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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines
Warnsignals in einem Fahrzeug, bei dem der Abstand des Fahrzeugs
von einem Fahrbahnbegrenzungsstreifen überwacht und das Warnsignal
erzeugt wird, wenn die Überwachung
ergibt, dass der Abstand einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.
Derartige Verfahren dienen dazu, bei mangelhafter Aufmerksamkeit
des Fahrers, sei es, weil er zeitweilig unkonzentriert ist, oder
aufgrund von Sekundenschlaf, mögliche
Gefahrensituationen vorab zu erkennen und die Aufmerksamkeit des
Fahrers wieder herzustellen, um die Gefahr so abzuwenden. Ein derartiges
Verfahren ist z.B. aus WO 03/094130 A1 bekannt.
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In
dieser Schrift ist eine Vorrichtung mit einem Bildsensorsystem,
einem Mikrocomputer und wenigstens einer Warneinrichtung beschrieben,
bei der der Mikrocomputer einen prognostizierten Kurs des Fahrzeugs
mit einem über
das Bildsensorsystem erfassten Verlauf eines Fahrbahnbegrenzungsstreifens
vergleicht und die Warneinrichtung ansteuert, wenn der prognostizierte
Kurs innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne die Fahrbahnbegrenzung kreuzt.
Die Warneinrichtung kann ein optisches und/oder ein akustisches
Warnsignal erzeugen, wobei die Lautstärke eines akustischen Warnsignals
in Abhän gigkeit
von einem von der Vorrichtung geschätzten Aufmerksamkeitszustand
des Fahrers variabel sein kann.
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Aus
JP 09-307 982 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Spurverlasswarnung
in Form eines optischen Warnsignals bekannt, bei der die Farbe des
Warnsignals in Abhängigkeit
vom Ausmaß einer Spurabweichung
des Fahrzeugs variabel ist.
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Um
wirksam zu sein, muss ein Spurverlass-Warnsignal so beschaffen sein,
dass es die Aufmerksamkeit des Fahrers unweigerlich auf sich zieht. Dies
führt dazu,
dass das Warnsignal, wenn es zu einem Zeitpunkt erzeugt wird, an
dem der Fahrer aufmerksam ist und eine Annäherung des Fahrzeugs an einen
Rand der Fahrspur bewusst herbeiführt, als lästig empfunden wird. Da die
Zahl der Annäherungen
an den Fahrspurrand, die vom Fahrer bewusst herbei geführt werden,
im Allgemeinen wesentlichen größer sein
wird als die der Annäherungen,
die auf mangelnde Aufmerksamkeit des Fahrers zurückgehen, ist die Gefahr sehr
groß,
dass ein solches Warnsignal vom Fahrer lediglich als lästig wahrgenommen wird
und ausgeschaltet wird, so dass es dann, wenn es wirklich nötig wäre, seine
Funktion nicht ausüben kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist, ein Verfahren zur Erzeugung eines Warnsignals
bei möglichem
Spurverlass anzugeben, bei dem die Belästigung des Fahrers durch das
Warnsignal im Falle einer unnötigen
Warnung gering ist.
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Die
Aufgabe wird zum einen dadurch gelöst, dass die zum Überqueren
des Fahrbahnbegrenzungsstreifens erforderliche Zeit abgeschätzt und eine
erste Eigenschaft des Warnsignals, die sinnvollerweise mit dem Grad
an Aufmerksamkeit des Fahrers, die das Warnsignal auf sich zieht,
zusammenhängen
sollte, anhand der abgeschätzten
Zeit festgelegt wird. Dabei wird von der Grundannahme ausgegangen,
dass bei einer vom Fahrer beabsichtigten Annäherung an den Fahrbahnrand
der Winkel, unter dem der Kurs des Fahrzeugs den Fahrbahnrand schneidet,
größer sein
wird als der entsprechende Schnittwinkel, wenn der Fahrer lediglich
aufgrund mangelnder Aufmerksamkeit das Fahrzeug nicht exakt auf
Kurs hält.
So wird zwar in beiden Fällen
ein Warnsignal erzeugt, doch ist dieses im ersteren Fall nicht erforderlich.
Durch die kurze Dauer des Warnsignals wird jedoch die Aufmerksamkeit
des Fahrers nur kurzfristig beansprucht, so dass die empfundene Belästigung
durch die Fehlwarnung gering gehalten wird.
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Alternativ
oder in Kombination besteht auch die Möglichkeit, die Erzeugung des
Warnsignals vollständig
zu unterdrücken,
wenn die als zum Überqueren
des Fahrbahnbegrenzungsstreifens erforderlich abgeschätzte Zeit
unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt. Dieses Verfahren gibt
dem Fahrer die Möglichkeit,
an Autobahnab- und -auffahrten die Erzeugung eines Warnsignals durch
eine angepasste Fahrweise gezielt zu unterdrücken, indem ein Spurwechsel
auf einem Wegstück
vollzogen wird, das kurz genug ist, damit die zum Überqueren
des Fahrbahnbegrenzungsstreifens erforderliche Zeit unter dem Grenzwert
bleibt.
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In
beiden Fällen
ist die Frage, mit welchem Wert der ersten Eigenschaft das Warnsignal
erzeugt wird, oder ob es überhaupt
erzeugt wird, nicht ausschließlich
vom Schnittwinkel zwischen dem Kurs des Fahrzeugs und dem Fahrbahnbegrenzungsstreifen
abhängig,
sondern auch von dessen Breite. D.h., beim Überfahren eines Randstreifens,
der im Allgemeinen breiter ist als ein Streifen zwischen verschiedenen
Fahrspuren einer Straße,
ist der Grad an Aufmerksamkeit, den das Warnsignal auf sich zieht,
oder die Wahrscheinlichkeit, dass das Warnsignal erzeugt wird, höher als
bei einer Annäherung
an einen Begrenzungsstreifen zwischen zwei Spuren.
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Eine
weitere Möglichkeit,
eine Belästigung des
Fahrers durch das Warnsignal zu reduzieren, die mit den beiden oben
erläuterten
kombinierbar ist, ist, das Warnsignal nach einer ursprünglich festgelegten Dauer
abzubrechen, wenn eine Steueraktion des Fahrers erfasst wird. Die
Steueraktion kann z.B. eine Bewegung eines Lenkrads, eines Gaspedals,
einer Bremse des Fahrzeugs oder das Betätigen des Blinkers sein. So
kann der Fahrer bei einem beabsichtigten Spurwechsel das Warnsignal
durch eine auf eine Beschleunigung des Spurwechsels hinwirkende Lenkbewegung,
im Falle eines unbeabsichtigten Spurwechsels durch eine Gegenlenkbewegung
zum Verschwinden bringen; beim Auffahren auf eine Autobahn kann
das gleiche Ergebnis erzielt werden, zum Beispiel indem der Fahrer,
nachdem das erfindungsgemäße Verfahren
einen Abstand zum Fahrbahnbegrenzungsstreifen unterhalb des Grenzwerts
erfasst hat, das Gaspedal stärker
tritt, um zu beschleunigen, und beim Abfahren von der Autobahn,
indem er im entsprechenden Fallverstärkt auf das Bremspedal tritt.
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Zweckmäßigerweise
wird die Erzeugung des Warnsignals auch dann vor Ablauf einer ursprünglich festgelegten
Dauer abgebrochen, wenn erfasst wird, dass der Abstand des Fahrzeugs
vom Fahrbahnbegrenzungsstreifen zunimmt, das Fahrzeug sich also wieder
sicher in Richtung Fahrspurmitte hin bewegt. Dies kann auch ohne
eine Lenkbewegung von Seiten des Fahrers geschehen, wenn dieser
eine Kurve durchfährt.
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Denkbar
ist es selbstverständlich
auch, eine bestimmte Mindestwarnzeit vorzugeben. Dies ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn auf Grund einer relativ kurzen Verweildauer
auf der Spurmarkierung mit einer dieser Verweildauer entsprechenden
Warndauer nicht effektiv gewarnt werden könnte. Unter der Annahme, dass
der mittlere Winkel zwischen Fahrzeugfahrtrichtung und Spurmarkierung
bei einem unbeabsichtigten Fahrbahnverlassen um 3.5° liegt wäre bei einer
Fahrzeuggeschwindigkeit von 100km/h und einer Markierungsbreite
von 8cm die Warnzeit im allgemeinen viel zu kurz; hier sollte gewinnbringend
für derartige
Situationen eine länger
andauernde Mindestwarndauer festgelegt werden.
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Andererseits
ist es aber auch denkbar zur Reduzierung von Fehlwarnungen, in vorteilhafter Weise
vor einer Warnung den Winkel zwischen Fahrzeugfahrtrichtung und
Spurmarkierung zu ermitteln. Liegt dieser Winkel in etwa im Bereich
zwischen 70°-90°, so kann
davon ausgegangen werden, dass hier ein beabsichtigtes Überfahren
der Spurmarkierung stattfindet, so dass in diesem Fall ein Warnsignal
unterbleiben kann.
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Die
anhand der abgeschätzten
Zeit oder anhand des Wahrscheinlichkeitsmaßes für das ungewollte Spurverlassen
festgelegte Eigenschaft des Warnsignals kann unterschiedlicher Art
sein, z.B. bei einem akustischen Signal dessen Lautstärke oder Frequenz,
bei einem optischen Signal dessen Helligkeit oder Farbe, etc..
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Vorzugsweise
ist die anhand der abgeschätzten
Zeit festgelegte Eigenschaft die Dauer des Warnsignals. Dies erlaubt
es insbesondere, die Zeitspanne, in der das Warnsignal wahrnehmbar
ist, der tatsächlich
zum Überqueren
des Fahrbahnbegrenzungsstreifens benötigten Zeit nachzubilden. In
diesem Fall handelt es sich bei der oben erwähnten ursprünglich festgelegten Dauer des
Warnsignals zweckmäßigerweise
um besagte anhand der abgeschätzten
Zeit festgelegte Dauer, d.h., wenn ein Ereignis wie etwa eine Steueraktion
oder ein Sichentfernen des Fahrzeugs vom Fahrbahnbegrenzungsstreifen erfasst
wird, dann wird die Erzeugung des Warnsignals noch vor Ablauf dieser
ursprünglich
festgelegten Dauer abgebrochen.
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Die
Qualität
des Warnsignals lässt
sich weiter steigern, indem die Warndauer und/oder die Warnintensität auch in
Abhängigkeit
der Art der Fahrspurmarkierung festgelegt wird.
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So
könnte
vor Überfahrt
einer doppelt ausgeführten
Autobahnrandbegrenzung intensiver gewarnt werden, wie vor Überfahrt
einer gestrichelten Mittellinie.
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Um
die Wahrnehmbarkeit des Warnsignals durch den Fahrer zu verbessern
oder auch, um eine Schreckreaktion des Fahrers bei einem abrupt
einsetzenden Warnsignal zu vermeiden, kann vorgesehen werden, dass
während
der Dauer des Warnsignals eine zweite Eigenschaft des Warnsignals
verändert
wird.
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Bei
einem Warnsignal akustischer Art kann diese zweite Eigenschaft zweckmäßigerweise
die Lautstärke
oder die Frequenz sein; bei einem Warnsignal optischer Art kommt
als zweite Eigenschaft die Helligkeit oder Farbe des Warnsignals
oder eine Blinkfrequenz des Warnsignals oder die Größe eines angezeigten
Warnsymbols in Betracht, bei einem Warnsignal haptischer Art die
Frequenz oder Amplitude des Warnsignals.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
mit Bezug auf die beigefügten
Figuren. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das sich auf einer Fahrspur
bewegt, und an dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist;
und
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2 ein
Flussdiagramm einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist
in einer schematischen Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1 zu
sehen, das sich auf einer rechten Fahrspur 2 einer zweispurigen
Fahrbahn bewegt. Die aus der Sicht der Fahrzeugs linke (in der Darstellung
der Figur die untere) Fahrspur kann für Gegenverkehr vorgesehen sein,
es könnte
sich aber auch um eine zweispurige Fahrbahn einer gegenverkehrfreien
Schnellstraße
oder Autobahn handeln. Die Fahrspur 2 ist rechts und links
mit einer Spurbegrenzungsmarkierung versehen, auf der rechten Seite
in Form eines durchgezogenen Randstreifens 3, der den Übergang
zu einem nicht befahrbaren Seitenstreifen oder dergleichen markiert,
und auf der linken Seite ein Mittelstreifen 4, der, wie
hier gezeigt, unterbrochen oder auch durchgezogen sein kann, und
der schmaler als der Randstreifen 3 ist.
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Das
Kraftfahrzeug 1 ist mit wenigstens einer, in dem vorliegenden
Fall zwei Kameras 5 ausgestattet, die jeweils entlang einer
als strichpunktierte Linie dargestellten optischen Achse auf einen
schräg
vor dem Kraftfahrzeug 1 liegenden Bereich der Fahrspur 2 ausgerichtet
sind, um dort die Fahrbahnbegrenzungsstreifen 3 bzw. 4 zu
erfassen. Ein in der Figur nicht dargestellter, da an sich bekannter
Mikroprozessor ist vorgesehen, um die von den Kameras 5 gelieferten
Bilder auszuwerten, in ihnen die Fahrbahnbegrenzungsstreifen 3 bzw. 4 zu
identifizieren und den Abstand des Fahrzeugs zu ihnen abzuschätzen.
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Der
Mikroprozessor liefert ferner ein Warnsignal (hierbei kann es sich
auch um ein logisches Signal für
ein Bus-System handeln), welches von einem Warnsignalgeber umgesetzt
wird, der dazu dient, einem Fahrer des Fahrzeugs ein Warnsignal zu
liefern, wenn der Mikroprozessor durch die Auswertung der von den
Kameras 5 gelieferten Bilder eine Gefahrensituation erkennt.
Ein solcher Warnsignalgeber kann z.B, ausgelegt sein, um ein akustisches
Signal mit von dem Mikroprozessor gesteuerten Eigenschaften wie
etwa Signaldauer, Lautstärke, Frequenz,
etc. zu erzeugen.
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Anstelle
oder ergänzend
zu diesem ersten Signalgenerator kann ein zweiter Warnsignalgenerator
vorgesehen sein, der ein optisches Warnsignal erzeugt. Ein solcher
zweiter Warnsignalgenerator kann z.B. eine Lichtquelle am Armaturenbrett
des Fahrzeugs sein, die mit vom Mikroprozessor gesteuerter Helligkeit,
Farbe oder Blinkfrequenz strahlt, es kann sich auch um einen Bildschirm
oder eine ähnliche
Anzeigevorrichtung mit Matrixstruktur oder um einen Teil der Anzeigefläche einer
solchen Vorrichtung handeln, auf dem als Warnsignal ein Symbol mit
von dem Mikroprozessor gesteuerter Größe angezeigt wird.
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Weiterhin
kommen alternativ oder ergänzend
haptische Signalgeneratoren wie etwa in einem Lenkrad, einem Gurtstraffer
oder einem Fahrersitz des Fahrzeugs eingebaute Schwinger in Betracht, deren
Schwingfrequenz und/oder Amplitude durch den Mikroprozessor steuerbar
ist.
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Alle
diese Signalgeneratoren brauchen, da für sich bekannt, hier nicht
im Detail dargestellt zu werden.
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Ein
von dem Mikroprozessor gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführtes
Arbeitsverfahren sowie Varianten davon werden im Folgenden im Detail
mit Bezug auf das Flussdiagramm der 2 erläutert. Der
in 2 dargestellte Prozess läuft in dem Mikroprozessor kontinuierlich
ab, während
sich das Fahrzeug bewegt.
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In
einem ersten Schritt S1 ermittelt der Mikroprozessor aus von den
Kameras 5 gelieferten aktuellen Bildern Abstandswer te δri, δra zwischen
dem Fahrzeug 1 und der inneren bzw. äußeren Kante des rechten Fahrbahnbegrenzungsstreifens
bzw. Randstreifens 3 und δli, δla zwischen dem Fahrzeug und der
inneren bzw. äußeren Kante
des Mittelstreifens bzw. linken Fahrbahnbegrenzungsstreifens 4.
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In
Schritt S2r wird geprüft,
ob der Abstand Δri einen
Grenzwert δrmin
unterschreitet. Dieser Grenzwert δrmin
kann insbesondere Null sein, d.h. die Prüfung wird nur dann mit ja (j)
beantwortet, wenn δri
negativ ist.
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Wenn
die Überprüfung des
Schritts S2r ergibt, dass der Grenzwert (rmin nicht unterschritten
ist, prüft
der Mikroprozessor in Schritt S2l, ob ein entsprechender Grenzwert
(lmin des Abstandes (li unterschritten ist. Wenn auch dies nicht
der Fall ist, befindet sich das Fahrzeug sicher auf der Fahrspur 2, und
das Verfahren kehrt zum Ausgang zurück.
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Wenn
in Schritt S2r eine Unterschreitung des Grenzwerts (rmin festgestellt
wird, berechnet der Mikroprozessor als nächstes in Schritt S3r mit Hilfe
des aktuellen und wenigstens eines gespeicherten früheren Wertes
von (ri eine Geschwindigkeit d(ri/dt, mit der sich das Fahrzeug
dem Randstreifen
3 nähert. Anhand
dieser Geschwindigkeit und der Breite ((ra-(ri) des Randstreifens
3 wird
in Schritt S4r nach der Formel
eine Zeit T berechnet, die
das Fahrzeug
l bei Fortsetzung des gegenwärtigen Kurses
brauchen wird, um mit einem Reifen der Breite D den Randstreifen
3 zu überqueren.
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In
Schritt S5r wird geprüft,
ob diese Zeit T länger
ist als ein vorgegebener Schwellwert S, um, wenn dies nicht der
Fall ist, zum Ursprung zurückzukehren.
Dieser Schritt dient der vollständigen
Unterdrückung
eines Warnsignals, wenn die Annäherung an
den Randstreifen 3 so schnell ist, dass sie entweder höchstwahrscheinlich
vom Fahrer gewollt ist oder die Überquerung
des Randstreifens auch dann nicht mehr zu vermeiden ist, wenn der
Fahrer nach einer Warnung gegenlenken sollte. D.h., in einer Situation, in
der die Warnung ohnehin nichts mehr bewirken kann, wird sie zweckmäßigerweise
völlig
unterdrückt, um
in dem (mit Abstand häufigeren)
Fall, dass die Warnung nicht erforderlich ist, den Fahrer nicht
unnötig
zu belästigen.
Der Schwellwert S kann eine Konstante sein, vorzugsweise ist er
eine vorgegebene Funktion der Breite δra-δri des Randstreifens 3. Zweckmäßigerweise
kann diese Funktion so definiert sein, dass es einen Wert der Breite
des Randstreifens gibt, oberhalb von dem S verschwindet, so dass, wenn
die gemessene Breite δra-δri des Randstreifens 3 diesen
Wert überschreitet,
die Entscheidung des Schritts S5r in jedem Fall, unabhängig von
T, mit Ja beantwortet wird. Auf diese Weise kann sichergestellt
werden, dass bei Überschreitung
eines breiten Randstreifens, dessen Überschreitung möglicherweise
eine besondere Gefahr darstellt, in jedem Fall eine Warnung erzeugt
wird.
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Wenn
die Überprüfung des
Schritts S5r mit Ja (j) beantwortet worden ist, steht fest, dass
ein Warnsignal erzeugt werden wird. In Schritt S6r wird zunächst eine
Zeitdauer TS für
die Signallänge
festgelegt. Im hier betrachteten einfachsten Fall wird diese Zeitdauer
TS=T gesetzt, d.h. das Signal wird genau während der Zeit erzeugt, die
der Reifen voraussichtlich brauchen wird, um den Randstreifen 3 zu überqueren.
TS könnte
grundsätzlich
aber auch eine beliebige andere anwachsende Funktion von T sein.
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Als
nächstes
wird in Schritt S7r ein Lautstärkeninkrement
so festgelegt, dass bei einer in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführten Erhöhung der
Lautstärke
um das Inkrement die Lautstärke
von einem vorgegebenen Anfangswert, der Null sein kann, bis zu einer
vorgegebenen Endlautstärke
ansteigt. Anschließend
wird in Schritt S8r die Lautstärke um
das festgelegte Inkrement erhöht.
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Schritt
S9r ist eine erneute Berechnung der Geschwindigkeit dΔri/dt des
Fahrzeugs l in Bezug auf den Randstreifen 3 anhand
von seit dem Zeitpunkt des Schritts S1 von den Kameras 5 neu
gewonnenen Bildern. In Schritt S10r wird das Vorzeichen dieser Geschwindigkeit überprüft. Wenn
es positiv ist, so bedeutet dies, dass das Fahrzeug l sich vom
Randstreifen 3 wieder entfernt; in diesem Fall springt
das Verfahren zu Schritt S13, in dem die Erzeugung des Warnsignals
abgebrochen wird, und kehrt zum Ausgang zurück.
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Wenn
in Schritt S10r nicht festgestellt werden kann, dass sich das Fahrzeug
wieder vom Randstreifen zurück
zur Fahrspurmitte bewegt, wird in Schritt S11 geprüft, ob irgendeine
andere Aktion des Fahrers stattgefunden hat, die darauf schließen lässt, dass
er aufmerksam ist, wie etwa das Betätigen von Brems- oder Gaspedal
oder eine Lenkbewegung (bei der es sich in diesem Schritt wohlgemerkt
auch um eine Lenkbewegung in Richtung eines Verlassens der Fahrspur
handeln kann). Wenn eine solche Aktion festgestellt wird, kehrt
das Verfahren ebenfalls über
Schritt S13 zum Ausgang zurück,
andernfalls wird in Schritt S12 geprüft, ob die vorgesehene Dauer TS
des Warnsignals abgelaufen ist. Wenn Nein, kehrt das Verfahren zu
Schritt S8r zurück,
um die darauffolgenden Schritte in der bereits beschriebenen Weise zu
wiederholen. Wenn schließlich
in Schritt S12 festgestellt wird, dass die vorgesehene Dauer TS
des Warnsignals abgelaufen ist, kehrt das Verfahren ebenfalls über Schritt
S13 zum Ausgang zurück.
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Der
Verfahrensablauf in dem Fall, dass in Schritt S2l festgestellt wird,
dass δli((lmin
ist, ist analog zu dem oben beschriebenen Verfahrensablauf für den Fall,
dass (ri((rmin ist; es werden lediglich die Rechnungen mit den Parametern
(li, (la anstelle von (ra, (ri ausgeführt. Einander entsprechende
Schritte sind daher in 2 im einen Fall mit Snr und
im anderen Fall mit Snl, n=2, 3, ..., 10, bezeichnet und brauchen
nicht erneut im Detail beschrieben zu werden.
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Es
sind diverse vereinfachende Abwandlungen des Verfahrens der 2 möglich. So
können beispielsweise
die Schritte S5r, S5l entfallen. Es ist sehr wohl auch denkbar,
T auf die Unter- und/oder Überschreitung
vorgegebener minimaler oder maximaler Zeitdauern hin zu überprüfen und
gegebenenfalls dahingehend zu beschränken. Es kann eine konstante
Lautstärke
für das
Warnsignal vorgegeben werden, wobei in diesem Fall die Schritte
S7r, S8r, S7l, S8l entfallen. Auch die Schritte S10r, S10l können gegebenenfalls
fortgelassen werden, so dass das Verfahren von S9r, S9l direkt zu
S11 übergeht.
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Als
veränderliche
Eigenschaft des Signals kann anstelle der Lautstärke dessen Frequenz bzw. Tonhöhe eingesetzt
werden. Auch eine Modulationsfrequenz von Lautstärke oder Tonhöhe des Signals kommt
als veränderliche
Eigenschaft in Betracht.
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Anstelle
des in der Beschreibung der 2 als Beispiel
angenommenen akustischen Signals kann auch ein Warnsignal von optischer
oder haptischer Art erzeugt werden; auch können Warnsignale unterschiedlicher
Art gleichzeitig, gegebenenfalls unter Anwendung verschiedener Varianten
des in 2 gezeigten Verfahrens, erzeugt werden.
