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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung
von Fahrzeugen und deren Annäherungswinkel mittels an den
Fahrzeugen vorgesehenen passiven oder aktiven Transpondern, die
durch eine Sende- und Empfangseinrichtung zur Übertragung
von in den Transpondern gespeicherten Informationen anregbar sind.
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Der
Hintergrund der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass moderne
Fahrerassistenzsysteme zunehmend auch zur Unfallprävention
eingesetzt werden, indem sie Objekte im Fahrzeugumfeld erkennen
und mögliche Unfalltrajektorien vorhersagen. Diese Systeme
können jedoch nur sehr schwer erkennen, ob es sich bei
dem erkannten Objekt um ein Fahrzeug oder ein anderes Hindernis
handelt. Auch der Fahrzeugtyp (Lkw, Motorrad, Pkw usw.) ist nur mit
sehr großem sensorischen Aufwand zu ermitteln. Zur Erkennung
sind nämlich sehr ausgereifte Erkennungsalgorithmen notwendig,
die hauptsächlich auf einer Bildauswertung mittels Videodaten
beruhen.
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In
der
DE 693 17 266
T2 wird ein Verfahren zum Überwachen von Straßenverkehr
offenbart, das die Anwesenheit von vorausfahrenden Fahrzeugen und
deren dynamischen Bedingungen erfasst und in einem Prozessor auswertet
sowie Übertragungszeitfenster erfasst und die Nachricht
während des erfassten Zeitfensters an nachfolgende Fahrzeuge überträgt.
Dadurch wird das Fahrzeug als eine bewegende Station betrieben,
um in Echtzeit sowohl die eigenen dynamischen Bedingungen als auch
dieselben der anderen Fahrzeuge vor dem Fahrzeug zu erfassen und
wieder auszusenden. Dieses System ist jedoch sehr aufwendig und
setzt die zeitlich koordinierte Übertragung diverser Informationen
in einer Kette von mehreren Sendern und Empfängers voraus. Durch
das Ermitteln geeigneter Übertragungszeitfenster wird in
Gefahrensituationen viel Zeit verloren, bis die Informationen an
andere Fahrzeuge weitergegeben werden. Ferner müssen alle
Fahrzeuge mit geeigneten und synchronisierten Sendern und Empfängern
ausgestattet sein. Dies erschwert die praktische Umsetzung des Systems
erheblich und birgt die Gefahr, dass viele Fahrzeuge nicht mit dem
geeigneten und teueren System ausgestattet werden.
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Die
DE 44 11 235 C2 beschreibt
ein Informationssystem aus mehreren passiven Transpondern, in denen
jeweils Nachrichten gespeichert sind, und aus mindestens einem in
einem Fahrzeug angebrachten Sende-Empfangsgerät zur Aktivierung
der Transponder und zur Aufnahme der von einem aktivierten Transponder
abgesandten Nachrichten. Das Sende-Empfangsgerät sendet
polarisierte Strahlungsenergie zum Transponder, der dann die erhaltene
Strahlungsenergie zum Ablesen von Daten aus dem Speicher und Erstellen
von modulierten und codierten Nachrichten sowie zum Rücksenden
dieser Nachrichten in Form von horizontal oder vertikal polarisierten
Radiowellen zum Gerät umsetzt, um Störstrahlung
aufgrund diffuser Reflexion an Zäunen, Büschen,
Bauten und dgl., welche auch als (unpolarisierte) Signale empfangen
werden, ausblenden zu können. Damit ein fahrendes Fahrzeug
noch Informationen von dem Transponder erhält, die aufgrund der
Energieausstrahlung reflektiert wurden, wird durch das Sende-Empfangsgerät
ein vorzugsweise keulenförmiges Strahlungsfeld erzeugt.
Mit diesem System ist es jedoch nicht möglich, sich ändernde Größen,
beispielsweise die Anwesenheit anderer Fahrzeuge, mitzuteilen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein kostengünstig und einfach
zu realisierendes System zu schaffen, das die Erkennung von Fahrzeugen
und deren Annäherungswinkel ermöglicht, ohne aufwendige
Auswerte- oder Detektionssysteme in allen Fahrzeugen installieren
zu müssen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
der Ansprüche 1 und 9 gelöst.
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Dazu
ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass an einem Fahrzeug mindestens zwei Transponder mit einem begrenzten
Abstrahlwinkelbereich und unterschiedlicher Abstrahlrichtung angeordnet
sind und dass in den Transpondern zur Identifikation des Fahrzeugs
geeignete Informationen gespeichert sind. Derartige passive Transponder,
beispielsweise RFID-Chips, zeichnen sich dadurch aus, dass sie keine
eigene Stromversorgung benötigen. Sie werden vielmehr durch
eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung aktiviert, die energiereiche
Strahlen, beispielsweise Radarstrahlen, aussendet. Diese Strahlen
werden von den Transpondern empfangen und induzie ren eine ausreichende
Energie, um in dem Transponder gespeicherte Informationen wieder auszusenden.
Es sind erfindungsgemäß jedoch auch aktive Transponder
einsetzbar, die dann jedoch eine dedizierte Stromversorgung benötigen.
Dabei kann durch den Aufbau der passiven oder aktiven Transponder
und insbesondere die in den Transpondern vorgesehene Antennenvorrichtung
eine bestimmte Abstrahlcharakteristik (Abstrahlwinkelbereich) vorgegeben
werden. Durch die Anordnung der Transponder an dem Fahrzeug lässt
sich auch die Abstrahlrichtung beispielsweise relativ zu einer üblichen
Bewegungsrichtung des Fahrzeugs einstellen. Durch diese mindestens
zwei Transponder mit jeweils einem begrenzten Abstrahlwinkel und
einem longitudinalen in Fahrtrichtung und lateralen seitlichen Abstrahlen
ist es möglich, den Winkel zwischen einem eigenen Fahrzeug
und einem durch den Transponder erkannten Fahrzeug zu ermitteln,
wobei in den Transponderdaten gleichzeitig Informationen zur Identifizierung
des Fahrzeugs gespeichert sein können. Somit werden das
Erkennen und Identifizieren von Fahrzeugen im Umgebungsbereich zu
dem eigenen Fahrzeug extrem erleichtert und deren Annäherungsrichtung
mit geringem Hardwareaufwand bestimmt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in dem Transponder
auch zur Übertragung vorgesehene Informationen zu einer Abstrahlrichtung
des Transponders relativ zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs gespeichert.
Diese beinhalten insbesondere eine longitudinale und laterale Abstrahlrichtung
in Bezug auf die mit der longitudinalen Richtung übereinstimmende
Fahrtrichtung des Fahrzeuges. Diese Informationen können
als diskrete Dateninformationen (beispiels weise ein Bit) gespeichert oder
durch unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken (verschiedene Abstrahlfrequenzen
der Transponder) oder sonstige Identifikationsmittel gegeben werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn an einer Fahrzeug- bzw. Karosserieposition jeweils
mindestens zwei Transponder mit einer unterschiedlichen Abstrahlrichtung
angeordnet sind, um bei Detektion eines Transponderpaares an einer
Fahrzeugposition gleichzeitig auch die Richtung des Fahrzeugs relativ zu
der Sende- und Empfangseinrichtung ermitteln zu können.
Gegebenenfalls können an einer Fahrzeug- bzw. Karosserieposition
auch mehr als zwei Transponder mit einem nur begrenzten Abstrahlwinkel
und jeweils verschiedenen Abstrahlrichtungen vorgesehen sein, um
die Winkelauflösung bei der Annäherung des Fahrzeugs
weiter zu verbessern. Ferner können um das Fahrzeug herum
an verschiedenen Fahrzeugpositionen jeweils mehr als zwei Transponder
angeordnet sein, vorzugsweise derart, dass ein mit den Transpondern
ausgestattetes Fahrzeug aus allen Richtungen mittels Sendeeinrichtungen
erkennbar ist. Eine bevorzugte Fahrzeugposition zur Anordnung der
Transponder sind die Fahrzeugecken. Die lateral und longitudinal
abstrahlenden Transponder grenzen in ihren Abstrahlbereichen an
den Rändern vorzugsweise aneinander an. Es kann auch ein
bestimmter Überlappungsbereich der Abstrahlwinkel vorgesehen
sein, in dem dann die Signale beider Transponder empfangbar sind.
Auch hierdurch kann die Winkelauflösung erhöht
werden. Zusätzlich können seitlich beispielsweise
in der Mitte des Fahrzeugs einzelne Transponder angeordnet sein,
die nur seitlich abstrahlen und bei deren Empfang klar ist, dass
ohne unmittelbare Kol lisionsgefahr ein Fahrzeug neben dem eigenen
Fahrzeug herfährt. Derartige Informationen können
beispielsweise bei einem durch ein Blinkersignal angedeuteten Fahrtwechsel auch
verwendet werden, um den Fahrer auf ein neben dem eigenen Fahrzeug
fahrendes Fahrzeug im toten Winkel hinzuweisen.
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In
einer speziellen Ausführungsform der Erfindung können
die Transponder auch an oder in den Rädern der Fahrzeuge
angeordnet sein, vorzugsweise derart, das an jedem Rad je ein Transponder
in Laufrichtung des Reifens, d. h. longitudinal, und ein Transponder
quer zur Laufrichtung des Reifens, d. h. lateral abstrahlt. Natürlich
sind auch hier feinere Einstellungen möglich. Die Transponder
können an der Achse, der Felge oder im Reifen selbst angeordnet werden.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform
können die Transponder auch unmittelbar an den Ecken in
den Stoßfängern der Fahrzeuge integriert sein.
Dies ist konstruktiv einfacher und kostengünstiger, da
bei einem Reifenwechsel nicht darauf geachtet werden muss, dass
die möglicherweise Informationen über ihre eigenen
Positionen an dem Fahrzeug enthaltenen Transponder durch Austausch der
Reifen nicht vertauscht werden.
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Die
zur Fahrzeuginformation in dem Transponder gespeicherten und zur Übertragung
vorgesehenen Informationen können eine Kennung des Fahrzeugtyps,
insbesondere Gewicht, Größe, Bauart und Bezeichnung,
eine eindeutige Kennung des Fahrzeugs zur Aufnahme einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikation
sowie Informationen zu der Fahrzeugposition enthalten, an welcher
der Transponder angeordnet ist.
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Mit
diesen Informationen kann ein Fahrzeug, das mit einer entsprechenden
Sende- und Empfangseinrichtung ausgestattet ist, die in den Fahrzeugen
vorgesehenen Transponder nutzen, um das Umfeld des eigenen Fahrzeugs
genauer und besser zu detektieren, ohne dass aufwendige technische
Mittel hierfür vorgesehen sein müssen. Vorzugsweise
können alle Fahrzeuge, unabhängig davon, ob sie
eine Sende- und Empfangseinrichtung aufweisen, mit den kostengünstig
herstellbaren Transpondern ausgestattet werden, so dass im Laufe
der Zeit nach und nach alle Fahrzeuge die entsprechenden Sende-
und Empfangseinrichtungen nachrüsten können. Es
sind insbesondere Transponder und Sende- und Empfangseinrichtungen
geeignet, die im Radarbereich arbeiten, etwa zwischen 20 GHz und
80 GHz, beispielsweise bei etwa 77 GHz oder 24 GHz. Auf den letztgenannten
Frequenzen arbeiten übliche Radarsysteme, wie sie beispielsweise
zur Abstandserkennung eingesetzt werden. Gegebenenfalls können
erfindungsgemäß aber auch andere Frequenzen verwendet
werden, um Interferenzen mit den anderen radarbasierten Assistenzsystemen
zu vermeiden.
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Um
die gesammelten Informationen optimal auszunutzen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die
Sende- und Empfangseinrichtung mit einem Fahrzeugassistenzsystem
zu verbinden, welches dann auf die gewonnenen Informationen für
die verschiedensten Anwendungen zugreifen kann.
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Neben
weiteren, hier nicht näher beschriebenen Funktionen kann
das Fahrzeugassistenzsystem insbesondere dazu eingerichtet sein,
das nachfolgend beschriebene Verfahren durchzuführen. Dazu weist
das Fahrzeugassistenzsystem vorzugs weise eine Recheneinheit und
geeignete, mit Sensoren und/oder Aktoren verbindbare beziehungsweise
verbundene Schnittstellen auf.
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Das
erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Erkennung
von Fahrzeugen und deren Annäherungswinkel an das eigene
Fahrzeug mittels an den Fahrzeugen vorgesehenen passiven oder aktiven
Transpondern sieht vor, dass die Transponder durch eine an dem eigenen
Fahrzeug angebrachte Sende- und Empfangseinrichtung zur Übertragung von
in den Transpondern gespeicherten Informationen angeregt werden
und deren Informationen dann durch die Sende- und Empfangseinrichtung
empfangen werden. Die von den Transpondern übertragenen
Informationen enthalten erfindungsgemäß Angaben über
den Fahrzeugtyp und die Richtung der Abstrahlung der Transponder
relativ zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs, so dass mittels dieser
Informationen die Richtung der Annäherung des Fahrzeugs
und der Fahrzeugtyp des sich annähernden Fahrzeugs ermittelt
werden können.
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Zur
verbesserten Genauigkeit kann erfindungsgemäß zusätzlich
die Laufzeit der Signale von der Aussendung des Aktivierungssignals
durch die Sende- und Empfangseinrichtung bis zum Empfang einer durch
einen Transponder ausgesendeten Information durch die Sende- und
Empfangseinrichtung berücksichtigt werden. Dies erlaubt
einen Rückschluss über die Entfernung des sich
annähernden Fahrzeugs. Bei Empfang von Transpondersignalen von
verschiedenen Fahrzeugpositionen kann auch der Winkel der Annäherung
genauer bestimmt werden, sofern die Transpondersignale Informationen über
die Anordnung an verschiedenen Fahrzeugpositionen beinhal ten. Dazu
ist es vorteilhaft, wenn die Transponder an einem Fahrzeug derart
angeordnet sind, dass sich ihre Abstrahlbereiche in einer gewissen
Entfernung von dem Fahrzeug überschneiden, so dass ab diesem
Abstand bei Aktivierung insgesamt zwei Transpondersignale empfangbar
sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Verwendung wird vorgeschlagen, dass die ermittelten
Informationen zur Stützung der Prädiktion einer
Eigentrajektorie und einer möglichen Kollisionstrajektorie
herangezogen werden, welche beispielsweise durch ein Fahrerassistenzsystem
im eigenen Fahrzeug ermittelt wurden.
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Ferner
können die ermittelten Informationen zur Vorhersage einer
Unfallschwere und zur Ermittlung geeigneter Abwehrmaßnahmen
in der aktiven und passiven Sicherheit verwendet werden. Wichtig sind
in diesem Zusammenhang insbesondere Angaben über den Fahrzeugtyp
(Bauart, Gewicht und dergleichen), da je nach Art der Kollisionspartner
unterschiedliche Schutzmaßnahmen eingeleitet werden. Sofern
die Informationen über den Fahrzeugtyp bekannt sind, können
daher in Abhängigkeit davon Maßnahmen durch das
Fahrerassistenzsystem eingeleitet werden. Zur Unterscheidung des
Fahrzeugtyps kann der Transponder daher eine genau spezifizierte
Angabe des Fahrzeugtyps enthalten, beispielsweise Pkw, leichte Lkw,
schwere Lkw, Motorrad, Fahrrad, Landmaschinen, angetriebene Rollstühle und
dergleichen.
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Ferner
können die ermittelten Informationen eine Kommunikationsadresse
für eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation mit einem sich annähernden
Fahrzeug aufweisen und verwendet wer den, um mit diesem Fahrzeug
im Falle einer erkannten Gefährdung direkt Kontakt aufzunehmen,
weitere Daten auszutauschen und so eventuell dazu beizutragen, eine
Kollision auf diese Weise zu vermeiden.
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Durch
die vorgeschlagene Erfindung können verschiedene Typen
von Fahrzeugen und deren Annäherungsrichtung mit einem
sehr geringen Hardwareaufwand erkannt werden. Sämtliche
Fahrzeuge, die mit den entsprechenden Transpondern ausgestattet
sind, können dann erkannt werden, wenn ein Fahrzeug mit
der zugehörigen Sende- und Empfangseinrichtung ausgestattet
ist. Natürlich ist die Sende- und Empfangseinrichtung auch
geeignet, ähnliche Transponder zu empfangen, die in Kleidung von
Fußgängern usw. sowie in kritischen Objekten am
Straßenrand, beispielsweise vorragenden Häuserecken
oder dergleichen, integriert sind. Im Vergleich zu der bisher üblichen
Videoerkennung zur Identifikation von Fahrzeugen und Hindernissen
ist das vorgeschlagene Verfahren wesentlich genauer und kostengünstiger.
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Die
zusätzlichen Informationen helfen Fahrerassistenzsystemen
zudem, das Umfeld und die Fahrsituation insgesamt besser zu interpretieren.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination
den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren
Rückbezügen.
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Die
einzige 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 in
der Aufsicht. An den Fahrzeugecken sind jeweils passive oder aktive
Transponder 2 vorgesehen, die Informationen über
den Fahrzeugtyp sowie gegebenenfalls weitere Informationen enthalten.
Diese passiven Transponder können insbesondere RFID-Chips
sein, die durch Radarstrahlen einer externen Sende- und Empfangseinrichtung 3 aktiviert und
mit Energie versorgt werden, um in den Transpondern 2 gespeicherte
Informationen zu übertragen.
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Die
Informationen zu dem Fahrzeugtyp können unter anderem Parameter
wie das Gewicht des Fahrzeugs, die Größe des Fahrzeugs,
die Bauart des Fahrzeugs (Lkw, Pkw, Motorrad), Baujahr, Crash-Beam
Höhe zur Abschätzung der Crashkompatibilität
mit dem eigenen Fahrzeug, Ausführung des Unterfahrschutzes
und dergleichen sowie der Herstellerkennung enthalten. Ferner kann
eine eindeutige Kennung für die Aufnahme einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikation ähnlich
einer Telefonnummer beispielsweise durch GSM, DSRC oder dergleichen
mitgegeben werden. Durch diese Informationen lassen sich Fahrerassistenzsysteme,
die auf Basis der Umfeldsensorik die umgebenen Objekte klassifizieren,
eindeutig verbessern und darauf basierende Eingriffe in die Fahrzeugsicherheitssysteme zuverlässig
durchführen.
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Insbesondere
lassen diese Informationen Aussagen über den drohenden
Unfallverlauf zu und ermöglichen so, gezielt Maßnahmen
in der aktiven und passiven (reversiblen) Sicherheit einzuleiten. Damit
lässt sich auch abschätzen, welche Eingriffe das
drohende Risiko am besten reduzieren: Lenken, Bremsen, beides, Ansteuerungszeitpunkt
und Intensität der Rückhaltemittel, Warnanzeigen,
Signale an den Kollisionspartner über eine Car-2-Car-Kommunikation
oder über Licht- und/oder Akustiksignale.
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Um
zu erkennen, aus welcher Richtung sich das Fahrzeug 1 einer
Sende- und Empfangseinrichtung 3 nähert, weisen
die an dem Fahrzeug 1 vorgesehenen Transponder 2 jeweils
einen begrenzten Abstrahlwinkelbereich 4 auf. Da durch
den Transponder 2 zusätzlich Informationen über
seine Position und Ausrichtung des Abstrahlwinkelbereichs relativ zur
Fahrtrichtung ausgesendet werden, ist es möglich, aufgrund
dieser Informationen und der Position der Sende- und Empfangseinrichtung 3 den
Annäherungswinkel des Fahrzeugs 1 zu einem eigenen Fahrzeug,
in welchem sich die Sende- und Empfangseinrichtung 3 befindet,
zu ermitteln. Dies wird nachfolgend anhand der 1 näher
erläutert.
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Sofern
die Sende- und Empfangseinrichtung 3 an der Stelle A ein
Signal des in Fahrtrichtung zeigenden Transponders 2 empfängt,
ist die Gefahr einer Kollision groß. Im Falle eines Empfangs
durch eine an der Position B angeordneten Sende- und Empfangseinrichtung 3 ist
klar, dass sich das Fahrzeug 1 nicht auf einem unmittelbaren
Kollisionskurs mit der Sende- und Empfangseinrichtung 3 bzw.
dem eigenen Fahrzeug befindet, sofern die Eigentrajektorie nicht
schräg zu der Trajektorie des anderen Fahrzeugs verläuft.
Die Trajektorie der Sende- und Empfangseinrichtungen 3 ist
durch an dieser angreifende Striche dargestellt. Im Falle der Position
C werden die Informationen eines Transponders 2 empfangen, der
seitlich an dem Fahrzeug angeordnet ist, so dass bei der angedeuteten
Trajektorie keine große Gefahr für eine Kollision
besteht. Durch die Anordnung von Transpondern 2 jeweils
in der Mitte der verschiedenen Seiten des Fahrzeugs 1 kann
die Winkelauflösung somit deutlich verbessert werden, zumal Überschneidungen
im Empfangsbereich auftreten können, die eine genauere
Einschätzung des Winkels ermöglichen.
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Somit
ist erkennbar, aus welcher Richtung sich das identifizierte Fahrzeug 1 dem
eigenen Fahrzeug nähert. Diese Richtung wird zur Stützung
der Prädiktion der Eigentrajektorie und der Prädiktion
einer möglichen Kollisionstrajektorie zwischen dem Eigenfahrzeug
und der über eine Umfeldsensorik detektierten und in ihrer
Trajektorie verfolgten Fahrzeuge 1 im Umfeld des Eigenfahrzeugs
benutzt. Damit ist eine höhere Robustheit der Kollisionsvorhersage von
Fahrerassistenzsystemen erreichbar als sie durch eine reine Umfeldsensorik
basierte Prädiktion der Trajektorien möglich wäre.
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Durch
die vorliegende Erfindung wird also ein kostengünstiges
und sehr effektives System zur Erkennung von Fahrzeugen und deren
Annäherungswinkel zu einem eigenen Fahrzeug beschrieben.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- passiver
Transponder
- 3
- Sende-
und Empfangseinrichtung
- 4
- Abstrahlwinkelbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 69317266
T2 [0003]
- - DE 4411235 C2 [0004]