DE69113881T2

DE69113881T2 - Verfahren und Gerät zur Vermeidung einer Kollision zwischen einem Kraftfahrzeug und Hindernissen.

Info

Publication number: DE69113881T2
Application number: DE69113881T
Authority: DE
Inventors: Ermanno Ansaldi; Fiorentin Stefano Re; Andrea Saroldi
Original assignee: Fiat Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2011-07-05
Also published as: DE69113881D1; JPH05101299A; IT9067499A1; US5343206A; JP3374193B2; EP0464821A1; IT1240974B; EP0464821B1; IT9067499A0

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Mittel zur Vermeidung von Kollisionen zwischen einem Kraftfahrzeug und Hindernissen, die in seinem Weg liegen, von der Art, die in dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.
Ein Verfahren und Mittel dieser Art sind beispielsweise in US-A-4 833 469 beschrieben.
Es ist bekannt, daß ein hoher Prozentsatz von Unfällen durch eine vorweggenommene Reaktion des Fahrers vermieden werden könnte. Infolgedessen wurden bereits seit Jahren verschiedene Kollisionsvermeidungssysteme untersucht und vorgeschlagen, die so ausgelegt sind, daß die Umgebung des Kraftfahrzeugs überwacht und das Vorhandensein von Hindernissen dem Fahrer, insbesondere unter Bedingungen schlechter oder verminderter Sicht, typischerweise als das Ergebnis von Nebel, aber ebenso als das Ergebnis mangelnder Aufmerksamkeit des Fahrers, angegeben wird.
Insbesondere sind verschiedenartige Systeme, entweder passive, wie etwa Fernsehkameras, die jedoch den Nachteil haben, daß sie eine komplexe Berechnung für die Abstandsbestimmung erfordern, und aktive optische, wie etwa Laser- Vorrichtungen, die jedoch atmosphärischer Absorption, insbesondere bei Nebel, unterworfen sind, und vor allem Mikrowellenradar, welches bessere Eigenschaften als die anderen Systeme insofern hat, als es den direkt aufgefundenen Abstand zu Gegenständen praktisch ohne atmosphärische Absorption liefert, für den Nachweis von Hindernissen vorgeschlagen worden.
Die einfachsten bekannten Anordnungen sind solche mit festem Strahl mit geradliniger Beobachtung des Bereichs der Straße vor dem Fahrzeug. Diese Anordnungen haben sich als nur von geringer Zuverlässigkeit erwiesen und unterliegen zahlreichen Fehlern, insbesondere in Kurven, wegen der Unfähigkeit des Systems, Hindernisse, die tatsächlich im Weg des Fahrzeugs liegen, von Gegenständen, die in einer geraden Linie vor dem Fahrzeug, aber nicht in seinem Weg, wie etwa am Straßenrand in einer Kurve wachsende Bäume oder Fahrzeuge, die in entgegengesetzter Richtung fahren (wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist, in der ein in Richtung 2 auf einem Straßenabschnitt 3 fahrendes und ein Feststrahlsystem tragendes Fahrzeug 1 ein auf dem Straßenabschnitt 6 auf der anderen Fahrbahn und in Richtung 7 fahrende Fahrzeug 5 als ein Hindernis ansehen würde) zu unterscheiden.
Zur Überwindung der oben genannten Probleme sehen andere bekannte Anordnungen die Möglichkeit einer Orientierung des Strahls auf der Grundlage des Winkels des Lenkrads vor, und andere sehen auch ein Abtasten von kreisförmigen Sektoren vor dem Fahrzeug auf der Grundlage des Lenkradwinkels vor. Auch diese Anordnungen ergeben jedoch eine hohe Anzahl von falschen Alarmen, wie dies erneut am Beispiel der Fig. 1 deutlich gemacht wird. Bekanntlich werden in der Tat, wenn das Fahrzeug 1 den Straßenbereich, der sich längs einer Umkreislinie erstreckt, die durch die gestrichelte Linie 8 angegeben ist und dem anfänglich mit dem Lenkrad herbeigeführten Manöver entspricht, Gegenstände, die am Straßenrand bei dem mit 9 angegebenen Punkt angeordnet sind oder direkt neben der Straße liegen, als Hindernisse identifiziert, auch wenn tatsächlich kein Hindernis in dem mit der gestrichelten Linie 10 angegebenen wirklichen Weg des Fahrzeugs liegt.
In einem Versuch, diese Nachteile zu beseitigen, wurden spezielle Anordnungen untersucht, wie etwa die Verwendung komplexer Filter beruhend auf der Relativgeschwindigkeit eines Hindernisses in einer solchen Weise, daß der Alarm verzögert und weitere Beobachtung möglich wird, wobei diese nur einen Teil des Problems von Fehlalarmen lösen und keinen ausreichenden Grad an Zuverlässigkeit bieten.
Bekannte Systeme liefern auch verschiedene Anordnungen zur Erregung der Aufmerksamkeit des Fahrers für eine festgestellte Wamsituation unter Verwendung von Anzeigen, welche im allgemeinen die Beleuchtung bestimmter Leuchtbalken unterschiedlicher Farbe und Größe, abhängig vom Niveau des Alarms, begleitet von Signalen eines akustischen Typs vorsehen. Auch diese bekannten Arten von Anzeige haben sich jedoch als unzureichend effektiv und auch insofern als beschränkt erwiesen, als sie keine Information über die Querabmessungen und Querlage des Hindernisses in Bezug auf die Straße und damit über die Aussichten einer Vermeidung des Hindernisses mittels eines geeigneten Lenkmanövers liefern.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren und Mittel zu schaffen, welche die Nachteile bekannter Anordnungen überwinden, Fehlalarme auf ein Minimum reduzieren und eine wirkungsvolle Anzeige der Straßensituation erlauben.
Gemäß dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Vermeidung einer Kollision zwischen Kraftfahrzeugen und Hindernissen, wie es in Patentanspruch 1 definiert ist, geschaffen.
Diese Erfindung bezieht sich auch auf Mittel zur Vermeidung einer Kollision zwischen einem Kraftfahrzeug und Hindernissen, wie sie in Anspruch 22 definiert sind.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird eine bevorzugte Ausführungsform nun anhand eines nicht-einschränkenden Beispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen
Fig. 1 eine Draufsicht eines Straßenabschnitts ist, der von einem Fahrzeug befahren wird,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Mittel ist,
Fig. 3 ein Flußdiagramm des von den Mitteln der Fig. 2 verwendeten Verfahrens ist,
Fig. 4 und 5 zwei Draufsichten von von einem Kraftfahrzeug befahrenen gekrümmten Straßenabschnitten sind,
Fig. 6 eine Radarkarte zeigt, welche mit den Mitteln und dem Verfahren gemäß den Fig. 2 und 3 zur Vermeidung von Kollisionen gewonnen werden kann, und
Fig. 7 eine Darstellung der Straßenumgebung vor einem Fahrzeug, die unter Verwendung der Mittel und des Verfahrens der Fig. 2 und 3 gewonnen ist, zeigt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 sieht zur Vermeidung von so vielen falschen Alarmen wie möglich das Verfahren gemäß der Erfindung für ein Fahrzeug 1 auf einer Straßenstrecke 3 die Rekonstruktion eines Weges 10, dem einerseits das Fahrzeug selst physikalisch folgen kann und der andererseits in der speziellen Situation plausibel ist, vor, d.h., es berücksichtigt die Geometrie der Straße und das durch das Fahrzeug selbst auferlegte Manöver. Zur Rekonstruktion dieses Weges sieht das Verfahren die Erfassung einer Karte der Straßensituation so vor, daß Gegenstände, die an der Seite der Straße angeordnet sind, erfaßt werden, wodurch die Ränder der Straße bestimmt werden können; ebenso werden Hindernisse, die möglicherweise vorhanden sind, und die Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Straße festgestellt, und Daten über die Geschwindigkeit und den Winkel der Schwenkung des Fahrzeugs werden gewonnen. Zur Rekonstruktion des angenommenen Weges beruht dieses Verfahren auf der Annahme, daß ohne Beweis des Gegenteils das Fahrzeug trachten wird, dem Verkehrsfluß zu folgen, d.h., trachten wird, einen Weg parallel zur Straßenlinie beizubehalten. Drei verschiedene Niveaus der Annäherung an den weg sind vorgesehen, um verschiedene mögliche Situationen und die verfügbaren Daten von Zeit zu Zeit zu berücksichtigen.
Mit diesem Ziel wird der Weg unter der Annahme rekonstruiert, daß jede Straße aus einer Folge von Abschnitten besteht, die entweder gerade oder gekrümmt sein können oder eine Kreuzung bzw. Einmündung bilden, und jeder Abschnitt wird unter Verwendung des geometrischen Modells der Cornu- Spirale beschrieben, nach welchem jeder Weg durch drei Parameter entsprechend der Breite, der momentanen Krümmung C&sub0; und ihrer räumlichen Ableitung C&sub1; = dC&sub0;/dl beschrieben wird.
Infolgedessen werden gerade Abschnitte durch die Werte C&sub0; = und C&sub1; = 0, Kurven durch die Werte C&sub0; = 1/R (wobei R der Krümmungsradius der Kurve ist) und C&sub1; = 0 beschrieben, und Einmündungen werden durch einen Wert C&sub1; unterschieden, der nicht 0 ist. Unter diesen Annahmen besteht das unterste Näherungsniveau in einer Bestimmung des Weges auf der Grundlage der Position des Lenkrads, und in diesem Fall ist C&sub0; gleich der über das Lenkrad eingestellten Kurve und C&sub1; ist gleich 0. Ein höheres Näherungsniveau besteht in der Annahme, daß der Weg des Fahrzeugs parallel zur Richtung der Straße beibehalten werden und erfordert daher ein Verständnis der Geometrie der Straße selbst, damit die Krümmung der Straße und die Krümmung ihrer räumlichen Ableitung innerhalb eines bestimmten Abstandes berechnet werden kann. Ein drittes Näherungsniveau wird gewonnen, indem versucht wird, das Manöver zu verstehen, das mit dem Fahrzeug ausgeführt wird, insbesondere wenn aufgefunden wird, daß die Achse des Fahrzeugs in Bezug auf die Richtung der Straße einen Winkel bildet, der nicht null ist, um zu verstehen, ob diese Abweichung eine nicht-signifikante Schwankung darstellt oder die Folge eines speziellen Manövers des Fahrers ist. Das dritte Niveau ist daher darauf angelegt, Fehlalarme durch kleine Schwankungen der Fahrzeugrichtung bei seiner Fahrt zu beseitigen und stattdessen korrekte Angaben im Falle von Manövern vorzusehen, welche nicht der Straßenlinie folgen, wie etwa wenn überholt oder in eine Seitenstraße eingebogen wird.
Die Verwendung unterschiedlicher Näherungsniveaus bei der Rekonstruktion des angenommenen Weges macht es also möglich, die Situation mit größerer Genauigkeit zu beschreiben, womit eine korrektere Vorhersage geliefert wird, wenn die verfügbaren Daten dies erlauben, und dennoch eine Beschreibung der Situation, die für die Feststellung von Hindernissen verwendet werden kann, mit einem niedrigeren Niveau an Wahrscheinlichkeit, gewährleistet wird, wenn es nicht möglich ist, einen effektiven "plausiblen" Weg zu rekonstruieren. Dies bedeutet beispielsweise, daß, wenn es infolge eines Fehlens von Referenzpunkten (wie einer Leitschiene bzw. Leitplanke) nicht möglich ist, die Geometrie der Straße zu rekonstruieren, der Weg mit einem niedrigeren Grad an Annäherung rekonstruiert wird.
Gemäß diesem Verfahren macht die Bestimmung eines angenommenen Weges auf der Grundlage der spezifischen Situation, mit größerer oder geringerer Wahrscheinlichkeit, wie angegeben, es möglich, einen Fahrkorridor zu bestimmen, der als seine Breite die Fahrzeugbreite hat, und die aufgefundene Radarkarte wird daher auf der Grundlage des gewonnenen Fahrkorridors "umgeformt", um zu prüfen, ob irgendwelche Gegenstände in ihm aufgefunden worden sind. Diese Gegenstände stellen wahre Hindernisse dar, anders als mit der Radarkarte aufgefundene andere Gegenstände, die außerhalb des Fahrkorridors liegen und die, wenn das Fahrzeug auf seinem Weg bleibt, nicht in seinem Weg liegen werden. Ein kontinuierliches Aktualisieren der Situation mit Bestimmung der Karte mit einer bestimmten Häufigkeit und entsprechender Rekonstruktion des angenommenen Weges ermöglicht es, Änderungen des Weges des Fahrzeugs selbst zu folgen.
Sobald der Weg rekonstruiert worden ist und die auf ihm liegenden Hindernisse identifiziert worden sind, wird das "Gefährdungsniveau" dieser Hindernisse ausgewertet, wobei der Sicherheitsabstand (der von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der maximalen Verzögerung, die durch Bremsen erreicht werden kann, und der Reaktionszeit des Fahrer/Fahrzeugsystems abhängt) und die Relativgeschwindigkeit der Hindernisse berücksichtigt wird. Eine Vorhersagedarstellung der Straßensituation vor dem Fahrzeug wird dann vorgesehen, welche potentiell gefährliche Hindernisse zeigt, und ein Signal, das auch von akustischem Typ sein kann, wird vorgesehen. Eine Echtzeitanzeige der Situation mit kontinuierlicher Aktualisierung versetzt den Fahrer daher in die Lage, die Straßensituation kontinuierlich im Auge zu behalten und sein Verhalten entsprechend anzupassen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sind die Mittel zur Umsetzung des Verfahrens zur Feststellung von Hindernissen und ihrer Anzeige in der oben beschriebenen Weise insgesamt mit 13 bezeichnet und dazu bestimmt, an einem Kraftfahrzeug angebracht zu werden (mit 100 in Fig. 6 angegeben). Die Mittel 13 enthalten eine Zentraleinheit 15 zur Datenverarbeitung, Rekonstruktion des Weges und graphischen Berechnung der Straßensituation, eine Anzahl von Sensoren zur Feststellung der Parameter, die für die Berechnung und Anzeige benötigt werden, und akustische Vorrichtungen zur Darstellung der Straßensituation und von Signalhinweissituationen.
Im einzelnen enthält die Zentraleinheit 15 eine Eingabe/Ausgabe-Einheit 16, eine mit der Eingabe/Ausgabe-Einheit 16 verbundene Datenverarbeitungseinheit 17, einen mit der Datenverarbeitungseinheit 17 verbundenen Datenspeicher 18, eine mit der Datenverarbeitungseinheit 17 verbundene Graphikberechnungseinheit 19 sowie eine mit der entsprechenden Graphikberechnungseinheit 19 verbundene Graphikdatenspeichereinheit 20. Die Eingabe/Ausgabe-Einheit 16 der Zentraleinheit 15 ist über eine bidirektionale Leitung 21 mit einem mit einer Antenne 23 ausgestatteten Abtastradar 22 verbunden und in der Lage, eine Radarkarte des Teils des Raumes, der vor dem Fahrzeug liegt, zu erzeugen; sie ist auch über eine unidirektionale Leitung 24 mit einem Sensor 25 zur Feststellung des Winkels des Lenkrads 26 des Fahrzeugs, an dem die Mittel 13 angebracht sind, und über eine unidirektionaleleitung 27 mit dem Fahrzeugtachometer 28 und über eine unidirektionale Leitung 29 mit einem Sensor 30, der feststellt, ob die Scheibenwischer in Betrieb sind, verbunden.
In einer Ausführungsform der Mittel 13, die zufriedenstellende Ergebnisse geliefert hat, hat das Radar 22 einen horizontalen Abtastwinkel von ungefähr 40º zentriert auf die Fahrzeugachse und unterteilt in eine Anzahl von Sektoren sowie eine Elevation von 5 - 6º, was sowohl eine gute Ansicht der Szene mit dem Ziel einer Auswertung von erforderlichem Verhalten auch bei Befinden auf einer abschüssigen Strecke oder Fahrbahnunebenheiten liefert als auch das System nicht mit nutzlosen (oder einfach irreführenden) Daten für den Zweck einer Erkennung von Hindernissen belastet, insbesondere Gegenständen, welche sich abseits der Straße oder über ihr (Brücken und aufgehängte Signale) befinden. In bekannter Weise berechnet das Radar 22 auf der Grundlage der Zeit für den Empfang von Rückkehrechos als Folge einer Reflexion der Radarimpulse durch Hindernisse den Abstand der Hindernisse und erzeugt eine Radarkarte, d.h., eine Matrix, innerhalb welcher die Echos auf der Grundlage des aufgefundenen Kartensektors (Abtastwinkels) und Abstandes gespeichert werden. Diese Karte wird zusammen mit dem durch den Sensor 25 festgestellten Lenkradwinkel, der durch den Tachometer 28 gelieferten Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Zustand (naß oder trocken) der Fahrbahnoberfläche (festgestellt im Falle der durch den Sensor 30 veranschaulichten Ausführungsformen) an die Zentraleinheit 15 geliefert, welche die empfangenen Daten verarbeitet, wie später auf der Grundlage der Fig. 3 bis 7 deutlich wird, und eine perspektivische Darstellung der Szene vor dem Fahrzeug für die Zwecke einer Anzeige und Feststellung von Hindernissen erzeugt und auch verschiedene akustische Warnsignale steuert.
Mit dieser Gegenstandsdatenverarbeitungseinheit 17 der Zentraleinheit 15 ist über eine unidirektionale Leitung 31 eine akustische Warnvorrichtung 32 verbunden, und die Graphikberechnungseinheit 19 ist über eine unidirektionale Leitung 33 mit einer Graphikanzeigeeinheit 34, beispielsweise einer Flüssigkristallanzeige, verbunden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Mittel zur Vermeidung von Kollisionen wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, welche die Folge von Schritten zeigt, die mit einer bestimmten Frequenz wiederholt werden, um eine kontinuierliche Aktualisierung des Nachweises und der Anzeige von Hindernissen auf der Grundlage der aktuellen Situation zu schaffen. Zunächst einmal baut das Radar 22 die Radarkarte, wie vorstehend beschrieben, auf und gibt sie über Leitung 21 an die Zentraleinheit 15 weiter (Karteneingabeblock 35). In diesem Stadium filtert die Datenverarbeitungseinheit 17 die erhaltenen Nachweisdaten, insbesondere mittels eines Alpha-Beta-Filters bekannten Typs (siehe beispielsweise: Kalata, The Tracking Index: A generalised parameter for alpha-beta and alpha-beta-gamma target trackers, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Bd. 20, Heft 2, März 1984). Dann gewinnt die Datenverarbeitungseinheit 17 Daten, die sich auf den Lenkrad-Lenkwinkel θ, die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs und den Zustand der Straßenoberfläche, wie über Leitungen 24, 27 und 29 geliefert, beziehen (Block 36). Dann wird der Krümmungsradius RV des Fahrzeugweges in diesem Augenblick anhand des Lenkradwinkels unter Verwendung einer geeigneten Tabelle, die im Datenspeicher 18 gespeichert ist, gelesen und die Krümmung C0V dieses Weges dann (anhand der Gleichung C0V = 1/RV, Block 37) berechnet. Vorzugsweise werden die Fahrzeuggeschwindigkeit V und die zugehörige Krümmung T0V unter Verwendung eines Alpha-Beta- Filters gefiltert, damit die physikalische Kontinuitätsannahme erfüllt ist. Die auf diese Weise gewonnenen Daten, die unter allen Bedingungen gesammelt werden können, weil sie direkt meßbar sind, liefern eine erste Näherung für den angenommenen Weg auf der Grundlage der aktuellen Situation, womit eine Minimalhypothese, die in den meisten Fällen nicht dem tatsächlichen vom Fahrzeug befahrenen Weg entsprechen wird, aber nichtsdestoweniger im allgemeinen eine akzeptable Arbeitshypothese geliefert wird, wenn es nicht möglich ist, die Geometrie der Straße zu rekonstruieren, wie unten noch erläutert wird.
Die Datenverarbeitungseinheit 17 berechnet dann (Block 38) den Sicherheitsabstand unter Verwendung der Gleichung

dds = v * Tr + v²/(2*Amax)

in welcher Tr die Reaktion des Fahrzeug/Fahrersystems darstellt und ein fester Wert, beispielsweise 1 Sekunde, ist, entsprechend einem Mittelwert, der auf der Grundlage von speziellen Untersuchungen bestimmt wird, und Amax die maximale Verzögerung darstellt, die durch scharfes Bremsen erzeugt wird und von der Geschwindigkeit und dem Straßenzustand abhängt. Dieser letztere Parameter Amax (welcher der Maximalverzögerung entspricht und auch durch Regelungen beherrscht wird) wird im allgemeinen aus einer in dem Datenspeicher 18 gespeicherten geeigneten Tabelle auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V und des aufgefundenen Straßenzustands abgelesen.
Die Zentraleinheit versucht dann, die Geometrie der Straße in einem auf das Fahrzeug zentrierten Referenzsystem unter Berechnung ihrer fünf Kennparameter (Block 39) zu rekonstruieren. Bezugnehmend auf Fig. 4 kann tatsächlich hinsichtlich eines Fahrzeugs 100, das auf einem Straßenabschnitt 101 fährt, der den Ursprung eines Systems von kartesischen Achsen x, y darstellt, die Straße durch die Parameter φ, Ls, Ld, C0S und C1S beschrieben werden, wobei φ den "Kurs"-Winkel, d.h. den zwischen der Achse des Fahrzeugs 100 und der Richtung der Straße gebildeten Winkel darstellt, Ls und Ld die Abstände von der linken und rechten Seite der Straße zu der Fahrzeugmitte sind und C0S und C1S die Form der Straße auf der Grundlage des Cornu-Spiralenmodells definie-Radius R&sub5;, d.h. C = 1/Rs, ist) gegeben durch
C = C0S + C1S * 1
wobei l die Länge des in Rede stehenden Straßenabschnitts ist.
Unter der Annahme, daß der Straßenrand durch das Vorhandensein reflektierender Objekte erkannt werden kann, die durch das Radar identifiziert werden können, wie Leitplanken, Leitschienen oder Bäume, und xi, yi die Koordinaten des durch Radarabtastung festgestellten i-ten Punktes sind, findet der von diesem Verfahren verwendete Algorithmus die Werte der Parameter φ, LS, Ld, C0S und C1S auf, welche die Funktion
maximieren, wobei i = 1, ... n, wobei n gleich der mit der Radarabtastung festgestellten Anzahl von Punkten und d der geometrische Abstand zwischen dem Punkt mit den Koordinaten (xi, yi) und dem Straßenrand, identifiziert mittels der obigen fünf Parameter, ist.
Dieses Verfahren sucht in der Praxis nach den Straßenparametern, die am besten an die an den Straßenrändern vorhandenen Reflektoren approximieren.
Auf der Grundlage dieses Verfahrens wird angenommen, daß die Werte der fünf Parameter effektiv den Straßenrand definieren, wenn die Funktion F größer als ein bestimmter minimaler Schwellenwert F&sub0; ist, und infolgedessen besteht der nächste Schritt (Block 40) in einer Verifizierung dieser Bedingung. Im einzelnen wird angenommen, daß, wenn die Funktion F einen kleineren Wert als der bestimmte Schwellenwert F&sub0; hat, die Straße nicht erkannt wird (Fehlen einer ausrei-F&sub0; hat, die Straße nicht erkannt wird (Fehlen einer ausreichenden Anzahl von Gegenständen am Straßenrand), und die Straße wird auf der Grundlage des einfachsten Interpolationsniveaus angenähert, das, wie ausgeführt, aus der Stellung des Lenkrads gewonnen wird. In diesem Fall ist daher (Block 41) C0S = C0V und C&sub1; = 0.
Wenn dies nicht der Fall ist, wird angenommen, daß die aufgefundenen Parameterwerte in der Tat die Geometrie der Straße beschreiben. Diese Parameter können zur Rekonstruktion eines "plausiblen" Weges unter der Annahme führen, daß das Fahrzeug parallel zum Straßenrand bleibt, und daher eine bessere Annäherung an den Weg selbst liefern, obwohl sie nicht die Tatsache berücksichtigen, daß es während der Bewegung allgemeine Schwankungen der Fahrrichtung gibt, oder daß der Fahrer möglicherweise ein spezielles Manöver durchführt. In diesem Fall wird daher ein auf diesen Annahmen beruhend rekonstruierter Weg nicht der wahre Weg sein und kann daher nicht zur Feststellung potentieller Hindernisse verwendet werden.
Gemäß diesem Verfahren wird daher versucht festzustellen, ob ein Manöver, das das Fahrzeug mit der Straße in Ausrichtung bringt, gerade durchgeführt wird, wobei bewertet wird, ob diese Ausrichtung ein größeres oder kleineres Manöver beinhaltet und infolgedessen eine Rekonstrukton des Weges, innerhalb dessen mögliche Hindernisse, die dem Fahrer angezeigt werden müssen, gesucht werden sollte. Tatsächlich erstreckt sich der Sicherheitsbereich, innerhalb dessen potentiell gefährliche Hindernisse gesucht werden müssen, nicht nur in die Tiefe (Sicherheitsabstand), sondern auch in die Breite, wobei letzteres durch die Manövrierbarkeit, d. h., die Möglichkeit "kleinere" Manöver, entsprechend kleinen Anderungen des Winkels des Lenkrads, durchzuführen, bestimmt wird. Änderungen des Lenkradwinkels beeinflussen die Möglichkeit der Berechnung verschiedener Wege innerhalb eines Bandes, das die Manövrierbarkeitszone genannt wird; diese Zone ist breit bei niedrigen Geschwindigkeiten und schmal bei hohen Geschwindigkeiten.
Zum besseren Verständnis dieses Problems wird nun ein spezieller Fall unter Bezugnahme auf Fig. 5 veranschaulicht. Hier fährt ein Fahrzeug 100 auf einem Straßenabschnitt 102, der durch eine gestrichelte Mittelleitlinie 103 in zwei Fahrbahnen 104 und 105 unterteilt ist. Das Fahrzeug 100, das sich auf der Fahrbahn 104 befindet, kann die Leitplanke (in diesem Bereich als dicke Linie 106 festgestellt) als Hindernis befinden, wenn sein Weg nicht geeignet korrigiert wird. Im einzelnen ist die Größe der Gefahrensituation mit der Fahrzeuggeschwindigkeit verknüpft, welches im Falle hoher Geschwindigkeit gezwungen ist, ein scharfes Manöver durchzuführen, um das Hindernis zu vermeiden, während es bei niedriger Geschwindigkeit die Bewegungsrichtung weniger abrupt ändern muß, ohne eine Kollision zu riskieren. Der Weg muß daher unter Unterscheidung zwischen den beiden Möglichkeiten rekonstruiert werden (im ersten Fall wird daher der abgeschätzte Fahrkorridor, innerhalb dessen mögliche Hindernisse gesucht werden müssen, der in der Fig. schraffierte gezeigte Abschnitt 107 sein, während im zweiten Fall die Rekonstruktion des Weges zu dem Weg führen wird, der durch die strichpunktierte Linie 108 angedeutet ist).
Um das vom Fahrzeug durchgeführte Manöver zu verstehen, wird gemäß diesem Verfahren die räumliche Ableitung der Krümmung C1a, die erforderlich ist, um das Fahrzeug in eine Richtung axial zur Straße an einem bestimmten Abstand D, der der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zugeordnet ist, zurückzubringen, in Block 42 berechnet (dieser Abstand wird aus einer geeigneten Tabelle ausgelesen, die im Datenspeicher 18 gespeichert ist). Im einzelnen wird C1a auf folgende Weise gewonnen.
In dem Bezugssystem in Bezug auf das Fahrzeug ändert sich der Winkel der Straßenachse α(1) nach folgender Beziehung:
α (1) = φ + C0S * 1 + C1S * 1²/2
während sich der Winkel der Fahrzeugachse ß(1) nach folgender Beziehung ändert:
ß (1) = C0V * 1 + C1V * 1²/2.
Der "Kurs"-Winkel φ (1) ändert sich nach einer Beziehung, die sich aus der Differenz zwischen dem Winkel der Straßenachse und dem Winkel der Fahrzeugachse ergibt, d.h.:
φ (1) = φ + (C0S - C0V) * 1 + (C1S - C1V) * 1²/2.
Die Berechnung des Ausrichtmanövers führt den "Kurs"- Winkel φ beim Abstand D auf null zurück. Durch Ersetzen von φ (OD) = 0 erhält man:
C1a = C1V = C1S + 2 * (C0S - C0V) /D - 2 * φ/D².
Nachdem man C1a, d.h. das Manöver, das erforderlich ist, um die Achse des Fahrzeugs mit der Achse der Straße bei einem Abstand D in Übereinstimmung zu bringen, gewonnen hat, wird dieser Wert dann mit einem Schwellenwert C1amax (ungefähr bestimmt und ebenfalls im Speicher 18 gespeichert) verglichen (Block 43), der dazu verwendet werden kann zu unterscheiden, ob das Manöver leicht oder scharf durchzuführen ist. Im einzelnen bedeutet dies, daß, wenn gefunden wird, daß C1a < C1amax ist, das erforderliche Manöver vom "leichten" Typ ist, wobei es dann sehr wahrscheinlich ist, daß die Schrägstellung des Fahrzeugs in Bezug auf die Straße auf eine Schwankung zurückgeht, und dann ist C&sub1; = C1a, d.h., die "leichten" Manöver sein, das durchgeführt werden muß (Block 44). Wenn umgekehrt die durch Block 43 errichtete Bedingung nicht erfüllt ist (NEIN-Ausgabe desselben), wird der Wert von C&sub1;, der sich aus dem mit dem Fahrzeug tatsächlich durchzuführenden Manöver ergibt unter Verwendung folgender Gleichung berechnet (Block 45):
wobei C0V(t) die Ableitung der Krümmung des Fahrzeugs, die gerade (mittels Block 37) berechnet worden ist, darstellt, COV (t-1) die gleiche Ableitung, berechnet in der vorhergehenden Iteration, ist, und t das Zeitintervall zwischen dieser und der vorhergehenden Iteration darstellt.
Sobald die Parameter des angenommenen Weges, welche nach Maßgabe der verfügbaren Daten den tatsächlichen Weg des Fahrzeugs in einem größeren oder kleineren Ausmaß annähern können, aufgefunden worden sind, wird die Radarkarte, wie sie über Block 35 erworben worden ist, auf der Grundlage der Form des Fahrkorridors zentriert auf den vorhergesagten Weg, der gerade konstruiert worden ist, wobei der Korridor eine Breite hat, die gleich derjenigen des Fahrzeugs ist, umgeformt und eine Prüfung dahingehend durchgeführt, ob irgendwelche Hindernisse in diesem Korridor vorhanden sind (Block 46). Beispielsweise wenn das Radar 22 eine Radarkarte wie die in Fig. 6 veranschaulichte und mit dem Bezugszeichen 115 angegebene liefert (in diesem speziellen Beispiel ist die Straße, durch 116 angegeben, mit einem Satz von Leitplanken 117 eingefaßt und weist eine Kurve 118 etwas vor dem Fahrzeug 110 in seiner Fahrrichtung auf), folgt der kalkulierte Fahrkorridor 119, dargestellt durch gestrichelte Linien, dem Straßenprofil und fängt jedes weitere Fahrzeug 120, das in der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 100 nach der Kurve der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 100 nach der Kurve 118 fährt, auf, während ein Fahrzeug 121, das auf der entgegengesetzten Fahrbahn fährt, und ein Baum 122, der neben der Straße steht, außerhalb des Korridors 119 liegen und daher nicht als Hindernisse identifiziert werden, wie auch Leitplanken 117, die zur Rekonstruktion der Geometrie der Straße und damit des Fahrkorridors 119 verwendet werden.
Wenn keine Hindernisse innerhalb des Fahrkorridors identifiziert werden, liefert das Verfahren eine Darstellung der Straßensituation, wie sie auf der Grundlage der verfügbaren Daten rekonstruiert wird, wie dies unten noch zu sehen sein wird (und die NEIN-Ausgabe des Blocks 46 führt daher zu Block 53 weiter), während andererseits, wenn Hindernisse identifiziert werden, wie in dem in Fig. 6 dargestellten Fall (JA-Ausgabe des Blocks 46), dieses Verfahren eine Auswertung des "Gefährdungsniveaus" des Hindernisses liefert. Zu diesem Zweck und für jedes aufgefundene Hindernis wird seine y-Koordinate im Referenzsystem in Bezug auf das Fahrzeug (d. h., sein Abstand vom Fahrzeug selbst) im Speicher als dobst(t) in einer geeigneten Matrix gespeichert (Block 47). Dann erfolgt für jedes Hindernis eine Prüfung dahingehend, ob Hindernisse innerhalb des Fahrkorridors in der vorhergehenden Karte identifiziert worden sind (Block 48). Zu diesem Zweck wird eine Suche unter den im Speicher in der vorhergehenden Iteration gespeicherten Hindernisse durchgeführt, um zu sehen, ob eines vorhanden ist, dessen Abstand etwas verschieden von dem Abstand des Hindernisses ist, das in diesem Augenblick betrachtet wird (unter Berücksichtigung gegebenenfalls von anderen Parametern, wie etwa der Breitenabmessung des Hindernisses, was eine zuverlässigere Zuordnung zwischen Identifikationen des gleichen Hindernisses in aufeinanderfolgenden Karten liefert).
Wenn das in Rede stehende Hindernis in der vorhergehenden Karte nicht vorhanden war (NEIN-Ausgabe des Blocks 48), geht das System direkt zur Verarbeitung der Darstellung der Straßensituation weiter (Block 53), anderenfalls (JA-Ausgabe) wird die Relativgeschwindigkeit des Hindernisses unter Verwendung der Formel
Vobst = dobst (t) - dobst (t-1)/t
berechnet (Block 49). Dann erfolgt eine Prüfung (Block 50), um festzustellen, ob der aufgefundene Abstand des Hindernisses größer oder kleiner als der im Block 38 berechnete Sicherheitsabstand dds ist. Wenn er größer ist (JA-Ausgabe des Blocks 50), instruiert die Datenverarbeitungseinheit 17 die Graphikverarbeitungseinheit 19, eine Darstellung des Gegenstands in gelb zu erstellen (Block 51), und prüft dann (Block 52), ob die Relativgeschwindigkeit der Hindernisse Vobst positiv ist oder nicht, um zu bestimmen, ob sich der Gegenstand von den mit den Kollisionsvermeidungsmitteln 13 ausgestatteten Fahrzeug wegbewegt oder sich ihm nähert. Im ersten Fall (Vobst > 0), d.h., wenn sich das Hindernis wegbewegt, wird kein spezieller Alarm erzeugt, und das System geht direkt zum Prozeß der perspektivischen graphischen Darstellung der Straßensituation weiter (Block 53), während, wenn die entsprechende Geschwindigkeit des Hindernisses null oder negativ ist, d. h., wenn das Hindernis den gleichen Abstand zu dem mit den Mitteln 13 versehenen Fahrzeug einhält oder sich ihm nähert (NEIN-Ausgabe des Blocks 52), die akustische Warnvorrichtung aktiviert wird, so daß sie ein akustisches Signal erzeugt, das für einen Voralarmzustand charakteristisch ist (Block 54). Der Graphikverarbeitungsprozeß zur Darstellung der Situation wird dann in Gang gesetzt (Block 53).
Wenn stattdessen die Ausgabe des Blocks 50 negativ ist, d.h., wenn das Hindernis sich innerhalb des Sicherheitsabstandes befindet, instruiert die Datenverarbeitungseinheit 17 die Graphikverarbeitungseinheit 19 dahingehend, den Gegenstand in Rot darzustellen (Block 55), und prüft dann (Block 56), ob die Relativgeschwindigkeit der Hindernisse Vobst positiv ist oder nicht. In dem ersten Fall, die auch in diesem Fall der Situation entspricht, wo sich das Hindernis vom Fahrzeug wegbewegt, wird die akustische Warnung 32 aktiviert, um ein akustisches Signal zu erzeugen, das eine Alarmbedingung angibt (Block 57), während im zweiten Fall (sich näherndes Hindernis) die akustische Warnung 32 aktiviert wird, um ein akustisches Signal zu erzeugen, das eine ernste Alarmbedingung angibt (Block 58).
In beiden Fällen verarbeitet die Graphikverarbeitungseinheit 19 an diesem Punkt die vorher erhaltenen Daten und erzeugt ein perspektivisches Bild der Situation. Im einzelnen wird eine Transformation bewirkt (Block 53), um die radarerzeugte Darstellung beruhend auf Winkel und Abstand (und entsprechend einer Draufsicht des Bereichs vor dem Fahrzeug) in eine perspektivische Ansicht umzuwandeln.
Im einzelnen ist die Transformation, welche die Position (X, Y) der Gegenstände auf der Radarkarte mit derjenigen (Xp, Yp) in der perspektivischen Ansicht verknüpft, durch die Gesetze der Perspektive gegeben und kann, unter Ignorierung von Maßstabfaktoren, durch die folgenden Gleichungen
Xp = X/Y
Yp = 1/Y
ausgedrückt werden.
Den Gegenständen kann dann eine Höhe zugeordnet werden, die zur Erzielung einer Tiefenwirkung mit dem Abstand nach der folgenden Beziehung abnimmt:
h = 1/Y.
Gemäß diesem Verfahren wird der Hintergrund in Form eines rechteckigen Gitters vorgesehen, um einen Eindruck von Tiefe zu schaffen, werden die Ränder der Straße durch kurze Linien angegeben, werden Gegenstände auf der Straße, die nicht innerhalb des Fahrkorridors liegen, gezeigt, und sind Gegenstände, die innerhalb des Fahrkorridors liegen, in der oben beschriebenen Weise gelb oder rot gefärbt.
Die Graphikverarbeitungseinheit 19 steuert daher die Anzeige 34 (Block 59) so, daß diese das erzeugte Bild wiedergibt; eine Darstellung der Radarkarte aus Fig. 6 einer Art, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, wird daher gewonnen. In Fig. 7 ist der rechteckige Rasterhintergrund daher durch 123 angegeben, der Baum 122 ist nicht gezeigt, da er sich abseits der Straße befindet, kurze Linien 124 stellen den Straßenrand 116 dar und fallen im allgemeinen nicht mit Leitplanken 117 aus Fig. 6 zusammen, das Fahrzeug 120, das in Fig. 6 zu sehen ist und innerhalb des Fahrkorridors 119 liegt, wird durch einen rechteckigen Block 125 dargestellt, und der rechteckige Block 126 stellt das Fahrzeug 121 dar, welches in Fig. 6 zu sehen ist und auf der entgegengesetzten Fahrbahn fährt und sich daher außerhalb des Fahrkorridors 119 befindet. Wie oben erläutert, ist der rechteckige Block 125, der ein mögliches Hindernis darstellt, rot oder gelb eingefärbt, abhängig von seinem Abstand von dem Fahrzeug, welches die Kollisionsvermeidungsmittel trägt, während der rechteckige Block 126 nur mit seinen Umrissen ohne spezielle Einfärbung gezeigt wird.
Mit Beendigung dieser Schritte sieht das Verfahren die Gewinnung einer neuen Karte und ihre Verarbeitung in der oben beschriebenen Weise vor, um die Anzeige auf der Grundlage von Änderungen der Straßensituation zu aktualisieren, womit also der Fahrer stets in einem solchen Zustand gehalten wird, daß er so exakt wie möglich abschätzen kann, welches Manöver am wünschenswertesten ist.
Die Vorteile, die mit den oben beschriebenen Mitteln und Verfahren erzielt werden können, sind folgende. Über die Rekonstruktion des geschätzten Weges des Fahrzeugs mit einem Näherungsniveau, welches von den verfügbaren Daten abhängt, ist es möglich, nach Hindernissen innerhalb des Bereichs zu suchen, der wahrscheinlich von dem Fahrzeug im Laufe seiner Fahrt besetzt wird (oder werden könnte), womit es möglich gemacht wird, praktisch alle oder nahezu alle Fehlalarme zu beseitigen, welche bei bekannten Anordnungen auf ein unzureichendes Verständnis der Situation zurückgehen. Die Verminderung der Fehlalarme geht auch auf die Tatsache zurück, daß die eingeführten Annahmen auf physikalischen Eigenschaften der untersuchten Welt beruhen und insbesondere wirken die Gesetze der physikalischen Welt als Zwänge auf zulässige Konfigurationen (beispielsweise werden nur Manöver, die vom Fahrzeug physikalisch durchgeführt werden können, berücksichtigt, wenn sein Weg berechnet wird).
Im einzelnen macht es die Untersuchung des Manövers, das erforderlich ist, um in eine Übereinstimmung mit dem Straßenprofil in den in Block 42 und 43 beschriebenen Schritten zurückzugelangen, möglich, Fehlalarme auch dann zu beseitigen, wenn man sich in einer geraden Linie bewegt, wo kleine Korrekturmanöver durchgeführt werden, wie diejenigen, die normalerweise während des Fahrens durchgeführt werden und die, wenn nur der Winkel des Lenkrades berücksichtigt würde, Fahrzeugwege bewirken könnten, welche den Straßenrand oder benachbarte Fahrbahnen erfassen. Ahnlich kann, wenn man längs des Mittelteils einer Kurve mit konstantem Krümmungsradius fährt, über eine Untersuchung des Manövers die durch den Winkel des Lenkrads gelieferte Grundinformation korrigiert werden, um den Weg des Fahrzeugs im wesentlichen längs des Straßenprofils zu halten. Ebenso könnte, wenn man sich einer Kurve nähert oder eine verläßt, Information aus dem Winkel des Lenkrads allein Anlaß zu Fehlalarmen infolge von Gegenständen an der Seite der Straße aufgrund der Tatsache geben, daß die mit dem Lenkrad eingestellte Kurve keine gültige Vorhersage des Weges ist, während durch das Vorhersehen eines Manövers, welches den Fahrzeugweg entlang der Straßenachse halten würde, es möglich ist, nach Hindernissen in einer realistischeren Weise zu suchen. Wenn jedoch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu hoch ist, bewegt sich der Weg, der bewirken würde, daß das Fahrzeug der Kurve folgt, aus den Grenzen der Manovrierbarkeit und wird als Folge der Diskriminierung, die mit dem Block 43 gemacht werden kann, nicht berücksichtigt. In diesem Fall stellen, wie bereits in ähnlicher Weise unter Bezug auf Fig. 5 erläutert, die Gegenstände entlang der Straße eine tatsächliche Gefahr dar und werden daher als Hindernisse angezeigt (der Fahrer mag wegen des Nebels die Kurve tatsächlich nicht gesehen haben). Ähnlich vermeidet im Falle eines normalen Überholens das Verfahren das Erzeugen von Fehlalarmen als Folge des Vorhandenseins der Leitplanke, während das Manöver gerade durchgeführt wird. Die Rekonstruktion der Straßengeometrie (Schritte 39 und 44) ermöglicht es, eine korrekte Vorhersage zu liefern und damit Fehlalarme zu vermeiden, selbst in der Situation einer Doppelkurve, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, mit zwei Fahrzeugen 1 und 5, die einander zugekehrt sind, ohne daß dies als eine Gefahr dargestellt wird.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, daß, wenn die Gefahr eines Hindernisses ausgewertet wird, der der normalen Definition entsprechende Sicherheitsabstand Berücksichtigung findet, der die Möglichkeit berücksichtigt, daß ein Hindernis ohne Vorwarnung als Folge eines Unfalls anhält, und nicht ein "relativer" Sicherheitsabstand, wie bei manchen Anordnungen vorgeschlagen, der auch den Bremsweg des Fahrzeugs davor in Rechnung stellt und daher eine inkorrekte Auswertung in dem oben erwähnten Fall eines plötzlichen Stops liefern kann.
Die Tatsache, daß die oben beschriebenen Mittel und Verfahren weiteste Anwendung haben, wird ebenfalls betont. Insbesondere hängt ihre Wirksamkeit nicht von der Existenz einer Anzahl mit ihnen ausgestatteter Fahrzeuge oder dem Vorsehen spezieller Strukturen auf der Straße ab. Auch versetzt die Darstellung der Straßensituation in einer im wesentlichen realistischen Weise und nicht mittels Symbolen, die nur "Gefahr"-Situationen infolge des Vorhandenseins von Hindernissen näher oder weiter entfernt vom Fahrzeug angeben können, den Fahrer in die Lage, eine vollständige Bewertung der Situation vorzunehmen, so daß er dann das geeignetste Verhalten auf der Grundlage der Position des Hindernisses im Kontext der Umgebung und insbesondere in Bezug auf die Ränder der Straße und andere mögliche Fahrzeuge wählen kann, um beispielsweise zu bewerten, ob die Situation so geartet ist, daß ein leichtes Manöver ausreicht, um das Fahrzeug auf einen Weg zu setzen, der das Hindernis nicht erfaßt (d.h., vom Hindernis wegzulenken), oder ob entschiedenere Manöver, wie etwa ein schärferes Bremsen und eine rasche Kursänderung, erforderlich sind.
Auch ermöglicht es die Darstellung der Straßensituation in einer normaleren Weise allgemein, kürzere Reaktionszeiten des Fahrers zu erzielen, auch wenn dieser einen geringeren Grad an Aufmerksamkeit hat und Quellen, die die Aufmerksamkeit ablenken, vorhanden sind.
Die Rekonstruktion des Fahrzeugweges auf der Grundlage ansteigender Näherungsordnungen liefert annehmbare Vorhersagen, auch wenn die Ausgangsdaten in sich für eine Rekonstruktion der Straße unzureichend sind, oder wo das vom Fahrzeug gerade durchgeführte Manöver nicht verstanden wird. Wenn sich das Fahrzeug auf einer Autobahn bewegt, macht es die höhere Geschwindigkeit erforderlich, daß Hindernisse angezeigt werden, während sie sich noch in einiger Entfernung befinden. In diesem Fall ist die Umgebung im allgemeinen strukturiert, insofern als das Vorhandensein von Leitplanken ermöglicht, die Straße zu erkennen und daher den Fahrzeugweg für einige Entfernung korrekt zu extrapolieren. Wenn andererseits das Fahrzeug auf einer unstrukturierten Straße fährt, kann Information über den Straßenrand fehlen; in diesem Fall sind die fraglichen Geschwindigkeiten jedoch geringer, weshalb Hindernisse in kürzeren Entfernungen angegeben werden können. In diesem Fall hat sich die Extrapolation auf der Grundlage des Winkels des Lenkrads allein als ausreichend erwiesen.
Auch ist die Art von verwendeter Darstellung, welche eine Interpretation der Situation voraussetzt, so, daß ausschließlich und vollständig die erforderliche Information geliefert wird und signifikante Gegenstände auf der Radarkarte auf der Grundlage ihrer abgeschätzten Gefährdungsniveaus angezeigt werden, besonders nützlich dabei, dem Fahrer zu helfen, eine korrekte Bewertung einer Situation durchzuführen. In dieser Hinsicht ist es vorteilhaft, eine Darstellung, wie unter Bezug auf Fig. 7 beschrieben, zu haben, bei welcher Gegenstände, die sich abseits der Straße befinden und die Szene verwirren und weniger auf einen Blick erfaßbar machen würden, nicht gezeigt werden, bei welcher Gegenstände auf der Straße in einer kompakten Weise veranschaulicht werden, um so Hindernisse, die im Weg des Fahrzeugs liegen, darzustellen, bei welcher die Abmessungen der Hindernisse mit ihrer Nähe zum Fahrzeug (auf der Grundlage der Gesetze der Perspektive) zunehmen, bei welcher eine zunehmende Betonung mit zunehmender Gefahr vorgesehen wird, und bei welcher verschiedene Alarmniveaus, mit unterschiedlichen Farben, für die Hindernisse und akustischen Warnungen, die das Verständnis der Situation durch den Fahrer weiter unterstützen, vorgesehen sind, womit auch ein gewisses Maß an Redundanz geschaffen wird, welches bei der betrachteten Anwendung wünschenswert ist.
Schließlich ist es klar, daß Modifikationen und Abwandlungen bei den hier beschriebenen und gezeigten Kollisionsverhinderungseinrichtungen- und verfahren vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich dieser Erfindung zu verlassen.
Insbesondere ist es, obwohl die Verwendung eines Radargeräts zur Erstellung der Karte der Umgebung vor dem Fahrzeug aus den oben erläuterten Gründen am vorteilhaftesten ist, auch denkbar, daß Sensoren eines anderen Typs, wie etwa beispielsweise Laserstrahlen, für eine solche Anwendung verwendet werden können. Die Feststellung des mit dem Lenkrad eingestellten Krümmungsradiusses kann auf verschiedene Weisen erfolgen, entweder durch direkte Bestimmung des Lenkradwinkels, wie es in der oben beschriebenen Beispielsausführung vorgesehen ist oder mittels eines Beschleunigungsmessers oder anderen Mitteln. Ahnlich kann der Straßenzustand (naß oder trocken) mittels geeigneter Reifenadhäsionssensoren festgestellt werden, oder er kann durch den Fahrer direkt mittels einer geeigneten Taste eingetastet werden. Was die für die perspektivische Darstellung der Straßensituation verwendete Art von Anzeige anbelangt, können verschiedene Anordnungen, beispielsweise ein "Head-up-Display", ähnlich dem im Flugzeug verwendeten, anstelle eines Flüssigkristallbildschirms vorgesehen sein. Auch kann die Art von perspektivischer Anzeige teilweise beispielsweise in Bezug auf die Transformationsbeziehungen, den Außenumriß von Gegenständen, die Darstellung der Straßenränder und die Höhe der Gegenstände modifiziert sein.
Daneben gestattet das erfindungsgemäße Verfahren eine Anzahl von Varianten in Bezug auf die unter Bezug auf Fig. 3 beschriebene Ausführungsform. Insbesondere können alle durch die Sensoren empfangenen Daten unterschiedlichen und/oder weiteren Arten von Filterung und Verarbeitung unterworden werden, um unerwünschte Störungen zu beseitigen. Beispielsweise können die verschiedenen Abstandsmessungen, die auf aufeinanderfolgenden Karten vorgenommen werden, mittels eines Alpha-Beta-Filters gefiltert werden, was zwei Beobachtungen erfordert, um die Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen (wobei das Filter für den Abstand des Hindernisses durch die erste Messung initialisiert wird und die Relativgeschwindigkeit des Hindernisses anhand der zweiten Messung abgeschätzt wird). In diesem Fall ist ein 3 Hz Radar-Scanner für den Zweck der Beschreibung der Straßengeometrie und des Verständnisses des durchgeführten Manövers ausreichend, wenngleich andere höhere Frequenzen ebenfalls verwendet werden können.
Außerdem kann aber, wenngleich bei der beschriebenen Ausführungsform vorgesehen ist, daß der Wert von C&sub1; (die räumliche Ableitung der angenommenen Wegkrümmung) nur auf der Grundlage der Bedingungen bestimmt wird, die in den Blöcken 41, 44 oder 45 spezifiziert sind, nach einer bevorzugten Abwandlung der Wert von C&sub1; so ausgewählt werden, daß das Näherungsniveau, mit welchem die Straßengeometrie rekonstruiert wird, berücksichtigt wird. Im Kern kann der Wert F der Funktion (berechnet in Block 40) dazu verwendet werden, den Wert von C&sub1; in einer solchen Weise zu modifizieren, daß dieser auch von dem Wert von F abhängt.

Claims

1. Verfahren zur Vermeidung einer Kollision zwischen einem Kraftfahrzeug und Hindernissen mit den Verfahrensschritten des Suchens nach Hindernissen (120), die in einem Bereich vor dem Kraftfahrzeug (100) vorhanden sein können, auf der Grundlage eines angenommenen Weges (119) für das Kraftfahrzeug durch Abtasten der Umgebung vor dem Kraftfahrzeug mit einem elektromagnetischen Strahl, Berechnens des Abstandes (dobst) und der Relativgeschwindigkeit (V0bst) der aufgefundenen Hindernisse und Anzeigens der potentiell gefährlichen aufgefundenen Hindernisse mit einer Angabe von deren Gefährlichkeitsgrad, wobei diese Schritte zyklisch wiederholt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Suchens nach möglichen Hindernissen die Schritte des Erzeugens einer Umgebungskarte (115) vor dem Kraftfahrzeug (100), Rekonstruierens der Geometrie der Straße (116) auf der Grundlage der Karte (115), Rekonstruierens des angenommenen Weges (119) des Kraftfahrzeuges auf der Grundlage der Straßengeometrie und Suchens nach möglichen Hindernissen (120) innerhalb des angenommenen Weges enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auch Schritte des Feststellens eines Manövers, das von dem Kraftfahrzeug (100) in Bezug auf die Straße (116) ausgeführt wird, und Änderns des angenommenen Weges (119) des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage des festgestellten Manövers enthält.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtasten der Umgebung mittels Mikrowellenradar durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzeugens eines Planes (115) das Abtasten der Umgebung vor dem Kraftfahrzeug (100) innerhalb eines bestimmten Abtastwinkels, der auf die Längsachse des Fahrzeugs (100) zentriert ist, mit Unterteilung der Umgebung vor dem Fahrzeug in eine Anzahl von Sektoren und das Speichern einer Matrix, welche die aufgefundenen Hindernisse, berechnet auf der Grundlage des entsprechenden Sektors und des aufgefundenen Abstandes, enthält, umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Abtastwinkel ungefähr 40º beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix in einer solchen Weise gefiltert wird, daß durch das Abtasten erzeugte Störungen beseitigt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es Schritte des Messens des Winkels (θ) des Lenkrades des Kraftfahrzeugs (100), Messens der Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs und Bestimmens des Zustandes, naß oder trocken, der Straßenoberfläche enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (RV) und die Krümmung (C0V = 1/RV) des vom Fahrzeug (100) gefahrenen Weges in diesem Moment auf der Grundlage des Lenkradwinkels (θ) berechnet wird und der Sicherheitsabstand (dds) des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage der Formel

dds = v * Tr + v²/(2*Amax)

berechnet wird, wobei Tr ein fester Wert ist und Amax die Maximalverzögerung durch scharfes Bremsen darstellt und im Speicher als Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und des Straßenzustandes gespeichert ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Rekonstruierens der Straßengeometrie das Berechnen der folgenden Parameter beinhaltet: Kurswinkel (φ) des Kraftfahrzeugs (100) und dessen Abstand von den Rändern der Straße (LS, Ld,) und die Krümmung (C0S) und räumliche Ableitung (C1S) der Straßenkrümmung (116).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Werte der Parameter (φ, LS, Ld, C0S, und C1S), welche den Wert F in der Funktion

F =Σi 1/ 1 + α * d2 (φ, LS, Ld, C0S, C1S; Xi, Yi)

maximieren, wobei i = 1.. .n, wobei n gleich der Anzahl der in dem Plan aufgefundenen Hindernisse ist, d der geometrische Abstand zwischen einem Hindernis mit den Koordinaten (Xi, Yi) und dem Rand der Straße, identifiziert aus den oben erwähnten fünf Parametern, ist und α ein Multiplikationskoeffizient eines bestimmten Werts ist, gesucht werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert F der Funktion mit einer Referenzschwelle (F&sub0;) verglichen wird und, wenn er kleiner als diese Schwelle ist, die Krümmung (C&sub1;) des angenommenen Weges (119) auf der Grundlage des Winkels (θ) des Lenkrads bestimmt wird, und, wenn dies nicht der Fall ist, das vom Kraftfahrzeug (100) gerade ausgeführte Manöver bestimmt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Feststellens des gerade durchgeführten Manövers die Berechnung des Manövers beinhaltet, das erforderlich ist, um das Kraftfahrzeug (100) in axiale Ausrichtung auf die Straße (116) in einem bestimmten Abstand (D) zurückzuführen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des notwendigen Manövers die Berechnung des Ausrichtmanövers (C1a) gemäß der Beziehung

C1a = C1V = C1S + 2 * (C0S - C0V) /D - 2 * φ/D²

beinhaltet, wobei C1V die Ableitung der räumlichen Krümmung des Weges (119) des Kraftfahrzeugs (100) darstellt, C1S die Ableitung der räumlichen Krümmung der Straße ist, C0S die räumliche Krümmung der Straße ist, C0V die räumliche Krümmung des Fahrzeugweges ist, φ der Kurswinkel ist und D den bestimmten Abstand darstellt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der berechnete Wert des Ausrichtmanövers (C1a) mit einem Grenzwert (C1amax) verglichen wird, um zu bestimmen, ob das Kraftfahrzeug (100) gerade ein Manöver ausführt, das es auf das Straßenprofil (119) ausrichtet, oder es gerade ein Spezialmanöver ausführt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der Wert des Ausrichtmanövers (C1a) unter dem Grenzwert (C1amax) liegt, die räumliche Ableitung (C&sub1;) der Krümmung des angenommenen Weges (119) auf der Grundlage des Wertes des Ausrichtmanövers (C1a) bestimmt wird, anderenfalls die räumliche Ableitung (C&sub1;) der Krümmung des angenommenen Weges (119) auf der Grundlage des gerade ausgeführten Spezialmanövers auf der Grundlage der Gleichung

berechnet wird, wobei C0V(t) und C0V(t-1) die Krümmung des Fahrzeugweges (100) zu den Zeitpunkten, zu denen der gegenwärtige Plan (115) bzw. der vorhergehende Plan bestimmt wurde, sind, v die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (100) und t die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nachweiszyklen ist.

16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Suchens nach möglichen Gegenständen innerhalb des angenommenen Weges das Suchen nach Hindernissen (120) in einem Fahrkorridor (119) beinhaltet, der eine Breite, die gleich der Breite des Kraftfahrzeugs ist, eine Krümmung gleich C0S und eine Ableitung der Krümmung gleich C&sub1; hat.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der Schritt des Suchens nach Hindernissen (120) ein negatives Ergebnis hat, eine Darstellung der Karte (115) der Straßensituation angezeigt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der Schritt des Suchens nach Hindernissen (120) ein positives Ergebnis hat, die Identifikation eines Hindernisses (120) in der vorhergehenden Karte (115) verifiziert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn kein Hindernis in der vorhergehenden Karte (115) identifiziert wird, eine Darstellung der Karte (115) der Straßensituation angezeigt wird und, wenn dies nicht der Fall ist, die Relativgeschwindigkeit (Vobst) des aufgefundenen Hindernisses berechnet wird, der Abstand (dobst) des Hindernisses mit dem Sicherheitsabstand (dds) verglichen wird, wenn die Relativgeschwindigkeit (Vobst) des Hindernisses negativ und der Abstand zum Hindernis (dds) kleiner als der Sicherheitsabstand ist, eine ernste Alarmbedingung erzeugt wird, wenn die Relativgeschwindigkeit des Hindernisses positiv und der Abstand zum Hindernis kleiner als der Sicherheitsabstand ist, eine Alarmbedingung erzeugt wird, und, wenn die Relativgeschwindigkeit negativ und der Abstand zum Hindernis größer als der Sicherheitsabstand ist, eine Voralarmbedingung erzeugt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die ernste Alarm-, Alarm- und Voralarmbedingung durch unterschiedliche akustische Signale und die Anzeige des Hindernisses in verschiedenen Farben signalisiert werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch die Erzeugung einer perspektivischen Darstellung der Karte (115) der Umgebung vor dem Kraftfahrzeug, welche die Ränder (124) der Straße (116), den angenommenen Weg (119) des Kraftfahrzeugs (100) und Gegenstände (125, 126), die auf der Straße angeordnet sind, mit unterschiedlicher Identifikation nach Gefährlichkeitshöhe zeigt.

22. Vorrichtung zur Vermeidung einer Kollision zwischen einem Kraftfahrzeug und Hindernissen, mit einem elektromagnetischen Abtastsensor (22), welcher einen Bereich vor dem Kraftfahrzeug (100) zur Feststellung des Vorhandenseins von Gegenständen überwacht, Mitteln (47, 49) zum Berechnen des Abstandes (dobst) und der Relativgeschwindigkeit (vobst) des aufgefundenen Gegenstands und Mitteln (32, 34) zum Anzeigen des Vorhandenseins potentiell gefährlicher aufgefundener Gegenstände mit einer Angabe von deren Gefährlichkeitswert, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22) eine Karte (115) der Umgebung vor dem Kraftfahrzeug (100) erzeugt, und daß sie Mittel (39) zum Rekonstruieren der Geometrie der Straße (116) auf der Grundlage der Karte, Mittel (15) zum Rekonstruieren eines angenommenen Weges (119) für das Kraftfahrzeug auf der Grundlage der Straßengeometrie und Mittel (46) zum Suchen nach möglichen Hindernissen innerhalb des angenommenen Weges aufweist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22) ein Mikrowellenradar ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (25) zum Feststellen des Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs (100), Mittel (28) zum Feststellen der Geschwindigkeit (v) des Kraftfahrzeugs und Mittel (30) zum Feststellen des Zustands der Straßenoberfläche aufweist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Feststellen des Lenkwinkels einen Detektor (25) für den Winkel des Lenkrads des Fahrzeugs enthalten und die Mittel (30) zum Feststellen des Zustands der Straßenoberfläche mit der Betätigung der Scheibenwischer des Kraftfahrzeuges (100) verbunden sind.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Anzeigen des Vorhandenseins von Gegenständen einen graphischen Bildschirm (34) für die Wiedergabe perspektivischer Bilder enthalten.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine akustische Warnung (32) enthält.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (43) zum Feststellen eines Manövers, das vom Fahrzeug (100) in Bezug auf die Straße (116) durchgeführt wird, und Mittel (45) zur Änderung des angenommenen Weges (119) des Kraftfahrzeugs (100) auf der Grundlage des aufgefundenen Manövers enthält.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (17) zum Zählen der aufgefundenen Hindernisse, die für einen gegebenen Abstand innerhalb einer Anzahl von Sektoren einer bestimmten Winkelgröße, die die Karte (115) bilden, gewonnen sind, und Mittel (18) zum Speichern einer Matrix, welche die Anzahl der aufgefundenen Hindernisse, berechnet in Bezug auf den entsprechenden Sektor und den aufgefundenen Abstand, aufzeichnet, enthält.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (37) zum Berechnen des Radius (RV) und der Krümmung (C0V = 1/RV) des vom Kraftfahrzeug (100) durchfahrenen Weges (100) in diesem Augenblick auf der Grundlage des Winkels des Lenkrades (0) und Mittel (38) zum Berechnen eines Sicherheitsabstandes (dds) aufweist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (39) zum Bestimmen der Werte der Parameter: Kurswinkel (φ) und seitliche Versetzung (LS, Ld) des Kraftfahrzeugs (100) und die Krümmung (C0S) und räumliche Ableitung (C1S) der Straßenkrümmung (116), welche die Wahrscheinlichkeit der Erkennung der Straße (F) maximieren, Mittel (40) zum Vergleichen der Wahrscheinlichkeit (F) mit einer Referenzschwelle (F&sub0;), Mittel (41) zur Bestimmung der Krümmung (C&sub1;) des angenommenen Weges (119) auf der Grundlage des Winkels (0) des Lenkrades, wenn die Wahrscheinlichkeit (F) kleiner als die Schwelle ist, und Mittel (42) zum Aktivieren der Mittel (43) zum Feststellen des vom Kraftfahrzeug (100) gerade durchgeführten Manövers, wenn die Wahrscheinlichkeit (F) größer als die Schwelle ist, enthält.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (42) zum Berechnen des Manövers zur Ausrichtung des Fahrzeuges (100), Mittel (43) zum Vergleichen des berechneten Wertes des Ausrichtmanövers (C1a) mit einem gespeicherten Grenzwert (C1amax) Mittel (44) zur Bestimmung der räumlichen Ableitung (C&sub1;) der Krümmung des angenommenen Weges (119) auf der Grundlage des Werts für das Ausrichtmanöver (C1a), wenn der Wert des Ausrichtmanövers (C1a) kleiner als der Grenzwert (C1amax) ist, und Mittel (45) zur Bestimmung der räumlichen Ableitung (C&sub1;) der Krümmung des angenommenen Weges (119) auf der Grundlage der räumlichen Ableitung (C&sub1;) der Krümmung, die aus dem Fahrzeugmanöver resultiert, wenn der Wert des Ausrichtmanövers (C1a) größer als der Grenzwert (Ciamax) ist, enthält.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (46) zum Feststellen von Hindernissen (120) innerhalb eines Fahrkorridors (119), der eine Breite, die gleich der Breite des Kraftfahrzeugs (100) ist, und den bestimmten angenommenen Weg hat, Mittel (46) zur Steuerung der Anzeige der Karte (115) der Straßensituation, wenn die Suche nach Hindernissen (120) ein negatives Ergebnis hat, und Mittel (48) zum Verifizieren eines Vorhandenseins des Hindernisses (120) auf der vorhergehenden Karte (115) , wenn der Schritt des Suchens nach Hindernissen (120) ein positives Ergebnis hat, enthält.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (48) zum Steuern der Anzeige des Plans (115) der Straßensituation, wenn die Suche nach dem Hindernis (120) auf der vorhergehenden Karte (115) ein negatives Ergebnis hat, Mittel (49) zum Berechnen der Relativgeschwindigkeit (Vobst) des aufgefundenen Hindernisses, wenn die Suche nach dem Hindernis (120) auf der vorhergehenden Karte (115) ein positives Ergebnis hat, Mittel (50, 56, 52) zum Vergleichen des Abstandes des Hindernisses (dobst) mit dem Sicherheitsabstand (dds) und zum Auswerten des Vorzeichens der Relätivgeschwindigkeit (Vobst) des Hindernisses, Mittel (58) zum Erzeugen einer ernsten Alarmbedingung, wenn die Relativgeschwindigkeit (Vobst) des Hindernisses negativ und der Abstand zum Hindernis (dds) kleiner als der Sicherheitsabstand ist, Mittel (57) zum Erzeugen einer Alarmbedingung, wenn die Relativgeschwindigkeit des Hindernisses positiv und der Abstand zum Hindernis kleiner als der Sicherheitsabstand ist, und Mittel (54) zum Erzeugen einer Voralarmbedingung, wenn die Relativgeschwindigkeit negativ und der Abstand zum Hindernis größer als der Sicherheitsabstand ist, enthält.