werden in anderen Fällen mit Hilfe gespeicherter Daten über Verkehrswege, etwa in Navigationssystemen oder unter Verwendung von Satellitensignalen, die zur Ortsbestimmung des Fahrzeugs und der damit verbundenen Messsensoren dienen, als Sekundärdaten rechnerisch abgeleitet und dann beispielsweise durch analoge Symbole, etwa als Entfernung zu einer Kreuzung oder anderen, den Bewegungsraum festlegenden Objekten dargestellt. In Einrichtungen, wie sie aus der eingangs genannten US-PS bekannt sind, befinden sich auch Repräsentationen, die qualitative Informationen solcher Assistenzsysteme über behindernde Objekte in Form akustischer oder optischer Warnsignale vermitteln, deren Intensität oder deren Frequenz den Grad der Annäherung an ein Bewegungshindernis signalisieren.

Die bekannt gewordenen Assistenzsysteme leiden im Vergleich zur natürlichen kognitiven Wahrnehmung eines Operators oder Fahrers an einem entscheidenden Defizit:

Zwischen der technischen, mit Hilfe von Sensoren vorgenommenen Erfassung der Umwelt und der weitgehend freien Bewegungsabsicht des Fahrers, mit der er sich unterschiedliche Pfade zwischen Hindernissen hindurch oder um diese herum zurecht legt, besteht keine funktionale Verbindung. Erst durch die Verknüpfung zwischen dem, im Voraus zu denkenden Bewegungspfad und den Informationen über reale Bewegungsmöglichkeiten (etwa dem Fahrbahnverlauf) und/oder Hindernissen innerhalb seines Bewegungsspielraumes gewinnt der Fahrer die Möglichkeit, relevante Objekte zu identifizieren und sie von irrelevanten, weil fernab von seinem beabsichtigten Bewegungspfad liegenden Objekten zu separieren und schließlich die verbleibenden wenigen, aber entscheidenden Objekte zur Bestätigung oder zur Modifikation seiner individuellen Bewegungsabsicht heranzuziehen. Die weit überwiegende Mehrzahl an Informationen über die äußere Umgebung kann durch diesen mental arbeitenden Filterprozess unterdrückt werden. Erst dadurch gelangt der Fahrer zu klaren und eindeutigen Entscheidungen hinsichtlich der Umsetzung seines zunächst (nur versuchsweise und grob) entworfenen Bewegungsplanes.

Die in bekannten Assistenzsystemen vorgenommen Repräsentationen kritischer Objekte und kritischer Vorgänge im Außenraum des zu steuernden Fahrzeugs konkurrieren mit der eigenen natürlichen Wahrnehmung der realen Bewegungskulisse durch den Fahrer. Sie können nur mit zeitlicher Verzögerung und auch nur intermittierend in den natürlichen Prozess der Festlegung und Kontrolle des beabsichtigten Bewegungspfades einbezogen werden.

Die mittels technischer Sensoren gewonnenen Informationen über Objekte im Bewegungsraum eines zu steuernden Fahrzeugs werden abhängig von der instantanen Ausrichtung und Bewegung des die Sensoren tragenden Fahrzeugs ermittelt. Sie werden üblicherweise über Displays, die ebenfalls fest mit dem Fahrzeug verbunden sind, dem Fahrer präsentiert. Der Fahrer erhält damit zwar Hinweise, welche Orte oder Objekte er in dem zeitlich vor ihm liegenden Entscheidungsfenster meiden oder bevorzugt ansteuern soll. Die komplexe und bewegungslogische Übertragung dieser instrumentellen Umgebungsdaten in seine subjektive natürliche Beobachtungsposition und die Anpassung seines Bewegungsplanes muss er aber selbst ohne technische Unterstützung leisten.

Das führt regelmäßig dann zu Wahrnehmungs- und Aufmerksamkeitskonflikten, wenn die Warnung oder der Hinweis auf freie Bewegungsräume in einer Bewegungssituation aufgenommen werden sollen, in der zeitkritische Steuerungsentscheidungen durch den Fahrer getroffen werden müssen. In der Praxis sind instrumentelle Hilfsinformationen durch die bekannten Assistenzsysteme gerade dann durch einen Fahrer nicht verwertbar, wenn er sie am dringensten benötigen würde, und zwar deshalb, weil er seine Aufmerksamkeit nicht gleichzeitig auf die reale Außenwelt und auf eine räumlich anders repräsentierte, instrumentelle Information fokussieren kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein gattungsgemäßes Assistenzsystem zu schaffen, bei dem die objektiven Informationen so präsentiert werden, dass diese vom Fahrer zusammen mit der realen Außenwelt als unmittelbare und einheitliche Grundlage für die Konzeption und die Überprüfung seines Bewegungsplanes dienen können. Dabei kommt es entscheidend darauf an, dem Fahrer die von Sensoren erfassten Informationen in einer Form anzubieten, die seine Aufmerksamkeit nicht von jenen dynamischen Abläufen ablenkt, die er laufend analysieren und in seinen Bewegungsentwurf einbeziehen muss. Das sind vor allem jene Bereiche seines Bewegungsplanes, die für ihn jeweils die höchste Priorität besitzen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Assistenzsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dem Prozessrechner zusätzlich Missionsdaten, wie Sollgeschwindigkeit, Fahrtziel, Sicherheitsabstände zu festen und beweglichen Hindernissen Nutzungsanteil der theoretisch möglichen Quer- und Längsbeschleunigungen zugeführt werden und der Prozessrechner so angepasst und programmiert ist, dass er aus allen erfassten Datengruppen (Fahrzeugdaten FD, Umgebungsdaten UD und Missionsdaten MD) ein virtuelles, sich gefahrlos in der realen Umgebung bewegendes Fahrzeug VF generiert, und mittels einer Projektionseinheit P ein Bild dieses virtuellen Fahrzeugs perspektivisch korrekt an das wahre Sichtfeld des Fahrers anpasst und dieses Fahrzeugsymbol kontinuierlich so in das Sichtfeld (Windschutzschutzscheibe) des Fahrers projiziert, dass dieser es als vorausfahrendes Lotsenfahrzeug wahrnehmen kann.

Durch die erfindungsgemäße Verknüpfung von Fahrzeugdaten, Umgebungsdaten und Missionsdaten gelingt es dem Fahrer ein Lotsenfahrzeug, vergleichbar einem real auf der Straße vorausfahrenden Lotsenfahrzeug, zu präsentieren, dem er folgen kann, ohne dabei seine eigenständige Beobachtung der realen Welt unterbrechen zu müssen. Das Lotsenfahrzeug kann die für den Fahrer wesentlichen Umgebungsdaten früher und präziser wahrnehmen und im Sinne einer gefahrlosen Fortbewegung in Bewegungsentscheidungen umsetzen als er selbst das vermöchte. Dies wird ermöglicht durch die weiterreichenden und höher auflösenden technischen Sensoren, deren Umwelterfassung zu Richtungsänderungen oder anderen Bewegungsänderungen des virtuellen Fahrzeugs umgesetzt wird, und die den Fahrer dadurch auf ein potentielles Kollisionsobjekt hinweisen, noch ehe dieser es mit seinen natürlichen Sinnen ausreichend erfassen könnte. Der Fahrer erkennt aus der vom Prozessrechner generierten Bewegung des virtuellen Fahrzeuges einen optimalen Bewegungspfad und braucht dem Fahrzeugsymbol in seinen Sichtfeld nur zu folgen, um sich mit seinem Fahrzeug in der realen Umgebung unter realen Bedingungen in einem sicheren Bereich zu bewegen.

Obwohl der Fahrer durch das erfindungsgemäße Assistenzsystem also in die Lage versetzt wird, einem gefahrlos vorausfahrenden Lotsenfahrzeug lediglich in angemessenem Abstand folgen zu müssen, ist es ein besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Assistenzsystems, dass der Fahrer seine Bewegungsrichtung, Abstand und Relativgeschwindigkeit zu dem virtuellen Lotsenfahrzeug modifizieren kann und damit die Funktionalität und Sensitivität des Lotsen aktiv überprüfen und in einer Weise kategorisieren kann, wie er das mit anderen Objekten seiner realen Bewegungskulisse auch handhabt (z. B. unsichere andere Verkehrsteilnehmer). Obwohl das dem Fahrer kontinuierlich ins Sichtfeld projizierte Lotsenfahrzeug auf Hindernisse im Bewegungspfad durch Geschwindigkeits- und Richtungsänderungen reagiert, was durch die technisch hochwertigen Sensoren mit zeitlichen Vorsprung vor dem Handeln des realen Fahrers möglich ist, wird dieser dennoch in die Lage versetzt, kritisch zu überprüfen, ob das Ergebnis der ihm präsentierten Zusammenfassung von Informationen in Form der gezeigten Bewegung des Lotsenfahrzeugs sinnvoll ist oder nicht. Er hat jederzeit die Möglichkeit, das Lotsenfahrzeug bzw. dessen Bewegung zu ignorieren und einen anderen Bewegungspfad zu wählen.

Vorteilhaft ist es, wenn das Programm des Prozessrechners so angepasst ist, dass Eigenschaften des Fahrzeugsymbols, wie Größe, Farbe, Helligkeit, Lautstärke, Kontrast, in Abhängigkeit von aktuellen kritischen Grenzwerten für die Eigenbewegung des realen Fahrzeugs verändert werden. So kann z. B. bei zu dichtem Auffahren auf ein vorausfahrendes reales Fahrzeug sich die Helligkeit des Fahrzeugsymbols deutlich steigern oder es kann die Größe des Fahrzeugsymbols zunehmen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Assistenzsystems besteht darin, dass Fahrzeugdaten FD und Umgebungsdaten UD, wie an sich bekannt, Assistenzmodulen mit eigenen Modulrechnern MR, wie elektronische Stabilitätskontrolleinrichtung ESP oder Antiblockiersystem ABS oder Bremsassistent für Notfallbremsung oder Navigationssystem zugeführt werden und von dort unverändert oder durch Rechenoperation transformiert dem Prozessrechner R zugeführt werden. Durch die Vorverarbeitung von Fahrzeug- und Umgebungsdaten in solchen Assistenzmodulen kann nicht nur, wie es bislang für solche Assistenzmodule bekannt ist, in die Fahrzeugführung eingegriffen werden, sondern es kann die Komplexität und der Rechenaufwand des Prozessrechners des erfindungsgemäßen Assistenzsystems erheblich vereinfacht werden.

In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Assistenzsystems wird dann vorgeschlagen, dass vorgesehene Assistenzmodule so angepasst sind, dass ein Eingriff in die Steuerung des Fahrzeugs durch dafür charakteristische Signale an den Prozessrechner R gemeldet wird, aus denen dieser Signale für eine unstetige Änderung des Fahrzeugsymbols generiert. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass dem Fahrer durch Veränderung der Eigenschaften des Fahrzeugsymbols, wie es weiter oben bereits beschrieben wurde, angezeigt wird, dass er sich in Fahrzuständen befindet, indem die Assistenzmodule bereits zur Vermeidung von unsicheren Fahrzuständen eingegriffen haben, d. h. in Fahrzuständen, die in erhöhtem Maß gefahrträchtig sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Fahrzeugsymbol des Lotsenfahrzeugs als transparente Dreieckspfeilspitze ausgebildet ist, deren Basisbreite proportional der Breite des realen Fahrzeugs zu der zur Verfügung stehenden Fahrspur dargestellt wird. Der Fahrer kann dadurch frühzeitig und ohne seine Blickrichtung zu den Seiten des Fahrzeugs hin zu verändern, in einfachster Weise einen sicheren mittleren Bewegungspfad auf der ihm zur Verfügung stehenden Fahrbahn einhalten.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Fahrzeugsymbol des Lotsenfahrzeuges anstelle eines Dreieckspfeils durch zwei quer beabstandete Dreieckspfeilspitzen gebildet ist, wobei die Gesamtbreite über beide Dreieckspfeilspitzen einschließlich Abstand wiederum proportional der Breite des realen Fahrzeugs zu der zur Verfügung stehenden Fahrbahnbreite ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der zentrale Bereich des Gesichtsfeldes des Fahrers und damit der Fahrbahn für die natürliche eigene Umfelderkennung und Analyse des Fahrers frei bleibt. Darüber hinaus erleichtern die inneren und äußeren Begrenzungskonturen des Dreieckspfeilpaares vor allem eine bessere Auflösung von relativen Bewegungen des Lotsenfahrzeugs, wenn sich der Abstand (durch entsprechende Verkleinerung des Lotsenfahrzeugsymbols) zwischen realem Fahrzeug und Lotsenfahrzeug vergrößert. Der besondere Vorzug ergibt sich insbesondere bei der Abarbeitung von Blickprogrammen des Fahrers, wenn real weiter entfernt liegende Wegverläufe oder Wegmarkierungen detektiert werden müssen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erfährt ein erfindungsgemäßes Assistenzsystem dadurch, dass die als Lotsenfahrzeugsymbol dienende Dreieckspfeilspitze oder das Paar von Dreieckspfeilspitzen proportional der auf das Fahrzeug einwirkenden Querbeschleunigung geneigt wird. Das Fahrzeugsymbol, hier also die Dreieckspfeilspitze, nimmt eine Querneigung ein, wie ein Zweiradfahrzeug in Kurven. Das gibt dem Fahrer des realen Fahrzeugs eine sehr drastische Information über den Fahrzustand des Lotsenfahrzeugs und damit über notwenige Steuerungsmaßnahmen für das reale Fahrzeug.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung soll die Höhe (H) der Dreieckspfeilspitze(n) proportional der in Fahrtrichtung auf das reale Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen dargestellt werden. Wird also das virtuelle Fahrzeug aufgrund der im Prozessrechner verarbeiteten Sensordaten extrem verzögert um eine Gefährdungssituation zu verhindern, so wird die Höhe der Dreiecksspitze sehr groß, was den Fahrer unmittelbar zu einer Notbremsung veranlassen kann noch bevor er durch Abstandsverringerung zum Lotsenfahrzeug die Bremsnotwendigkeit erkennt. Umgekehrt, bei extremer Abnahme der Höhe der Dreieckspfeilspitze wird dem Fahrer angezeigt, dass das Lotsenfahrzeug eine nach vorne beschleunigte Bewegung ausführt und er den Abstand zum Lotsenfahrzeug nur dann einhalten kann, wenn er sein reales Fahrzeug durch Gasgeben ebenfalls beschleunigt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung erfährt das erfindungsgemäße Assistenzsystem dadurch, dass das Programm des Prozessrechners so angepasst ist, dass das Fahrzeugsymbol in ein Grenzwertsymbol, vorzugsweise eine Grenzlinie, umgewandelt wird, wenn vorher einstellbare Grenzwerte von Bewegungsparametern, wie Geschwindigkeit oder Beschleunigung, überschritten werden. Eine solche Umwandlung, ganz gleich nach welcher Richtung, zeigt dem Fahrer dann an, dass das Assistenzsystem zwar funktionsfähig ist, er selbst aber eine Fahrweise wählt, die dem Assistenzsystem nicht folgt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Assistenzsystems besteht darin, dass das Programm des Prozessrechners R so angepasst ist, dass eine seitliche Versetzung des Fahrzeugs zur Mitte des zur Verfügung stehenden Bewegungspfades (Fahrbahn) durch eine Referenzmarkierung angezeigt wird. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Fahrer erkennt, dass er sich anders bewegt als optimal, dennoch aber auf einem möglichen und zulässigen Bewegungspfad.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Assistenzsystems, die insbesondere eine Verfeinerung darstellt, besteht darin, dass die Sensoren für die Datengruppe Fahrzeugdaten auch solche umfassen, welche die Häufigkeit (Anzahl pro Zeiteinheit) und die Intensität von Steuerungsbewegungen des Fahrers aufnehmen und das Programm des Prozessrechners aus diesen Daten abrupte Veränderungen des Fahrzeugsymbols generiert. Durch diese Ausbildung kann dem Fahrer praktisch ein virtueller Blick auf die eigene Fahrweise vermittelt werden, um ihn darauf hinzuweisen, dass diese im Regelfall aufgrund zu hoher Geschwindigkeit zu hektisch bzw. zu unsicher ist.

Anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Assistenzsystems in seiner Ausgestaltung und in seiner Wirkungsweise erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Assistenzsystems für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs,

2a die Einspiegelung eines mit der Anordnung nach 1 generierten Fahrzeugsymbols in das Sichtfeld des Fahrers im Längsschnitt schematisch,

2b die Anordnung nach 2a in Blickrichtung des Fahrers bei Geradeausfahrt auf der rechten Fahrspur einer Fahrbahn,

3 die Sequenz der Bewegung des Lotsenfahrzeugsymbols bei Auftreten eines Hindernisses in der realen Fahrtrichtung des Fahrzeugs aus der Sicht des Fahrers,

4 einen Fahrzustand entsprechend 3 mit einer Referenzmarkierung 30 zur Anzeige einer seitlichen Versetzung 15,

5a und 5b die Sequenz des Einscherens in die rechte Fahrbahn nach einem Überholvorgang,

5c den Bewegungspfad nach einem Überholvorgang entsprechend der Sequenz nach den 5a, 5b, bei dem ein Einscheren nach rechts nicht möglich ist,

6 eine schematische Ansicht entsprechend 2, bei der das Fahrzeugsymbol durch zwei quer beabstandete Dreieckspfeilspitzen 11 gebildet ist,

7a und 7b die Sequenz eines Abbiegevorgangs von der Fahrbahn 20 in eine Abzweigung 21.

Das in 1 als Blockschaltbild schematisch dargestellte Beispiel eines erfindungsgemäßen Assistenzsystems zeigt in seinem unteren Bereich einen Block FD für die Erfassung von Fahrzeugdaten und einen Block UD für die Erfassung von Umgebungsdaten. Jeder dieser Blöcke, FD, UD umfasst eine Vielzahl von Sensoren S zur Dedektion der unterschiedlichsten Daten. Als von den Sensoren S zu erfassende Fahrzeugdaten kommen vor allem in Betracht: die physikalischen Abmessungen des Fahrzeugs, maximale Querbeschleunigung, maximale Beschleunigung und Verzögerung, bezogen auf Normbedingungen, aktuelle Fahrgeschwindigkeit, Schlupf- und Gierverhalten, geodätische Position und Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, geometrische Zuordnung der Fahrerposition zum Sichtfeld, Vorgaben der Aktivatoren des Fahrzeugs aus dem aktuellen Betrieb, wie Lenkeinschlag, Stellung des Gaspedals bzw. des Bremspedals oder der auf die einzelnen Räder ausgeübten Bremskräfte und schließlich auch Signalisation von Bewegungsabsichten, wie die Stellung der Fahrtrichtungsanzeiger oder Fern- bzw. Abblendlicht. Als zu detektierende Umgebungsdaten kommen in Betracht geodätische Beschreibung der möglichen Fahrwege, Wegbeschaffenheit, Unebenheiten, Schrägneigung der Fahrbahn, Reibungsbeiwerte, seitlicher Abstand des Fahrzeugs von Fahrspurbegrenzungen, vorgeschriebene, streckenbezogene maximale oder minimale Geschwindigkeit, Entfernung und Richtung von festen Hindernissen, Entfernung, Richtung und Differenzgeschwindigkeit von anderen bewegten Objekten, Außentemperatur, Sichtbedingungen wie z. B. Helligkeit. Die nicht abschließend aufgezählten Fahrzeugdaten FD und Umgebungsdaten UD werden zunächst einem Block AM von Assistenzmodulen, wie z. B. Navigationssystem, Antiblockiersystem, elektronischen Stabilitätskontrolleinrichtung und/oder Bremsassistent zugeführt, die jeweils ihre eigenen Modulrechner MR aufweisen. Von dem Assistenzmodulblock AM werden die Fahrzeugdaten FD und Umgebungsdaten UD entweder unverändert oder durch Rechenoperationen der Modulrechner MR transformiert einem zentralen Prozessrechner R zugeführt. Diesem zentralen Prozessrechner R werden zusätzlich Missionsdaten MD zugeführt, die der Fahrer vor Antritt der Fahrt in einen geeignet ausgebildeten Missionsdatenblock eingegeben hat. Als solche Missionsdaten kommen in Betracht: die Sollgeschwindigkeit, gewünschte Sicherheitsabstände zu den festen und bewegten Hindernissen, gewünschter Nutzungsanteil der möglichen quer- und Längsbeschleunigungen des Fahrzeugs (entsprechend einer gewünschten, eher ruhigen oder sportlichen Fahrweise) Fahrtziel mit Wegpunkten, Einschränkungen für die Routenwahl und/oder Verbrauchsoptimierung bezüglich des Treibstoffs und weitere. Der Prozessrechner R ist so angepasst und programmiert, dass er aus den ihm zugeführten Datengruppen Fahrzeugdaten FD, Umgebungsdaten UD und Missionsdaten MD ein virtuelles sich gefahrlos in der realen Umgebung bewegendes Fahrzeug VF generiert. Der vom Prozessrechner R ausgegebene, das virtuelle Fahrzeug bildende Datensatz, wird in einer Projektionseinheit P in ein an das wahre Sichtfeld des Fahrers angepasstes perspektivisch korrektes Fahrzeugsymbol umgesetzt und auf eine Displayfläche DF projiziert. Von dort wird dieses Fahrzeugsymbol als Information I in das Sichtfeld des Fahrers projiziert.

2a erläutert die Abbildungsgeometrie für die Projektion des Fahrzeugsymbols 10 von der Displayfläche DF in das Sichtfeld des Fahrers. Mittels einer Reflektion an der teildurchlässig spiegelnden Windschutzscheibe 2 des realen Fahrzeugs wird das Lotsenfahrzeugsymbol für den Fahrer 1 vor der realen Kulisse, die er durch die Windschutzscheibe 2 im Sichtfeld hat, sichtbar.

Die schematische Anordnung nach 2a ist in 2b aus der Blickrichtung des Fahrers dargestellt. Im wesentlichen ist, stark vereinfacht, das reale Sichtfeld des Fahrers durch die Windschutzscheibe 2 in Längsrichtung des Fahrzeugs dargestellt. Das Lenkrad des Fahrers ist mit 3 bezeichnet. Ein Fahrtrichtungsanzeiger üblicher Bauart mit dem Referenzeichen 4. Der Fahrer bzw. das reale Fahrzeug bewegt sich auf einer Fahrbahn 20 mit der Mittellinie 21, wobei die Fahrbahn 20 in der gezeigten Fig. im wesentlichen gerade verläuft. Das Fahrzeugsymbol des Lotsenfahrzeugs ist als flache Dreieckspfeilspitze 10 dargestellt, wobei diese Pfeilspitze teiltransparent sein soll, so dass die im Bereich der Dreieckspfeilspitze liegenden Teile der Fahrbahn für den Fahrer sichtbar bleiben. Die Basisbreite 10b der Dreieckspfeilspitze 10 soll proportional der Breite des realen Fahrzeugs zu der zur Verfügung stehenden Breite der Fahrspur dargestellt sein. Die Höhe H der Dreieckpfeilspitze D ist proportional der in Fahrtrichtung wirkenden Beschleunigung auf das Fahrzeug. Der Abstand der Dreieckspfeilspitze 10 von der Unterkante der Windschutzscheibe 2, d. h. also von der Unterkante des Sichtfeldes des Fahrers, ist geschwindigkeitsabhängig so gewählt, dass er einem mittleren Sicherheitsabstand in der realen Umgebung entspricht. Je nach eingestelltem Missionsdatum kann dieser Abstand für den stationären Fahrzustand größer oder geringer eingestellt sein. Anstelle einer Dreieckspfeilspitze als Fahrzeugsymbol kann natürlich auch jedes andere geometrische Symbol als Lotsenfahrzeugsymbol verwendet werden, wie z. B. die stilisierte Heckansicht eine PKW.

Das Assistenzsystem arbeitet nun in der Weise, dass dann, wenn die reale Geschwindigkeit des realen Fahrzeugs mit der eingestellten Sollgeschwindigkeit übereinstimmt, der Abstand und die geometrische Abmessung des Lotsenfahrzeugsymbols konstant bleibt. Ist die tatsächliche Geschwindigkeit des realen Fahrzeugs geringer als die eingestellte Sollgeschwindigkeit, so entfernt sich die Dreieckspfeilspitze nach vorne, wobei sie entsprechend den perspektivischen Verhältnissen kleiner wird. Für den Fahrer wäre dies ein Hinweis durch mehr Gasgeben sein Fahrzeug zu beschleunigen und dadurch dem vorauseilenden Lotsenfahrzeug (Lotsenfahrzeugsymbol) zu folgen und wieder zu diesem aufzuschließen. Je nach Umweltbedingungen wird die eingestellte Sollgeschwindigkeit aufgrund der im Prozessrechner vorgenommen Generierung des virtuellen Fahrzeugs vermindert, so dass dann, wenn der Fahrer die reale Fahrgeschwindigkeit seines Fahrzeugs nicht vermindert, sich der Abstand zu dem Lotsenfahrzeugsymbol verringert, wobei wiederum perspektivisch angepasst, in diesem Fall sich die Dreieckspfeilspitze in ihrer geometrischen Ausdehnung vergrößert. Der Fahrer hat in diesem Zustand die Information einer zu dichten Annäherung an das Lotsenfahrzeug und wird so sein reales Fahrzeug durch Verminderung der Geschwindigkeit wieder in einen größeren Abstand vom vorauseilenden Lotsenfahrzeug bringen. Zusätzlich zur Veränderung der Größe des Lotsenfahrzeugsymbols kann durch entsprechende Programmierung des Prozessrechners R auch eine Veränderung von Farbe, Helligkeit oder Kontrast vorgesehen sein, wenn das reale Fahrzeug dem Lotsenfahrzeug nicht im vorgesehenen sicheren Abstand folgt. Dabei ist es bei der praktischen Umsetzung eines erfindungsgemäßen Assistenzsystems ohne weiteres möglich, zusätzlich zur optischen Darstellung eines virtuellen Lotsenfahrzeugs dieses auch akustisch, etwa durch typische Fahrgeräusche, mit Hilfe von Lautsprechern, dem Fahrer zu vermitteln und dann bei Abweichung des realen Fahrzeugs von den eingestellten Missionsdaten die akustische Kulisse des Lotsenfahrzeugs analog zu ändern.

Das Programm des Prozessrechners R bzw. der Projektionseinheit P ist so ausgelegt, dass dann, wenn das Lotsenfahrzeugsymbol 10 etwa infolge zu geringer Geschwindigkeit des realen Fahrzeugs nach oben oder infolge zu großer Geschwindigkeit des realen Fahrzeugs nach unten aus dem Sichtfeld verschwinden würde, eine Umwandlung des Fahrzeugsymbols 10 in Grenzwertsymbole in Form von Grenzlinien GO und GU stattfindet. Dadurch wird dem Fahrer angezeigt, dass das Assistenzsystem in Funktion ist, er sich jedoch in einem Fahrzustand befindet, indem er den vom Assistenzsystem generierten Lotsenfahrzeug nicht folgt.

Das in 3 dargestellte Bild entspricht im wesentlichen der schematischen Ansicht nach 2, zeigt jedoch die Bewegungssequenz des Lotsenfahrzeugsymbols 10 bei Auftreten eines Hindernisses 5 in der Fahrtrichtung 12 des realen Fahrzeugs. Ausgehend von der Fahrtrichtung 12, die z. B. dem Wiedereinscheren in die rechte Fahrbahn nach einem Überholvorgang entspricht, ist das Lotsenfahrzeugsymbol mit 10-3 bezeichnet. Entsprechend der dedektierten Umgebungs- und Fahrzeugdaten hat der Prozessrechner R eine Änderung der Fahrtrichtung des virtuellen Fahrzeugs ermittelt und zeigt diese durch Veränderung der Neigung des Lotsenfahrzeugsymbols von 10-3 über 10-2 und 10-1 bis zu dem mit 10 bezeichneten momentan dargestellten Lotsenfahrzeugsymbol 10 an. Die Neigung &agr; der als Lotsenfahrzeugsymbol dienenden Dreieckspfeilspitze ist beträchtlich, so dass dementsprechend eine beträchtliche Lenkkorrektur des Fahrers notwendig ist, um dem Lotsenfahrzeug, das sich in der korrigierten, mit 14 bezeichneten Fahrtrichtung bewegt, zu folgen.

Das in 4 gezeigte schematische Sichtfeld des Fahrers entspricht weitgehend der Darstellung in 3 mit dem Unterschied, dass die Sequenz der Neigungsänderung des Lotsenfahrzeugsymbols 10 weggelassen ist, dafür aber als vertikale Linie eine Referenzmarkierung 30 gezeigt ist, die als zusätzliches Hilfsmittel von der Projektionseinheit P in die Windschutzscheibe eingespiegelt werden kann und dem Fahrer eine seitliche Versetzung 15 seines Fahrzeugs zur Mitte des zur Verfügung stehenden Bewegungspfades anzeigt.

Die in den 5a und 5b gezeigte Sequenz eines Überholvorgangs beginnt mit der in 5a dargestellten Situation, in der sich das reale Fahrzeug auf der linken Fahrspur einer Fahrbahn 20 befindet, d. h. also links von der Fahrbahnmittellinie 21 und dem Lotsenfahrzeug 10 in angemessenem Abstand folgt. Ausgehend von dieser Situation kann entweder automatisch in Abhängigkeit der Dedektion der Umgebungsdaten oder in Abhängigkeit der Betätigung des realen Fahrtrichtungsanzeigers 4 durch den Fahrer das Lotsenfahrzeug 10 die in 5b gezeigte Bewegungssequenz ausführen, wobei in jedem Zeitpunkt für den Fahrer das Dreieckssymbol des Lotsenfahrzeugs nur einfach vorhanden ist, d. h. dass der Fahrer nicht mehrere Dreiecke sieht sondern immer nur eines. Als vorteilhaftes Hilfsmittel für den Fahrer kann das mit 13 bezeichnete Blinklichtsymbol in Abhängigkeit der Betätigung des Fahrtrichtungsanzeigers 4 vorgesehen sein. Entsprechend der Darstellung in 5b kann der Fahrer also bedenkenlos durch entsprechende Lenkradbewegungen dem vorauseilenden Lotsenfahrzeugsymbol 10 nach rechts folgen ohne eine Gefährdung, etwa durch zu geringen Abstand von dem zu überholenden Fahrzeug, befürchten zu müssen.

Eine zusätzliche Hilfsfunktion des Assistenzsystems für den Fahrer ist in 5c dargestellt, die wiederum die Situation entsprechend 5b wiedergeben soll. In dieser gezeigten Sequenz ist das real für den Fahrer nicht sichtbare Hindernis 5 etwa in Form eines überholten Fahrzeugs noch zu nahe am eigenen Fahrzeug, so dass ein Einscheren nach rechts in die rechte Fahrbahnhälfte 20 vermieden werden muss. Das Lotsenfahrzeugsymbol 10 würde also nicht nach rechts schwenken. Zusätzlich ist als Warnhinweis für den Fahrer eine zeitliche Grenzlinie GS eingespiegelt, die auch farblich hervorgehoben sein kann und dem Fahrer anzeigt, dass eine Fahrbewegung nach rechts noch nicht möglich ist.

Die Darstellung nach 6 entspricht der Ansicht gemäß 2b, wobei das Lotsenfahrzeugsymbol in Form zweier quer beabstandeter Dreieckspfeilspitzen 11 gebildet ist. Damit bleibt der zentrale Bereich des Gesichtsfeldes des Fahrers, d. h. also die real vor ihm liegende Fahrbahn für die natürliche Umfelderkennung und Analyse frei. Zusätzlich erleichtern die inneren und die äußeren Begrenzungskonturen des Dreieckspaares 11 vor allem eine bessere Auflösung von relativen Bewegungen des Lotsenfahrzeugsymbols im fernen peripheren Gesichtsbild. Besonders bei der Abarbeitung von Blickprogrammen des Fahrers beim weiteren Umgebungsscreening, etwa beim Ablesen von Wegweisern oder ähnlichen Verkehrshilfsinformationen, die regelmäßig nur weit ab vom tatsächlichen Bewegungspfad gelesen werden können, ergeben sich dadurch Vorteile.

Die in den 7a und 7b gezeigte Sequenz eines Abbiegevorgangs von der Fahrbahn 20 in eine Abzweigung 22 verwendet als Lotsenfahrzeugsymbol wieder das Pfeilspitzenpaar gemäß der Darstellung in 6. 7a zeigt die Einleitung des Abbiegevorgangs entsprechend der mittels eines Navigationssystems und/oder der Missionsdaten dem Prozessrechner mitgeteilten Informationen. Zusätzlich zum erfindungsgemäßen Assistenzsystem ist das Vorhandensein eines Navigationsdisplays 6 im Instrumentenfeld des Fahrers angedeutet. Die Neigung und der Abstand der als Lotsenfahrzeugsymbol dienenden Dreieckspfeilspitzen 11 in 7a zeigt, dass der Abbiegevorgang durch entsprechende Lenkradbewegung des Fahrers ausreichend rechtzeitig vor der tatsächlichen Abzweigung 22 eingeleitet wird. In 7b ist die darauffolgende Situation dargestellt, in der der Fahrer offensichtlich sehr spät eine entsprechende Fahrzeugsteuerung vorgenommen hat und dadurch der Abstand zum Lotsenfahrzeugsymbol sich erheblich verringert hat und darüber hinaus die Neigung des Lotsenfahrzeugsymbols nach rechts deutlich vergrößert ist, woraus sich für den Fahrer unmittelbar ergibt, dass er seine Geschwindigkeit drastisch verringern und den Lenkeinschlag drastisch erhöhen muss, wenn er die Abzweigung 22 noch benutzen will.

Zu den vielfältigen Möglichkeiten der Ausstattung des Assistenzsystems mittels Lotsenfahrzeug zählen die permanente Repräsentation einer Geschwindigkeitsbeschränkung oder einer selbst gewählten Sollgeschwindigkeit (Tempomat) durch die Präsenz des Fahrzeugsymbols 10 in entsprechendem Abstand, die Signalisation angepasster Geschwindigkeiten bei wechselnden Fahrbahnzuständen, die durch Schlupf- und Giersensoren ermittelt werden, aber auch die Vorbereitung des Fahrers auf plötzlich auftretende Eigenschaftsänderungen seines Fahrzeuges, die durch aktive Eingriffe von Assistenzsystemen, etwa bei adaptiven Steuerungen oder durch Precrash Systeme ausgelöst werden und das gewohnte Fahrverhalten des Fahrzeuges in der Nähe kritischer Situationen stark verändern. In diesen Fällen weist das Lotsenfahrzeugsymbol auf die von automatisch eingreifenden Assistenten bevorstehende Änderungstendenz des Bewegungszustandes des eigenen Fahrzeugs hin.


Anspruch[de]
Assistenzsystem für den Fahrer eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs für den öffentlichen Straßenverkehr, bei dem mittels Sensoren (S) kontinuierlich Fahrzeug- und Umgebungsdaten (FD, UD) erfasst werden und von einem Prozessrechner (R) in Informationssignale (I) für den Fahrer umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass dem Prozessrechner (R) zusätzlich Missionsdaten (MD) wie Sollgeschwindigkeit, Fahrtziel, Sicherheitsabstände zu festen und bewegten Hindernissen, Nutzungsanteil der theoretisch möglichen Quer- und Längsbeschleunigungen, zugeführt werden und der Prozessrechner (R) so angepasst und programmiert ist, dass er aus allen erfassten Datengruppen (Fahrzeugdaten FD, Umgebungsdaten UD und Missionsdaten (MD) ein virtuelles, sich gefahrlos in der realen Umgebung bewegendes Fahrzeug (VF) generiert, und mittels einer Projektionseinheit (P) ein Bild dieses virtuellen Fahrzeugs perspektivisch korrekt an das wahre Sichtfeld des Fahrers anpasst und dieses Fahrzeugsymbol (10) kontinuierlich so in das Sichtfeld (Windschutzscheibe 2) des Fahrers (1) projiziert, dass dieser es als vorausfahrendes Lotsenfahrzeug wahrnehmen kann. Assistenzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm des Prozessrechners (R) so angepasst ist, dass Eigenschaften des Fahrzeugsymbols (10) wie Größe, Farbe, Helligkeit, Lautstärke, Kontrast in Abhängigkeit von aktuellen kritischen Grenzwerten für die Eigenbewegung des realen Fahrzeugs verändert werden. Assistenzsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Fahrzeugdaten (FD) und Umgebungsdaten (UD), wie an sich bekannt, Assistenzmodulen mit Modulrechnern (MR), wie elektronische Stabilitätskontrolleinrichtung (ESP) oder Antiblockiersystem (ABS) oder Bremsassistent für Notfallbremsung oder Navigationssystem zugeführt werden und von dort unverändert oder durch Rechenoperationen transformiert dem Prozessrechner (R) zugeführt werden. Assistenzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Assistenzmodule so angepasst sind, dass ein Eingriff in die Steuerung des Fahrzeugs durch dafür charakteristische Signale an den Prozessrechner (R) gemeldet wird aus denen dieser Siganle für eine unstetige Änderung des Fahrzeugsymbols (10) generiert. Assistenzsystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugsymbol (10) des Lotsenfahrzeugs als transparente Dreieckspfeilspitze ausgebildet ist, deren Basisbreite (10B) proportional der Breite des realen Fahrzeugs zu der zur Verfügung stehenden Fahrspur dargestellt wird. Assistenzsystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugsymbol (10) des Lotsenfahrzeugs durch zwei quer beabstandete Dreieckspfeilspitzen gebildet wird, wobei die Gesamtbreite über beiden Dreieckspfeilspitzen proportional der Breite des realen Fahrzeugs zu der zur Verfügung stehenden Fahrspur dargestellt wird. Assistenzsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die als Lotsenfahrzeugsymbol (10) dienende Dreieckspfeilspitze oder das Paar von Dreieckspfeilspitzen proportional der auf das Fahrzeug einwirkenden Querbeschleunigung geneigt wird. Assistenzsystem nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H) der Dreieckspfeilspitze(n) proportional der in Fahrtrichtung auf das Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen dargestellt wird. Assistenzsystem nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm des Prozessrechners (R) so angepasst ist, dass das Fahrzeugsymbol (10) in ein Grenzwertsymbol (vorzugsweise eine Grenzlinie) umgewandelt wird, wenn vorher einstellbare Grenzwerte von Bewegungsparametern (wie Geschwindigkeit oder Beschleunigung) überschritten werden. Assistenzsystem nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm des Prozessrechners (R) so angepasst ist, dass eine seitliche Versetzung (15) des Fahrzeugs zur Mitte des zur Verfügung stehenden Bewegungspfades (Fahrbahn 20) durch eine Referenzmarkierung (30) angezeigt wird. Assistenzsystem nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S) für die Datengruppe Fahrzeugdaten (FD) auch solche umfassen, welche die Häufigkeit (Anzahl pro Zeiteinheit) und die Intensität von Steuerungsbewegungen des Fahrers (1) aufnehmen und das Programm des Prozessrechners (R) aus diesen Daten abrupte Veränderungen des Fahrzeugsymbols (10) generiert.






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