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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ausgabe
einer haptischen Fahrempfehlung eines Navigationssystems an einen Fahrer
eines Kraftfahrzeugs.
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Herkömmlicher
Weise werden die Fahrempfehlungen, die ein Navigationssystem während
des Zurücklegens einer vorbestimmten Route ausgibt, mittels
einer optischen Ausgabe über ein Display und mit akustischen
Ansagen ausgeführt, wobei die optische Anzeige nachteilig
erfordert, dass der Fahrer seinen Blick von der Straße
abwenden und ihn dem Display des Navigationssystems zuwenden muss, und,
während er dort die Routenempfehlung verfolgt, die aktuelle
Verkehrssituation nur eingeschränkt erfassen kann.
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Akustische
Ansagen sind häufig ungenau, da sie in Abhängigkeit
der Fahrgeschwindigkeit und insbesondere bei dicht aufeinander folgenden
Abfahrten den Abbiegezeitpunkt durch die Länge der Ansage
nur bedingt angeben können. Gerade bei schwierigen Verkehrssituationen,
die sich etwa beim Anfahren eines Autobahnkreuzes mit mehreren Spuren
und mehreren aufeinander folgenden Abfahrten ergeben, kann der Fahrer
mit der gleichzeitigen Beobachtung des Navigationsdisplays, der
Straßenbeschilderung und dem Verkehr überfordert
werden, besonders dann, wenn zudem Ansprache durch Beifahrer stattfindet.
Unfallträchtige Situationen oder Falschfahren kann die
Folge sein.
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Bei
Untersuchungen zur Wahrnehmung von Informationen, die ein Fahrassistenzsystem
ausgibt, wurde herausgefunden, dass ein Fahrer ein haptisches Signal
komfortabler empfindet und intuitiv versteht. Daher wurden bereits
Spurhalteassistenten entwickelt, die es den Fahrer durch ein Vibrieren
des Lenkrads spüren lassen, wenn er seine Spur verlässt.
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Aus
der
DE 10 2007
029 427 A1 ist ein haptisches Lenkungsrückmeldungssystem
für aktive Fahrzeugsicherheit bekannt, das einem Fahrer
durch ein Schütteln oder Zittern des Lenkrads anzeigt,
dass eines oder mehrere aktive Steuerungssysteme in dem Fahrzeug
eine aktive Steuerung bereitstellen, insbesondere um die Fahrstabilität
des Fahrzeugs si cherzustellen. Ferner ist in der
DE 20 2004 001 832 U1 eine
Anordnung zur Erzeugung von Vibration zur Fahrerinformation in Kraftfahrzeugen
offenbart, bei der im Lenkrad mehrere Piezoelemente angeordnet sind,
die durch Anlegen einer Wechselspannung eine Vibration erzeugen.
Dies dient insbesondere dazu, den Fahrer auf Gefahrensituationen
aufmerksam zu machen, beispielsweise wenn Sensoren einen Sekundenschlaf
des Fahrers erfasst haben.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, eine
Vorrichtung zu schaffen, die eine Fahrempfehlung an einen Fahrer
eines Kraftfahrzeugs ausgibt, die intuitiv auch in komplexen Verkehrssituationen
erfaßt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Weiter
ist es wünschenswert, über ein entsprechendes
Verfahren zur Ausgabe einer intuitiv erfassbaren Fahrempfehlung
zu verfügen. Das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
6 schafft ein solches Verfahren.
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Weiterbildungen
der vorgenannten Gegenstände sind in den Unteransprüchen
ausgeführt.
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In
einer erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Ausgabe einer haptischen Fahrempfehlung an einen
Fahrer eines Kraftfahrzeugs umfasst die Vorrichtung ein Navigationssystem
zum Erstellen der Fahrempfehlung, das mit einer Querregelungseinheit
des Kraftfahrzeugs und der Servolenkung operativ gekoppelt ist.
Damit kann die Fahrempfehlung vorteilhaft über die Querregelungseinheit
als ein haptisches Lenksignal der Servolenkung ausgegeben werden.
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Damit
kann die Fahrempfehlung des Navigationssystems dem Fahrer genau
und intuitiv verständlich mitgeteilt werden, ohne dass
dieser seinen Blick von der Verkehrssituation abwenden muss oder in
einem Gespräch mit einem Beifahrer unterbrochen wird. Das
Navigationssystem kann die Ausgabe des Lenksignals exakt zum richtigen
Zeitpunkt veranlassen, so dass dem Fahrer eindeutig die richtige
Abfahrt beziehungsweise Richtung angezeigt wird. Dadurch, dass er
seinen Blick nicht von der Straße abwenden muss, kann der
Fahrer zusätzlich zur Anzeige des Navigationssystems die
Straßenbeschilderung erfassen. Durch die haptische Rückmeldung, die
die Fahrempfehlung als Lenksignal ausgibt, kann der Fahrer seine
vollständige visuelle und akustische Aufmerksamkeit auf
die Erfassung der Umgebung richten.
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Um
die Fahrempfehlung des Navigationssystems in ein Lenksignal der
Servolenkung umzuwandeln, umfasst die Querregelungseinheit in einer weiteren
Ausführungsform einen Eingang, in den die Fahrempfehlung
von dem Navigationssystem eingeht, sowie eine Verarbeitungseinheit,
in der die Fahrempfehlung in ein Ansteuerungssignal umgewandelt wird,
welches dann mittels einer Steuerungseinheit über einen
Ausgang der Querregelungseinheit an die Servolenkung ausgegeben
wird, die dann das Lenksignal ausführt.
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In
einer Ausführungsform kann das Navigationssystem die Ausgabe
des haptischen Lenksignals direkt anfordern, wenn insbesondere bei
Neuwagen die Querregelungseinheit in das Navigationssystem oder
in die elektronische Servolenkung integriert ist. Alternativ kann,
was insbesondere für die Nachrüstung von Fahrzeugen
mit dem erfindungsgemäßen System vorteilhaft ist,
ein vorhandenes querregelndes Fahrassistenzsystem eingesetzt werden,
das beispielsweise als Spurhalte- beziehungsweise Spurwechselassistent
bereits operativ mit der elektrischen Servolenkung gekoppelt ist.
Zur operativen Kopplung mit dem Navigationssystem kann eine vorhandene
Schnittstelle des Fahrassistenzsystems verwendet werden, es können
jedoch auch entsprechende Schnittstellen zur Kopplung des Fahrassistenten
mit dem Navigationssystem nachgerüstet werden. Die Fahrempfehlung
des Navigationssystems kann dabei gemeinsam mit den von dem Fahrassistenzsystem
kommenden Informationen über eine Fahrumgebung, die von
einer entsprechend vorhandenen Erfassungseinheit – als
Komponente des Fahrassistenzsystems etwa – aufgenommen
worden sind, verarbeitet werden.
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Das
Fahrassistenzsystem, in das die Querregelungseinheit integriert
sein kann, kann in einer anderen Ausführungsform auch mit
einer externen Erfassungseinheit für Fahrumgebungsdaten
gekoppelt sein. Alternativ kann die Erfassungseinheit auch mit dem
Navigationssystem operativ gekoppelt sein.
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Diese
Erfassungseinheit kann eine Sensorvorrichtung und eine elektronische
Verarbeitungseinheit umfassen. Bekannte Erfassungseinheiten sind Kameras.
Die Sensorvorrichtung kann in verschiedenen Ausführungsformen
die Fahrumgebung optisch, opto-akustisch und/oder akustisch erfassen,
und die elektronische Verarbeitungseinheit wandelt die erfassten
Fahrumgebungsinformationen in Fahrumgebungsdaten um, die dann zur
Weiterverarbeitung im Navigationssystem und/oder dem Fahrassistenzsystem
geeignet sind. Als Fahrumgebung können insbesondere Straßenspurmarkierungen
erfasst werden.
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Ein
Verfahren, das die erfindungsgemäße Vorrichtung
verwendet, um die haptische Fahrempfehlung des Navigationssystems
an den Fahrer des Kraftfahrzeugs auszugeben, umfasst zunächst
das Erstellen der Fahrempfehlung durch das Navigationssystem, die
dann an die Querregelungseinheit ausgegeben wird. Die Querregelungseinheit
wandelt die Fahrempfehlung in ein Ansteuerungssignal für ein
Lenksignal um und steuert die elektronische Servolenkung mit diesem
Ansteuerungssignal an. Das Lenksignal wird dann durch die elektronische
Servolenkung erzeugt.
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In
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens, in der eine
Erfassungseinheit für die Fahrumgebungsdaten umfasst ist,
die operativ mit dem Fahrassistenzsystem zur Querregelung und/oder
mit dem Navigationssystem gekoppelt ist, kann die Fahrempfehlung
des Navigationssystems aufgrund einer erfassten Fahrumgebung modifiziert
werden, so dass die elektronische Servolenkung ein Lenksignal basierend
auf der modifizierten Fahrempfehlung erzeugt.
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Das
erzeugte Lenksignal kann ein unsymmetrisches Vibrieren sein, wobei
die Unsymmetrie eine Richtungsweisung beinhaltet, indem eine Vibrationsamplitude
je nach Fahrempfehlung nach rechts oder links größer
ist. Das Lenksignal kann alternativ aber auch ein Lenkimpuls sein,
der vom Fahrer leicht erfasst werden kann, der einen kurzen Augenblick dauert
oder auch einige Sekunden lang, so dass dem Fahrer unzweifelhaft
klar wird, dass dies ein Lenksignal und nicht eine Straßenunebenheit
ist.
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Für
den Fall, dass ein Fahrer in eine falsche Spur, beziehungsweise
eine falsche Abfahrt einbiegen möchte, die von der Route
des Navigationssystems abweicht, kann als Lenksignal auch ein Lenkwiderstand
ausgegeben werden, der der Fahrempfehlung entspricht, die Spur beziehungsweise
die Richtung nicht zu wechseln. Durch diese richtungsunterstützenden
haptischen Lenksignale kann ein Fahrer, der Rechts-Links-Verwechsler
ist, und der durch akustische Ansagen oft irritiert wird, die Weisung durch
die haptische Signalgebung eindeutig zuordnen, da die gedankliche
Transformation von der akustischen Meldung zur Lenkbewegung entfällt.
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Schließlich
ist vorgesehen, dass eine Lenkentscheidung des Fahrers unabhängig
von dem erzeugten Lenksignal ist, das heißt, ein Fahrer
kann zwar die Fahrempfehlung des Navigationssystems im Lenkrad spüren,
er kann diese jedoch jederzeit überlenken und damit von
der Fahrempfehlung bewußt abweichen.
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Diese
und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung
und die Figuren weiter verdeutlicht. Der Bezug auf die Figuren in
der Beschreibung dient dem verbesserten Verständnis des Gegenstands
der Erfindung. Gegenstände oder Teile von Gegenständen,
die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können
mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
Erfindung.
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Dabei
zeigt:
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1 ein
Ablaufschema für einen direkten Lenkeingriffs durch das
Navigationssystem,
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2a ein
Ablaufschema, bei dem Fahrumgebungsdaten durch eine in den Fahrassistenten
integrierte Erfassungseinheit erfasst und für die Ausgabe
des Lenksignals berücksichtigt werden,
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2b ein
Ablaufschema, bei dem Fahrumgebungsdaten durch eine nicht in den
Fahrassistenten integrierte Erfassungseinheit erfasst und für
die Ausgabe des Lenksignals berücksichtigt werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich zunächst
auf eine Vorrichtung zur Ausgabe einer haptischen Fahrempfehlung
an einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung eines Navigationssystems,
wobei die Vorrichtungskonfiguration eine Querregelungseinheit und
eine elektronische Servolenkung des Kraftfahrzeugs umfasst. In der
Servolenkung, die mit der Querregelungseinheit operativ gekoppelt
ist, sind dabei Elemente enthalten, die ein haptisches Lenksignal
der Servolenkung veranlassen können. Solche Elemente sind
dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.
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Erfindungsgemäß wird
nun das Navigationssystem mit der Querregelungseinheit und der Servolenkung
operativ gekoppelt, so dass, wie in 1 gezeigt,
eine durch das Navigationssystem aus der Berechnung einer Route
erstellten Fahrempfehlung ausgegeben wird, die direkt durch die
Querregelungseinheit als Lenksignal der elektronischen Servolenkung
umgesetzt wird. Unabhängig davon, ob die Querregelungseinheit
in das Navigationssystem oder die elektronische Servolenkung integriert
ist, umfasst die Querregelungseinheit einen Eingang für die
Fahrempfehlung des Navigationssystems, so dass die Fahrempfehlung
in einer Verarbeitungseinheit der Querregelungseinheit in ein Ansteuerungssignal
für das Lenksignal umgewandelt werden kann. Eine Steuerungseinheit
der Querregelungseinheit gibt das Ansteuerungssignal an die Servolenkung aus,
die dann das Lenksignal entsprechend der Fahrempfehlung erzeugt.
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Alternativ
kann die Verarbeitung der Fahrempfehlung des Navigationssystems über
ein Fahrassistenzsystem, das die Querregelungseinheit umfasst, entsprechend 2a erfolgen.
Dazu können das Navigationssystem und das Fahrassistenzsystem über
entsprechende Schnittstellen miteinander verbunden werden, so dass
das Assistenzsystem, das die Querregelung in diesem Fall umfasst,
die Fahrempfehlung des Navigationssystems koordinieren kann. Dazu
ist das Fahrassistenzsystem mit einer Erfassungseinheit für
die Fahrumgebung operativ gekoppelt, die mittels geeigneter Sensorvorrichtungen
die Fahrumgebung erfassen kann. Die Sensorvorrichtung kann eine
optische, beispielsweise eine Kamera, eine opto-akustische und/oder
eine akustische (beispielsweise eine Radarvorrichtung) Sensorvorrichtung
sein, deren erfasste Information mittels einer enthaltenen elektronischen
Verarbeitungseinheit in entsprechende Fahrumgebungsdaten verarbeitet
werden. Wie in 2a durch die strichelierte Einfassung
gezeigt ist, können die Erfassungseinheit, die Verarbeitungs-
und die Querregelungseinheit in einer gemeinsamen Vorrichtung, etwa
dem Fahrassistenzsystem vereinigt vorliegen.
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Die
vorstehende Variante ist besonders für die Nachrüstung
von Fahrzeugen interessant, die bereits über einen Fahrassistenten
und über ein Navigationssystem verfügen, und die
lediglich eine operative Kopplung der Komponenten erfordern, sowie
die entsprechende Ausstattung mit den die haptischen Signale am
Lenkrad bereitstellenden Komponenten und der verbindenden Software.
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Alternativ
kann, wie 2b zeigt, eine externe Erfassungseinheit – die
letztlich auch ein Fahrassistenzsystem ist, aber nicht zwingend
die Querregelung umfassen muß – eine direkte Schnittstelle
an das Navigationssystem aufweisen, so dass die erfaßten
Umgebungsdaten dort direkt für die Ausgabe einer Fahrempfehlung
berücksichtigt werden.
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Die
Berücksichtigung von Umgebungsparametern schafft quasi
eine modifizierte Fahrempfehlung des Navigationssystems.
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Durch
die Koordination der Daten des Navigationssystems, beziehungsweise
der Fahrempfehlung, die aus der berechneten Route durch Ermittlung der
aktuellen Fahrzeugposition mittels GPS und dem im Navigationssystem
enthaltenen Kartenmaterial erstellt wird, und die von der Erfassungseinheit
gelieferten Fahrumgebungsdaten kann das Fahrassistenzsystem eine
präzisere und besser auf die Fahrsituation abgestimmte
Ausgabe der Fahrempfehlung erstellen. Fahrumgebungsdaten, die für
diesen Zweck von besonderem Interesse sind, sind insbesondere die
Straßenspurmarkierungen, die dem Fahrassisten ten beispielsweise
durch die unterbrochene Linie bei Abfahrten unmittelbar den richtigen
Zeitpunkt erkenn lassen.
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Durch
die Kopplung mit dem Navigationssystem kann umgekehrt auch der Spurwechselassistent unterstützt
werden, insbesondere bei schwierig zu erkennenden Spurmarkierungen,
beispielsweise bei Mehrfachmarkierungen, im Baustellenbereich und bei
Gabelungen, um Fehleingriffe durch den Spurwechselassistenten zu
vermeiden. Die Kameraspurinformationen einer Erfassungseinheit kann
für die Spurzuordnung des Fahrzeugs und dessen Navigation
zwischen den Spuren verwendet werden. Bei einer Abweichung der durch
das Navigationssystem berechneten Trajektorie von der tatsächlichen
Fahrzeug-Trajektorie kann die Fahrumgebung, respektive die Spurmarkierungen,
die durch die durch das Fahrassistenzsystem verfügbare
Sensorik und Situationserkennung bereitgestellt wird, bei der Präzision
der Navigationshinweise beziehungsweise des Lenksignals berücksichtigt
werden.
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Dazu
wird eine Fahrempfehlung, die auf einer berechneten Route des Navigationssystems
basiert, erstellt und an die Querregelungseinheit beziehungsweise
das querregelnde Fahrassistenzsystem ausgegeben, und dort zu einem
Ansteuerungssignal für die elektronische Servolenkung umgewandelt. Dabei
können Fahrumgebungsdaten berücksichtigt werden,
die durch eine Erfassungseinheit erfasst und dem Fahrassistenzsystem
zur Verfügung gestellt wurden, so dass ein Ansteuerungssignal
für die Servolenkung generiert wird, das die durch die
Fahrumgebungsdaten modifizierte Fahrempfehlung als Grundlage hat.
Die Ansteuerung der elektronischen Servolenkung mit dem Ansteuerungssignal
erfolgt durch die Querregelungseinheit beziehungsweise das Fahrassistenzsystem,
so dass die Servolenkung über eine Lenkradbewegung ein
Lenksignal erzeugt, das eine Fahrempfehlung entsprechend einer Route als
haptisches Lenksignal an den Fahrer ausgibt.
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Dieses
haptische Lenksignal kann, wenn der Fahrer entsprechend der berechneten
Route die Spur wechseln beziehungsweise abbiegen soll, ein Vibrieren
sein, das unsymmetrisch in die entsprechende Richtung einen größeren
Ausschlag aufweist, oder ein stetiger leichter, in die entsprechende Richtung
weisender, kurzer oder dauerhafter Lenkimpuls sein, während
für den Fall, dass der Fahrer von der berechneten Route
abweichen will, das heißt, die Spur irrtümlicher
Weise wechseln oder abbiegen möchte, kann das Lenksignal
ein Lenkwiderstand sein, der den Fahrer darauf hinweist, dass die
Fahrempfehlung gemäß der berechneten Route nicht dem
beabsichtigten Richtungswechsel entspricht.
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Schließlich
liegt es im Entscheidungsbereich des Fahrers, ob er der Fahrempfehlung
folgen möchte, andernfalls kann das erzeugte Lenksignal
durch den Fahrer überlenkt werden: Der erzeugte richtungsweisende
Lenkimpuls beziehungsweise die Vibration oder der Lenkwiderstand
kann durch ein entsprechendes weiter geradeaus Lenken, beziehungsweise
Einlenken, überwunden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007029427
A1 [0005]
- - DE 202004001832 U1 [0005]