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Dokumentenidentifikation DE102005004394A1 24.08.2006
Titel Rückfahrtassistent
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Cieler, Stephan, 60316 Frankfurt, DE;
Donk, Vera, 64832 Babenhausen, DE;
Meier-Arendt, Guido, 63225 Langen, DE;
Sulzbach, Thomas, 63071 Offenbach, DE
DE-Anmeldedatum 31.01.2005
DE-Aktenzeichen 102005004394
Offenlegungstag 24.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse G08G 1/16(2006.01)A, F, I, 20060530, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G05D 1/02(2006.01)A, L, I, 20060530, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein System in einem Fahrzeug zur Unterstützung eines Fahrzeugführers bei Rückwärtsfahrt mit mindestens einer Sensoreinheit, die Objekte innerhalb der rückwärtigen Umgebung des Fahrzeugs erkennt, mit einer mit der Sensoreinheit verbundenen Recheneinheit zur Verarbeitung der erkannten Objekte und mit einer mit der Recheneinheit verbundenen Aktuatoreinheit. Erfindungsgemäß erzeugt die Recheneinheit einen virtuellen Fahrschlauch, innerhalb dessen sich das Fahrezug ohne Kollision mit den erkannten Objekten rückwärts bewegen kann. Die Aktuatoreinheit ist ein von der Recheneinheit angesteuerter Lenkaktuator zur Ausgabe eines haptischen Hinweises, der den Fahrzeugführer über die als nächstes einzuschlagende Lenkrichtung für eine Rückwärtsfahrt innerhalb des Fahrschlauchs informiert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein System in einem Fahrzeug zur Unterstützung eines Fahrzeugführers bei Rückwärtsfahrt mit mindestens einer Sensoreinheit, die Objekte innerhalb der rückwärtigen Umgebung des Fahrzeugs erkennt, mit einer mit der Sensoreinheit verbundenen Recheneinheit zur Verarbeitung der erkannten Objekte und mit einer mit der Recheneinheit verbundenen Aktuatoreinheit.

Aus der WO 98/00730 ist ein System zur Kollisionsvermeidung bei Rückwärtsfahrt bekannt. Mittels eines Ultraschall- oder Mikrowellensensors werden hinter dem Fahrzeug befindliche Objekte erkannt und deren Entfernung zum Fahrzeug bestimmt. Die Entfernung wird dem Fahrzeugführer akustisch sowie in Textform angezeigt. Unterschreitet die Entfernung einen vorgegebenen Schwellwert, wird automatisch ein Bremsaktuator betätigt, um das Fahrzeug rechtzeitig vor einer Kollision zum Stehen zu bringen. Zusätzlich kann über den Motor eine Bremswirkung erzielt werden. Dieses System dient ausschließlich der Kollisionsvermeidung, das heißt, es greift erst kurz vor dem Zusammenstoß mit einem Objekt ein. Das Rückwärtsfahren an sich wird vom Fahrzeugführer allein bewältigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System der eingangs genannten Art anzugeben, welches den Fahrzeugführer während der gesamten Rückwärtsfahrt unterstützt.

Diese Aufgabe wird mit einem System nach Anspruch 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Rückwärtsfahren als solches erhöhte Anforderungen an den Fahrzeugführer gestellt werden. So wird bei Benutzung der Außenspiegel ein gespiegeltes Bild der Umgebung hinter dem Fahrzeug betrachtet, welches zu Verwechslungen der rechten und linken Fahrbahnseite und dementsprechend zu Lenkfehlern führen kann. Ähnliches kann beim Rückdrehen des Oberkörpers und Kopfes passieren, da hierbei eine in Blickrichtung nach links gewünschte Fahrbewegung einen Lenkradeinschlag nach rechts erfordert. Als Hauptproblem wurde demnach die Wahl der richtigen Lenkrichtung erkannt.

Um den Fahrzeugführer bei diesem Problem zu unterstützen, schlägt die Erfindung vor, anhand der von der Sensoreinheit erkannten Objekte einen virtuellen Fahrschlauch zu erzeugen, innerhalb dessen sich das Fahrzeug ohne Kollision rückwärts bewegen kann. Dem Fahrzeugführer wird dann während der gesamten Rückwärtsfahrt über einen Lenkaktuator ein haptischer Hinweis gegeben, in welche Lenkrichtung er das Lenkrad als nächstes bewegen muss, um sich innerhalb des Fahrschlauchs zu bewegen. Die mindestens eine rückwärtige Sensoreinheit erkennt dabei Objekte bevorzugt in einem Bereich von wenigen Zentimetern bis rund 50 Metern hinter dem Fahrzeug.

Da der Fahrzeugführer das Lenkrad bei Rückwärtsfahrt zwangsläufig mit den Händen umfasst, erreicht ihn der Lenkrichtungshinweis auf haptischem Weg stets zuverlässig, ohne ihn von seiner Fahraufgabe abzulenken. Die Wahl der richtigen Lenkrichtung wird ihm nun abgenommen, so dass er sich vollständig auf die Feinkorrektur der Fahrzeugbewegung konzentrieren kann. Lenkmanöver in die falsche Richtung und anschließendes Gegenlenken werden somit vermieden, wodurch das gesamte Fahrverhalten beruhigt und die Fahraufgabe für den Fahrzeugführer erleichtert wird. Die Erhöhung des Fahrkomforts führt wiederum zu einer sichereren Fahrzeugführung, wodurch die Zahl der Unfälle beim Rückwärtsfahren reduziert wird. Das erfindungsgemäße System wird im folgenden auch als Rückfahrtassistent bezeichnet.

Der haptische Hinweis erfolgt bevorzugt in Form einer Kraftwirkung auf das Lenkrad, wobei die Kraftwirkung in Richtung der einzuschlagenden Lenkrichtung oder entgegen dieser Richtung oder in beide Richtungen erfolgen kann. Ein derartiger haptischer Hinweis ist vom Fahrzeugführer intuitiv erfassbar, d.h. er wird nicht durch die Verarbeitung von ansonsten üblichen visuellen oder akustischen Informationen vom Geschehne um das Fahrzeug abgelenkt. Eine Kraftwirkung in Richtung der erforderlichen Lenkrichtung sollte dabei kleiner sein als entgegen der Lenkrichtung, da letztere als Gegenkraft gegen eine vom Fahrer eventuell fälschlich aufgebrachte Lenkkraft wirkt, während die Kraft in Lenkrichtung ihn nur leicht bestätigen und führen soll, ohne jedoch zu einer Übersteuerung und damit zur Wahl eines zu großen Lenkwinkels zu führen, was wiederum Lenkkorrekturen erfordern würde.

Bevorzugt wird die vom Lenkaktuator aufgebrachte Kraft kleiner gewählt als die vom Fahrzeugführer aufbringbare Kraft, so dass der Rückfahrtassistent stets durch den Fahrzeugführer überstimmt werden kann.

In einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der haptische Hinweis nur dann, wenn eine Änderung des aktuell vom Fahrzeugführer eingeschlagenen Lenkwinkels erforderlich ist, um innerhalb des Fahrschlauchs zu bleiben. Der Fahrzeugführer spürt eine unterstützende bzw. eine Gegenkraft also nur, wenn die vom Fahrzeug eingeschlagene Richtung das Fahrzeug deutlich in Richtung des Randes des Fahrschlauchs bewegt. Innerhalb des Fahrschlauchs erhält der Fahrzeugführer freie Hand zum Manövrieren. Diese Ausgestaltung steht beispielsweise im Gegensatz zu einer Führung des Fahrzeugs entlang einer optimalen Linie innerhalb des Fahrschlauchs, bei der ständig haptische Hinweise an den Fahrer ausgegeben würden, die er unter Umständen als zu häufig und damit als störend empfinden könnte.

Bevorzugt aktualisiert die Recheneinheit den virtuellen Fahrschlauch in konstanten Zeitabständen während der Rückwärtsfahrt, so dass Änderungen der Bewegungsrichtung sowie Veränderungen der Objekte hinter dem Fahrzeug stets aktuell berücksichtigt sind.

Um auch bei großen Lenkeinschlägen die Fahrzeugumgebung stets optimal erkennen und den Fahrschlauch schnell nachführen zu können, erkennt die mindestens eine Sensoreinheit in einer weiteren Ausgestaltung nicht nur die rückwärtigen sondern auch die seitlich neben dem Fahrzeug befindlichen Objekte.

Als mindestens eine Sensoreinheit wird der Einsatz einer Videokamera, unterstützt durch Ultraschallsensoren für den Nahbereich bevorzugt. Die Videokamera erfasst dabei einen vergleichbaren Umgebungsbereich wie das menschliche Auge, und besonders niedrige und nah am Fahrzeug befindliche Objekte werden von den Ultraschallsensoren erkannt.

Das Kamerabild kann in einer Unterausführung neben der Objekterkennung auch für eine Vermeidung des Umdrehens des Fahrzeugführers eingesetzt werden So erfordert das bei einer Rückwärtsfahrt nötige Verdrehen des Oberkörpers eine gewisse Beweglichkeit, die nicht bei allen Menschen in ausreichendem Maße gegeben ist. Aus diesem Grund wird das Bild der von der Videokamera erfassten hinteren und/oder seitlichen Umgebung des Fahrzeugs mit einer grafischen Darstellung des von der Recheneinheit berechneten virtuellen Fahrschlauchs überlagert und auf einer Anzeigeeinheit im Fahrzeug ausgegeben. Für Fahrzeugführer mit eingeschränkter Beweglichkeit kann die Anzeigeeinheit dann im Cockpitbereich angeordnet sein, wodurch ein Umdrehen entfällt, während andere Fahrzeugführer eine Anbringung im seitlichen oder hinteren Fahrzeuginnenraum eventuell bevorzugen, da sie eine Rückwärtsfahrt mit geradeaus gerichtetem Blickfeld als ungewohnt empfinden.

Der Hinweis über die als nächstes einzuschlagende Lenkrichtung kann zusätzlich mittels einer akustischen und/oder einer visuellen Ausgabeeinheit an den Fahrzeugführer ausgegeben werden, wobei sich diese Ausgestaltung insbesondere in Verbindung mit der Bilddarstellung des Fahrschlauchs und der Fahrzeugumgebung anbietet. Der Fahrzeugführer sitzt in der auch für die Geradeausfahrt üblichen Richtung und kann Lenkrichtungshinweise direkt umsetzen, wogegen beim nach hinten schauenden Fahrzeugführer wieder die Gefahr besteht, dass er die als "rechts" bzw. "links" angezeigte oder angesagte Lenkrichtung vertauscht.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Recheneinheit ein drohendes Verlassen des Fahrschlauches erkennt und die Ausgabe einer Warnung an den Fahrzeugführer veranlasst. Dies ist insbesondere in dem Fall sinnvoll, wenn der Fahrzeugführer den Rückfahrtassistenten durch falsche Lenkeingaben überstimmt. Da der Fahrschlauch als kollisionsfreier Fahrraum berechnet wird, entspricht ein Verlassen des Fahrschlauchs einer drohenden Kollision mit einem erkannten Objekt. Als Warnung vor einer solchen Kollision kann ein Warnton ausgegeben werden und/oder eine optische Anzeige, beispielsweise eine oder mehrere LEDs, angesteuert werden.

In einer besonderen Ausgestaltung wird die Warnung über einen Aktuator am Gaspedal erzeugt, indem eine Gegenkraft am Gaspedal aufgebaut wird, die einer Betätigung des Gaspedals entgegenwirkt. Der Fahrer wird damit zum einen veranlasst, die Fahrgeschwindigkeit zu reduzieren und zum anderen wird er durch die Gegenkraft auf die Gefahr aufmerksam gemacht. Diese Ausgestaltung bietet ebenso wie der haptische Hinweis über das Lenkrad den Vorteil, dass keine zusätzlichen Informationseinrichtungen im Fahrzeuginneren angebracht werden müssen, die die Aufmerksamkeit des Fahrers erfordern. Das Gaspedal wird von ihm zwangsläufig während der Rückwärtsfahrt betätigt und dient somit gleichzeitig als Warneinrichtung. Die Warninformation kann ebenso wie die Lenkrichtungsinformation intuitiv erfasst werden, ohne vom Fahrgeschehen abzulenken.

Vorteilhaft ist es des weiteren, wenn der Rückfahrtassistent automatisch aktiviert wird, wenn der Rückwärtsgang des Fahrzeugs einlegt ist. Eine manuelle Aktivierung durch den Fahrer und damit ein zusätzlicher Bedienknopf bzw. Bedienvorgang entfällt also.

In einer Weiterbildung ist die Lenkradoberfläche berührungssensitiv ausgeführt und der Rückfahrtassistent schaltet sich automatisch ab, wenn der Fahrzeugführer keine Hand am Lenkrad hat. Dies dient der zusätzlichen Sicherheit, da eine als haptischer Hinweis gedachte Kraftwirkung auf das Lenkrad bei fehlender Lenkkraft durch den Fahrer zu einer unerwünschten Lenkradverstellung führen kann. Der Rückfahrtassistent ist jedoch ausschließlich als unterstützendes und nicht als automatisch agierendes System gedacht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert.

In der einzigen Figur ist ein Rückfahrtassistent eines Kraftfahrzeugs dargestellt, bestehend aus einer Recheneinheit 1, die verbunden ist mit einer Videokamera 2, einem Ultraschallsensor 3, einem Radarsensor 4, einem Lenkaktuator 5, der eine Kraftwirkung auf eine mit einem Lenkrad 6 verbundene Lenksäule 7 ausüben kann, einem Gaspedalaktuator 8, der eine Gegenkraft gegen die Betätigungsrichtung 9 eines Gaspedals 10 aufbringen kann, einer Getriebeeinheit 11 und einer Bildschirmeinheit 12.

Die Getriebeeinheit 11 erkennt ein Einlegen des Rückwärtsgangs am Fahrzeug und übermittelt eine entsprechende Information 13 an die Recheneinheit 1, wodurch der Rückfahrtassistent aktiviert wird. Der Ultraschallsensor 3 erkennt daraufhin Objekte 14 im Nahbereich hinter dem Kraftfahrzeug und überträgt sie an die Recheneinheit 1. Die Videokamera 2 übermittelt als Bildinformationen 15 sowohl das Videobild selbst als auch darin erkannte Objekte im mittleren Entfernungsbereich. Und mit dem Radarsensor 4 werden Objekte 16 im Fernbereich erkannt und an die Recheneinheit 1 übermittelt. Aus den Objekten 14, 15 und 16 generiert die Recheneinheit 1 einen virtuellen Fahrschlauch, innerhalb dessen sich das Kraftfahrzeug kollisionsfrei bewegen kann. Dieser Fahrschlauch 17 wird dem Videobild überlagert, auf dem ein Objekt 18 zu sehen ist, und auf der Bildschirmeinheit 12 angezeigt. Wie am Verlauf des Fahrschlauchs 17 zu erkennen ist, muss der Fahrzeugführer das Lenkrad als nächstes nach links einschlagen, um das Objekt 18 zu umfahren. Entsprechend steuert die Recheneinheit 1 den Lenkaktuator 5 so an, dass in Lenkrichtung 19 eine kleine Führungskraft aufgebaut wird, während in Lenkrichtung 20 eine gegenüber der Führungskraft größere Gegenkraft wirkt. Sollte der Fahrzeugführer diesen haptischen Hinweisen nicht folgen und weiter geradeaus fahren, so erkennt die Recheneinheit 1 ein drohendes Verlassen des Fahrschlauchs 17 in Richtung des Objektes 18 und veranlasst den Gaspedalaktuator 8, eine Kraft entgegen der Richtung 9 am Gaspedal 10 aufzubauen.


Anspruch[de]
  1. System in einem Fahrzeug zur Unterstützung eines Fahrzeugführers bei Rückwärtsfahrt mit mindestens einer Sensoreinheit (2, 3, 4), die Objekte innerhalb der rückwärtigen Umgebung des Fahrzeugs erkennt, mit einer mit der Sensoreinheit (2, 3, 4) verbundenen Recheneinheit (1) zur Verarbeitung der erkannten Objekte (14, 15, 16) und mit einer mit der Recheneinheit (1) verbundenen Aktuatoreinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (1) einen virtuellen Fahrschlauch (17) erzeugt, innerhalb dessen sich das Fahrzeug ohne Kollision mit den erkannten Objekten (14, 15, 16) rückwärts bewegen kann, und dass die Aktuatoreinheit ein von der Recheneinheit (1) angesteuerter Lenkaktuator (5) zur Ausgabe eines haptischen Hinweises ist, der den Fahrzeugführer über die als nächstes einzuschlagende Lenkrichtung (19) für eine Rückwärtsfahrt innerhalb des Fahrschlauchs (17) informiert.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der haptische Hinweis in Form einer Kraftwirkung in Richtung (19) und/oder entgegen (20) der einzuschlagenden Lenkrichtung erfolgt.
  3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwirkung kleiner als die vom Fahrzeugführer aufbringbare Lenkkraft ist.
  4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der haptische Hinweis nur dann erfolgt, wenn eine Änderung des aktuell vom Fahrzeugführer eingeschlagenen Lenkwinkels erforderlich ist, um innerhalb des Fahrschlauchs (17) zu bleiben.
  5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (1) den Fahrschlauch (17) während der Rückwärtsfahrt in konstanten Zeitabständen aktualisiert.
  6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinheit (2, 3, 4) auch Objekte erkennt, die sich in der seitlichen Umgebung des Fahrzeugs befinden.
  7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinheit eine Videokamera (2) ist.
  8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild der von der Videokamera (2) erfassten hinteren und/oder seitlichen Umgebung des Fahrzeugs mit einer grafischen Darstellung des virtuellen Fahrschlauchs (17) überlagert und auf einer Anzeigeeinheit (12) im Fahrzeug ausgegeben wird.
  9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinheit ein Ultraschallsensor (3) ist.
  10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinweis über die als nächstes einzuschlagende Lenkrichtung (19) zusätzlich mittels einer akustischen und/oder einer visuellen Ausgabeeinheit an den Fahrzeugführer ergeht.
  11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (1) ein drohendes Verlassen des Fahrschlauches (17) erkennt und die Ausgabe einer Warnung an den Fahrzeugführer veranlasst.
  12. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warnung an den Fahrzeugführer mittels einer auf das Gaspedal (10) einwirkenden Aktuatoreinheit (8) ausgegeben wird, indem eine Gegenkraft am Gaspedal (10) aufgebaut wird, die einer Betätigung des Gaspedals (10) entgegenwirkt.
  13. System nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warnung an den Fahrzeugführer mittels einer akustischen und/oder visuellen Ausgabeeinheit erfolgt.
  14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System automatisch aktiviert wird, wenn der Rückwärtsgang des Fahrzeugs einlegt ist.
  15. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkradoberfläche berührungssensitiv ausgeführt ist und dass sich das System automatisch abschaltet, wenn der Fahrzeugführer keine Hand am Lenkrad hat.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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