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Dokumentenidentifikation DE102005038180B3 16.11.2006
Titel Verfahren zur Bestimmung der Dauer eines zu gebenden Warnsignals
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Popken, Markus, 85139 Wettstetten, DE;
Erlacher, Markus, 85077 Manching, DE
DE-Anmeldedatum 12.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005038180
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.2006
IPC-Hauptklasse G08G 1/16(2006.01)A, F, I, 20060822, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60W 30/08(2006.01)A, L, I, 20060822, B, H, DE   
Zusammenfassung Verfahren zur Bestimmung der Dauer eines zu gebenden Warnsignals bei einem Spurwechselassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens eine optische Anzeigevorrichtung, eine Steuereinheit und wenigstens einen das rückwärtige und seitliche Umfeld des Kraftfahrzeugs erfassenden Sensor, wobei das Spurwechselassistenzsystem zur Anzeige bei einem Spurwechsel möglicherweise gefährdender Fahrzeuge auf benachbarten Spuren über die optische Anzeigevorrichtung während der von der Steuereinheit aus den Daten des Sensors ermittelten Dauer des zu gebenden Warnsignals ausgebildet ist, wobei die Steuereinheit bei der Berechnung der Dauer neben den Daten des Sensors auch einen Reaktionsrechenwert, der ein Maß für die Reaktionszeit des Fahrers darstellt, und einen Spurwechselrechenwert, der ein Maß für die Zeit, die das Kraftfahrzeug für einen Spurwechsel benötigt, darstellt, berücksichtigt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Dauer eines zu gebenden Warnsignals bei einem Spurwechselassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Spurwechselassistenzsysteme, wie sie beispielsweise aus der DE 103 18 741 A1 bekannt sind, nutzen die Daten wenigstens eines Sensors zur Überwachung des seitlichen und rückwärtigen Umfelds des Fahrzeugs, um für das jeweils nächstgelegene, dort befindliche Fahrzeug einen Gefährdungsgrad zu bestimmen. Überschreitet dieser eine gewisse Schwelle, wird ein optisches Signal ausgelöst, meist eine LED an einem der Außenspiegel. Strebt der Fahrer einen Spurwechselvorgang an und blickt daher in den Außenspiegel, fällt sein Blick zwangsläufig auch auf die warnende optische Anzeigevorrichtung.

Üblicherweise wird eine solche optische Anzeige bei Überschreiten einer gewissen Gefährdungsgradschwelle, die von Geschwindigkeit und Position des auf dieser Spur nächstgelegenen Fahrzeugs abhängt, eingeschaltet und schaltet sich wieder aus, wenn das überholende Fahrzeug das eigene Fahrzeug vollständig passiert hat. Das bedeutet, dass die optische Anzeige selbst dann noch ihr Warnsignal aussendet, wenn das Fahrzeug fast vorbeigefahren ist und der Fahrer es durchaus als möglich ansieht, jetzt schon einen Spurwechselvorgang einzuleiten. Er wird jedoch davon abgehalten, da sich ein weiteres Fahrzeug im toten Winkel befinden könnte, worauf die Anzeige auch hinweisen könnte. Das System kann daher inkompetent wirken, da ein Warnsignal angezeigt wird, obwohl ein Spurwechsel möglich ist.

Aus JP 2004-341812 A ist ein Spurwechselassistenzsystem bekannt, bei dem die tatsächliche Reaktionszeit eines Fahrers und die Zeit, die der Fahrer für einen Spurwechsel benötigt, zunächst gemessen werden und für nachfolgende Warnungen zur Ermittlung des Startzeitpunkts der Warnung vor einem Spurwechsel verwendet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Dauer eines zu gebenden Warnsignals bei einem Spurwechselassistenzsystem anzugeben, das eine das Fahrerverständnis besser widerspiegelnde Anzeigedauer ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuereinheit neben den Daten des Sensors auch einen Reaktionsrechenwert, der ein Maß für die Reaktionszeit des Fahrers darstellt, und einen Spurwechselrechenwert, der ein Maß für die Zeit, die das Kraftfahrzeug für einen Spurwechsel benötigt, darstellt, zur Ermittlung des Endzeitpunkts des gegebenen Warnsignals berücksichtigt.

Wie schon anschaulich klar ist, ist es nicht möglich, mit dem Kraftfahrzeug die Spur sozusagen in „Nullzeit" zu wechseln. Dafür ist zum einen die Reaktionszeit des Fahrers verantwortlich, zum anderen benötigt das Kraftfahrzeug für den Spurwechsel eine gewisse Zeit. Erfindungsgemäß werden diese beiden Zeiten in Form von vorgegebenen oder geeignet bestimmten Rechenwerten bei der Bestimmung der Dauer des Warnsignals mit herangezogen. Dies führt dazu, dass die Warnsignaldauer an ihrem Ende um einen gewissen Zeitraum verkürzt wird, in dem das überholende Fahrzeug während der Reaktionszeit des Fahrers bzw. dem Beginn des Spurwechsels den Gefährdungsbereich schon längst verlässt. Damit wird der Vorteil erreicht, dass das System seine Warnsignaldauer für den Fahrer intuitiv verständlicher gestaltet und dadurch kompetenter wirkt. Weiterhin wird die Einschränkung durch das Spurwechselassistenzsystem reduziert, indem vorteilhafterweise nur noch der tatsächlich gefährdende Zeitraum zu einem Aufleuchten der optischen Anzeigevorrichtung führt.

Zweckmäßigerweise kann die Steuereinheit die Summe von Reaktionsrechenwert und Spurwechselrechenwert vom Ende der aus den Daten des Sensors ermittelten Dauer abziehen. Dabei werden, um einen größtmöglichen Grad an Sicherheit zu erreichen, Minimalzeiten angesetzt. Ein normal schnell reagierender Mensch hat eine Reaktionszeit von etwa 400 ms. Menschen, die extrem schnell reagieren, zeigen eine Reaktionszeit von etwa 200 ms. Aus Versuchen und Messungen ist weiterhin bekannt, dass die typische Spurwechselzeit im Bereich von 1 s liegt. Der Bereich läuft von etwa 0,5 s bis zu 1,5 s. Dabei hängt diese Spurwechselzeit im Allgemeinen nicht von der Geschwindigkeit ab, da die Bewegung senkrecht zur Fahrtrichtung unabhängig von der Bewegung in Fahrtrichtung ist. Üblicherweise würden in diese Ausführungsform also etwa 0,7 s vom Ende der Warnanzeigedauer abgezogen. Mit der Spurwechselzeit ist dabei die Zeit gemeint, die das Fahrzeug benötigt, um zumindest teilweise in die Nachbarspur einzudringen.

Dabei kann der Spurwechselrechenwert aufgrund in der Steuereinheit gespeicherter Werte bestimmt werden. Vorteilhafterweise sind dabei für den entsprechenden Fahrzeugtyp charakteristische Werte vorgesehen.

Vorzugsweise können zu bestimmten Zeitpunkten die Zeitdauern eines tatsächlichen Spurwechsels gemessen werden und diese Zeitdauern der Bestimmung des Spurwechselrechenwerts zugrunde gelegt werden. Zu dieser Messung kann mit besonderem Vorteil ein Fahrerassistenzsystem zur Benachrichtigung des Fahrers beim Verlassen der Fahrspur, umfassend vorzugsweise eine Kamera und eine Bildverarbeitungseinheit, genutzt werden. Grundsätzlich ist jedoch auch die Vermessung aufgrund anderer, im Kraftfahrzeug vorhandener Erfassungsmittel denkbar. Mit besonderem Vorteil gehen in diese Ausführungsform nicht nur die Eigenschaften des Fahrzeugtyps ein, sondern auch das Fahrverhalten des Fahrzeugführers. Zu bestimmten Zeitpunkten wird dabei eine Messung der Spurwechselzeit durchgeführt. Damit ist eine Art „Online-Kalibrierung" gegeben, wobei die gemessenen Werte gegebenenfalls auch nach Geschwindigkeiten aufgeschlüsselt werden können.

In weiterer Fortbildung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit bei der Berechnung der Dauer des Warnsignals neben den Daten eines ersten, auf der benachbarten Fahrspur im Rück- und Seitenraum nächsten Fahrzeugs auch die Daten eines oder mehrerer weiterer, diesem folgender Fahrzeuge auf derselben Spur berücksichtigt, falls solche weiteren Fahrzeuge durch den Sensor ermittelt werden. In herkömmlichen Spurwechselassistenzsystemen werden die Daten der Sensoren verarbeitet und in Objekte zerlegt. Für das auf der betreffenden Spur nächstgelegene Objekt wird dann eine Gefährdungsgradschwelle berechnet. Dies kann man sich als eine Art unsichtbare Linie vorstellen, die das nächstgelegene Objekt überschreiten muss, damit ein Warnsignal erzeugt wird. Fahren nun mehrere Fahrzeuge hintereinander auf der benachbarten Fahrspur, kann es vorkommen, dass die Warnanzeige aufgrund des nächsten Fahrzeugs erlischt, obwohl sich das folgende Fahrzeug, das nun getrennt betrachtet wird, schon kurz vor Überschreiten der Gefährdungsgradschwelle befindet. Die Folge ist, dass bei herkömmlichen Systemen das Warnsignal kurzzeitig erlischt. Der Fahrer wird von diesem Verhalten der optischen Anzeigevorrichtung irritiert. Häufig wird das kurzzeitige Erlöschen als eine Art Flackern oder Unentschlossenheit des Systems interpretiert. Weiterhin ist bei den herkömmlichen Systemen besonders bei einem kurzen Erlöschen des Warnsignals ein Spurwechsel kaum möglich, da der Fahrer nicht rechtzeitig reagieren kann. Dieses Problem wird vorteilhafterweise durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst. Durch die Betrachtung mehrerer nächstgelegener Objekte ist es möglich, ein solches kurzzeitiges Erlöschen, auf das der Fahrer ohnehin nicht reagieren kann, zu verhindern.

Vorzugsweise werden dabei die Daten des ersten Fahrzeugs und eines weiteren, zweiten, dem ersten Fahrzeug auf derselben Spur folgenden Fahrzeugs berücksichtigt. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung kann durch die Steuereinheit der zeitliche Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrzeug ermittelt werden und bei Unterschreitung eines Schwellwertes für den zeitlichen Abstand eine zusammenhängende Dauer des Warnsignals für das erste und das zweite Fahrzeug bestimmt werden. Der Schwellwert legt dabei fest, auf ein wie großes Zeitfenster der Fahrer überhaupt reagieren kann. Es handelt sich dabei um eine Zeitlücke zwischen den beiden nächsten Fahrzeugen, also dem ersten und dem zweiten Fahrzeug, da diese geschwindigkeitsabhängig ist. In dieser Ausgestaltung des Verfahrens ist es auch möglich, dass für ganze Fahrzeugketten das Warnsignal kontinuierlich bestehen bleiben kann. Denn wenn das momentan erste Fahrzeug den Gefährdungsbereich bzw. Bereich der Kritikalität verlassen hat, wird das zweite Fahrzeug zum neuen ersten Fahrzeug, und – falls vorhanden – ein weiteres zweites Fahrzeug tritt hinzu. Dann wird erneut berechnet, ob ein Erlöschen des Warnsignals zwischen diesen beiden Fahrzeugen sinnvoll ist. So wird letztendlich auch eine Kette von beispielsweise zehn hintereinander fahrenden Fahrzeugen als ein einziges, kontinuierliches Warnsignal dargestellt.

Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Spurwechselassistenzsystem, das zur Durchführung des Verfahrens in einer der obigen Ausführungsformen ausgebildet ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit Spurwechselassistenzsystem in einer Draufsicht,

2 eine zweispurige Straße mit drei Verkehrsteilnehmern, und

3 einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Spurwechselassistenzsystem. Dieses umfasst ein Steuergerät 2 zur Verarbeitung der Daten und ist an drei Sensoren 3, 4, 5 angeschlossen, die auf elektronischem Weg ein „Bild" des Fahrzeugsumfelds hinter und neben dem Fahrzeug aufnehmen. Dadurch können Fahrzeuge erfasst werden, die sich von hinten nähern, sowie Fahrzeuge, die sich im so genannten toten Winkel aufhalten. In das Steuergerät 2 ist ein Algorithmus implementiert, der das erfindungsgemäße Verfahren einsetzt. Zusätzlich umfasst das Kraftfahrzeug 1 einen linken und einen rechten Außenspiegel 6 bzw. 7, die jeweils mit einer optischen Anzeigevorrichtung 8bzw. 9 versehen sind. Dabei können beispielsweise Leuchtdioden verwendet werden.

2 zeigt eine zweispurige Straße 10. Auf der rechten Spur der Straße fährt das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 1. Zwei weitere Verkehrsteilnehmer 11 und 12 nähern sich mit höherer Geschwindigkeit auf der linken Spur und schicken sich an, das Kraftfahrzeug 1 zu überholen.

Anhand von 3 wird nun beschrieben, wie das erfindungsgemäße Verfahren in einer Situation gemäß 2 arbeitet. Obwohl hier ein sequentieller Ablauf des Verfahrens beschrieben ist, ist es doch klar, dass mit leichten Modifikationen erreicht werden kann, dass die Steuereinheit in Echtzeit auf beispielsweise einen Bremsvorgang eines der Fahrzeuge 11 und 12 reagieren kann und die ermittelten Warnsignaldauern entsprechend anpassen kann.

Im Schritt 13 wird zunächst die Kritikalitätsschwelle t1 berechnet. Diese entspricht dem Zeitpunkt, ab dem das Fahrzeug 11 im Falle eines Spurwechsels des Kraftfahrzeugs 1 eine Gefahr für dieses darstellt. t1 ist also der Zeitpunkt, zu dem in diesem Fall ein optisches Warnsignal angezeigt wird, indem die Leuchtdioden der optischen Anzeigevorrichtungen 8 und 9 eingeschaltet werden.

Danach wird im Schritt 14 der Vorbeifahrzeitpunkt t2 berechnet. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug 11 das Kraftfahrzeug 1 auf der linken Spur passiert haben wird.

Aus diesem Zeitpunkt wird ein Ende der Kritikalität t3 berechnet, indem vom Vorbeifahrzeitpunkt t2 ein Reaktionsrechenwert tR und ein Spurwechselrechenwert ts abgezogen werden. Beide Werte sind im Speicher der Steuereinheit abgelegt. Dabei ist es möglich, dass der Spurwechselrechenwert ts regelmäßig aus den Daten eines zusätzlich vorgesehenen „Lane Departure Warning" Systems neu bestimmt wird, wie dies bei 16 angedeutet ist. Im nächsten Schritt 17 des Verfahrens wird nun die Gefährdungsgradschwelle t1' des zweiten Fahrzeugs 12 berechnet. Danach findet in Schritt 18 ein Vergleich der Differenz aus t1' und t3 mit einem im Speicher der Steuereinheit 2 abgelegten Zeitlückenschwellwert &Dgr;t statt. Ist der Zeitlückenschwellwert kleiner als die Differenz, so wird nach Schritt 19 festgelegt, dass das Warnsignal bei t3 erlischt. Die Lücke zwischen den Fahrzeugen 11 und 12 wird vom System als groß genug angesehen, dass ein sicherer Spurwechsel vorgenommen werden kann und der Fahrer nicht durch ein kurzzeitiges Erlöschen der LEDs der optischen Anzeigevorrichtungen 6 bzw. 7 irritiert wird. Ist der Zeitlückenschwellwert &Dgr;t jedoch größer als die Differenz t1'–t3, so wird durch die Steuereinheit 2 festgelegt, vgl. Schritt 20, dass das Warnsignal kontinuierlich leuchtet. Das heißt, das Warnsignal leuchtet auch während einer möglicherweise auftretenden Zeitlücke zwischen t3 und t1'.

Natürlich sind auch andere Ausführungsformen denkbar. So kann bei einem längeren LKW vorgesehen sein, dass immer die drei nächsten Fahrzeuge untersucht werden, da sich zwei Fahrzeuge neben dem LKW befinden können.


Anspruch[de]
Verfahren zur Bestimmung der Dauer eines zu gebenden Warnsignals bei einem Spurwechselassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens eine optische Anzeigevorrichtung, eine Steuereinheit und wenigstens einen das rückwärtige und seitliche Umfeld des Kraftfahrzeugs erfassenden Sensor, wobei das Spurwechselassistenzsystem zur Anzeige bei einem Spurwechsel möglicherweise gefährdender Fahrzeuge auf benachbarten Spuren über die optische Anzeigevorrichtung während der von der Steuereinheit aus den Daten des Sensors ermittelten Dauer des zu gebenden Warnsignals ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit neben den Daten des Sensors auch einen Reaktionsrechenwert, der ein Maß für die Reaktionszeit des Fahrers darstellt, und einen Spurwechselrechenwert, der ein Maß für die Zeit, die das Kraftfahrzeug für einen Spurwechsel benötigt, darstellt, zur Ermittlung des Endzeitpunkts des gegebenen Warnsignals berücksichtigt. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Summe von Reaktionsrechenwert und Spurwechselrechenwert vom Ende der aus den Daten des Sensors ermittelten Dauer abzieht. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spurwechselrechenwert aufgrund in der Steuereinheit gespeicherter Werte bestimmt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu bestimmten Zeitpunkten die Zeitdauern eines tatsächlichen Spurwechsels gemessen werden und diese Zeitdauern der Bestimmung des Spurwechselrechenwerts zugrunde gelegt werden. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächlichen Spurwechsel durch ein Fahrerassistenzsystem zur Benachrichtigung des Fahrers beim Verlassen der Fahrspur, umfassend vorzugsweise eine Kamera und eine Bildverarbeitungseinheit, gemessen werden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit bei der Berechnung der Dauer des Warnsignals neben den Daten eines ersten, auf der benachbarten Fahrspur im Rück- und Seitenraum nächsten Fahrzeugs auch die Daten eines oder mehrerer weiterer, diesem folgender Fahrzeuge auf der selben Spur berücksichtigt, falls solche weiteren Fahrzeuge durch den Sensor ermittelt werden. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten des ersten Fahrzeugs und eines weiteren, zweiten, dem ersten Fahrzeug auf der selben Spur folgenden Fahrzeugs berücksichtigt werden. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinheit der zeitliche Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrzeug ermittelt wird und bei Unterschreitung eines Schwellwertes für den zeitlichen Abstand eine zusammenhängende Dauer des Warnsignals für das erste und das zweite Fahrzeug bestimmt wird. Kraftfahrzeug, umfassend ein Spurwechselassistenzsystem, das zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 ausgebildet ist.






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