DE10121956C1

DE10121956C1 - Fahrzeugbasiertes Notfall-System

Info

Publication number: DE10121956C1
Application number: DE10121956A
Authority: DE
Inventors: Marc Bommer; Guenther Himmelstein
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-05-05
Filing date: 2001-05-05
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2021-05-06

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein im folgenden beschriebenes, fahrzeugbasiertes, rechnergestütztes Notfallsystem. Über standardisierte Eingabeschnittstellen werden Nutz- und Sensordaten auf Basis eines konventionellen Prozessdatenverkehrs, vorzugsweise in Form eines bidirektionalen Fahrzeugbussystems, z. B. eines sogenannten MVB (Miltifunction Vehicle Bus) an eine Rechnereinheit weitergegeben und in der Rechnereinheit durch ein komplexes Notfall-Programm verarbeitet und nach erfolgter Verarbeitung und Bewertung ebenfalls an das Fahrzeugbussystem angeschlossene Ausgabeeinheiten Steuerdaten zur Aktivierung von Sicherheitssystemen weitergegeben. Das Notfallprogramm ergänzt hierbei eine sensorbasierte Situationserkennung durch eine übergeordnete Situationsbewertung. Bei der Situationsbewertung wird anhand von definierten Entscheidungskriterien aus den Eingangsgrößen der Zeitpunkt für die Aktivierung und die Auswahl der Sicherheitssysteme bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.

Durch die integrierte Behandlung von auf Fahrzeugen installierten aktiven, vorausschauenden Systemen mit aktivierbaren Schutzmaßnahmen ergibt sich die Möglichkeit das Sicherheitsni veau für den Fahrgast und für das Fahrzeug auf kostengünstige Weise nachhaltig zu erhöhen. Aktivierbare Sicherheitssysteme sind im Kraftfahrzeug z. B. Airbags, Gurtstraffer, Bremsassi stenten, aktiv abschaltbare Batteriehauptschalter. Aktivierbare Sicherheitssysteme in Schienenfahrzeugen sind insbesondere Rückhaltesysteme in Form von Fangnetzen in den Fahrgastabteilen, aktivierbare Deformationskörper in den einzelnen Wagen und Triebwagen sowie hauptsächlich die aktivierbare Betriebs- und Gefahrenbremsung.

Ansatzpunkt für die integrale Behandlung ist die Feststellung, dass trotz eines hohen, techni schen Standards heutiger Verkehrsleit- und Sicherungssysteme Unfälle nicht gänzlich vermieden werden können. Unfallträchtig sind insbesondere Situationen, an denen vom Leit- und Sicherungsystem nicht überwachte, potentielle Kollisionspartner beteiligt sind. Dies sind zum Beispiel Fußgänger im direkten Umfeld des befahrenen Lichtraumprofils, unbeschränkte Bahnübergänge, nicht rechtzeitig räumende Straßenfahrzeuge oder kurzfristig abgestellte Anhänger oder Wagen bei Rangierfahrten von Nutzfahrzeugen oder Schienenfahrzeugen auf Verladebahnhöfen.

Ein gattungsbildendes Notfallsystem ist aus der DE 197 41 631 A1 bekannt. Bei jenem Not fallsystem werden über Schnittstellen Nutzdaten und Sensordaten aus mehreren Komponenten einer Eingabeeinheit auf der Basis eines Prozessdatenverkehrs an eine Rechen einheit weitergegeben. In der Recheneinheit werden die Sensordaten und die Nutzdaten durch ein EDV-Programm zu Steuerdaten für mehrere Komponenten einer Ausgabeeinheit verar beitet. Die Sensordaten enthalten Informationen zur Positionsbestimmung, zur Geschwindigkeit, zur Beschleunigung und zur Hinderniserkennung. Die Nutzdaten enthalten Informationen zum Fahrzeug, zur Fahrstrecke und zu möglichen Hindernissen. In dem EDV- Programm zur Situationserkennung werden die Sensordaten aus der Situationserkennung mit Hilfe der Nutzdaten bewertet und an Hand von vordefinierten Entscheidungskriterien Steuer befehle an die Aktuatoren der angeschlossenen x-by-wire Systeme gegeben. Die x-by-wire Systeme bestehen aus Brems-, Beschleunigungs- und Lenkeinrichtungen des Kraftfahrzeuges. Die Situationsbewertung berechnet hierbei eine Kolisionsstrategie, bei der in Abhängigkeit der Sitzbelegung die unbesetzten Bereiche des Kraftfahrzeuges zum Kolisionsobjekt gedreht werden.

Aus der DE 198 42 827 A1 ist ein Videosystem zur Hinderniserkennung bekannt. Das Vide obild wird mit einem Scanner und einer Auswerteeinheit mit den Methoden der Mustererkennung auf Muster von typischerweise im Straßenverkehr auftauchenden Hinder nissen hin untersucht. Wird die Kontur eines Hindernisses mit hinreichender Wahrscheinlichkeit in der Auswerteeinheit erkannt und wird ein vorgegebener Sicherheitsab stand des Fahrzeuges zum erkannten Hindernis unterschritten, werden die Sicherheitssysteme des Fahrzeuges aktiv geschaltet, so daß sie im Falle der Kolision einsatzbereit sind. Man spricht hier von Precrashsensierungssystemen.

Aus der DE 44 07 757 A1 ist ein Hinderniserkennungssystem bekannt, bei dem aus den aktuellen Zustandsgrößen des Fahrzeuges ein voraussichtlicher Fahrweg abgeleitet wird. Mit einer Radareinheit wird der aktuelle Fahrweg auf Hindernisse abgetastet. Mit einem zweistu figen Algorithmus wird das Gefahrenpotential eines erkannten Hindernisses abgeschätzt. In einer ersten Stufe wird ermittelt, ob das Hindernis im aktuellen Fahrweg liegt und in einer zweiten Stufe wird ermittelt ob das erkannte Hindernis auch im voraussichtlichen Fahrweg liegt. Mit dem System ist es zum Beispiel möglich bei der Kurvenfahrt eines Fahrzeuges das Gefährdungspotential von in der Kurve als Hindernis erkannten Leitplanken entsprechend des Lenkeinschlages des Fahrzeuges richtig zu gewichten. Die Leitplanken sind in der Kurve nur dann ein Hindernis, wenn sie als Hindernis auch in den voraussichtlichen Fahrweg fallen, sprich wenn der Fahrer nicht lenkt oder zu schnell in Kurve fährt.

Aus der DE 199 21 238 A1 ist ein Sicherheits-Fahrsteuersystem für ein Fahrzeug mit einem Alarm und einem automatischen Bremssystem bekannt. Aus der Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs zum Hindernis und aus dem Abstand des Fahrzeuges zum Hindernis sowie anhand dreier verschiedener Bremsszenarien, einer Normalbremsung, einer Teilbremsung und einer Vollbremsung wird ermittelt, ob der zur Verfügung stehende Abstand des Fahrzeuges zum Hindernis noch für ein Normalbremsung, eine Teilbremsung oder eine Vollbremsung aus reicht. Übersteigt der aktuelle Bremsweg einer Normalbremsung, einer Teilbremsung oder einer Vollbremsung den Abstand zwischen Fahrzeug und Hindernis, wird dem Fahrer jeweils ein die Kolisionsgefahr charakterisierender Alarm angezeigt. Alternativ kann bei Kollisions gefahr auch eine automatisierte Bremsung eingeleitet werden.

Der erfindungsgemäße Beitrag gegenüber dem Stand der Technik wird hauptsächlich in zwei Neuerungen gesehen. Bei der ersten Neuerung handelt es sich um die Vernetzung der Sy stemkomponenten über einen Datenbus. Der Vorteil der hiermit erzielt wird, liegt in den standardisierten Prozeßverkehren. Standardisierte Schnittstellen und standardisierte Prozeß verkehre zwischen den einzelnen Systemkomponenten ermöglichen die Verwendung von ebenfalls standardisierten Sensoren und EDV Programmen, so daß nicht noch einmal das ganze System in allen Einzelheiten neu erfunden werden muß. Dies ist ein entscheidender Unterschied zu den im Stand der Technik erbrachten Vorarbeiten, die von einer Verwendung von Standardisierten Schnittstellen und Prozeßverkehren noch weit entfernt waren.

Die zweite Neuerung ist die konsequente, unterschiedliche und getrennte Behandlung der Situationserkennung und der Situationsbewertung. Erfindungsgemäß wird die Situationsbe wertung auch auf die Bewertung der Hindernisse ausgedehnt. Die Bewertung der Hindernisse ist hierbei naturgemäß von der Situation unabhängig und hat deshalb ihre Entsprechung in einer eigenen Hindernisbibliothek und einer zur Situationserkennung parallelen Hindernis bewertung. Zwar wird auch in der DE 44 07 757 A1 von einer Beurteilung des Gefahrenpotentials eines Hindernisses gesprochen, gemeint ist in der DE 44 07 757 A1 je doch lediglich eine Situationsbewertung, ob das Hindernis in den prognostizierten Fahrweg fällt oder nicht. Das Hindernis selbst wird nicht bewertet. Durch die nicht durchgeführte Hindernisbewertung selbst ist es mit den Systemen aus dem Stand der Technik auch nicht möglich, eine auf das Hindernis abgestimmte, sinnvolle Auswahl von Sicherheitssystemen zu treffen.

Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher, ein Notfallsystem anzugeben, mit dem Gefahrensi tuationen erkannt und bewertet werden können und eine auf die Gefahrensituation abgestimmte, gezielte Auswahl der zu aktivierenden Sicherheitssysteme getroffen werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des unabhängigen An spruchs. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Lösung gelingt durch ein im folgenden beschriebenes, fahrzeugbasiertes, rechnergestütz tes Notfallsystem. Über standardisierte Eingabeschnittstellen werden Nutz- und Sensordaten auf Basis eines konventionellen Prozessdatenverkehrs, vorzugsweise in Form eines bidirek tionalen Fahrzeugbussystems, z. B. eines sogenannten MVB (Multifunction Vehicle Bus) an eine Rechnereinheit weitergegeben und in der Rechnereinheit durch ein komplexes Notfall- Programm verarbeitet und nach erfolgter Verarbeitung und Bewertung ebenfalls an das Fahrzeugbussystem angeschlossene Ausgabeeinheiten Steuerdaten zur Aktivierung von Si cherheitssystemen weitergegeben. Das Notfallprogramm ergänzt hierbei eine sensorbasierte Situationserkennung durch eine übergeordnete Situationsbewertung. Bei der Situationsbe wertung wird anhand von vordefinierten Entscheidungkriterien aus den Eingangsgrößen der Zeitpunkt für die Aktivierung und die Auswahl der Sicherheitssysteme bestimmt.

Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt:
Durch das erfindungsgemäße Notfallsystem erhält ein Fahrzeug die Fähigkeit, eigenständig bzw. autonom Gefahrensituationen zu erkennen und zu bewerten. Für detektierte Gefahren situationen werden Berechnungen zur Unfallprognose durchgeführt, die prädiktiv, auf Basis von Situationsmerkmalen, Auskunft über Schwere und Ausmaß eines drohenden Unfalls geben. Die reproduzierbare und im Vergleich zum Triebfahrzeugführer wesentlich zuverläs sigere Informationsaufnahme und -weiterverarbeitung in einem durch das Unfallszenario vorgegebenen, begrenzten Zeitrahmen, liefert einen Beitrag zur Unfallvermeidung oder, wenn der Unfall nicht mehr zu vermeiden ist, einen Beitrag zur Unfallfolgenminderung.

Die rechnergestütze Bewertung und Aktivierung der fahrzeuggestüzten Sicherheitssysteme erfolgt hierbei schneller als bei personengebundenen Entscheidungsabläufen und manueller Betätigung der Sicherheitssysteme durch den Fahrzeugführer. Das Rechnergestützte Notfall system hat keine Schrecksekunde zu überwinden und die Sensorsysteme sind der menschlichen Wahrnehmung zum Teil überlegen. Zum Beispiel ist die Radarabtastung des Verkehrsraumens auch dann noch zuverlässig möglich, wenn das menschliche Auge infolge Lichtmangels nichts mehr sieht.

Das Notfallsystem ist prädiktiv. Durch Auswertung von in Form digitaler Streckenkarten verfügbarer Streckendaten kann in vorausschauender Weise die Fahrzeuggeschwindgkeit an die vorausliegende Fahrstrecke angeglichen werden, oder zumindest Warnungen an den Fahr zeugführer gegeben werden, daß die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit über der erlaubten Höchstgeschwindigkeit liegt. Dies ist insbesondere für Schienenfahrzeuge von Vorteil, da für Schienenfahrzeuge in der Regel ein vorgegebenes Fahrprofil existiert, das die Eigenschaften der Streckenbeschaffenheit und die Eigenschaften der Schienenfahrzeuge berücksichtigt und das Vorschriften zur erlaubten Höchstgeschwindigkeit und Markierungen für das Einleiten von Betriebsbremsungen enthält. Das Einhalten des vorgegebenen Fahrprofils kann mit dem Notfallsystem überwacht werden und bei schwerwiegenden Abweichungen vom vorgesehe nen Fahrprofil können durch das Notfallsystem Betriebsbremsungen oder Gefahrenbremsun gen eingeleitet werden.

Durch die Situationsbewertung können gezielt die der Gefahrensituation angepaßten Sicher heitssysteme ausgewählt werden. Es müssen unter Umständen nicht alle Sicherheitssysteme aktiviert werden. Zum Beispiel könnte in Schienenfahrzeugen bei geringfügiger Gefährdung der Fahrgäste das irreversible Aktivieren von Rückhaltesystemen in Form von Rückhaltenet zen in den Wagenabteilen unterbleiben.

Durch die vorauschauende Erkennung einer Gefahrensituation kann mit dem Notfallsystem eine Warnung an die Fahrgäste erfolgen. Insbesondere bei einem Schienenfahrzeug, das über einen sehr langen Anhalteweg verfügt und bei dem eine Kollision mit einem Hindernis unter Umständen schon 20 Sekunden vor der eigentlichen, unvermeidlichen Kollision erkannt wird, kann die verbleibende Zeit bis zur Kollision genutzt werden, um mit dem Notfallsystem die Fahrgäste zu warnen, damit die Fahrgäste z. B. noch Zeit haben, die Durchgangswege zu ver lassen und einen Sitzplatz einzunehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen darge stellt und näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Komponenten, Struktur und Datenkommunikation eines erfindungsgemäßen Notfall systems,

Fig. 2 ein mit dem erfindungsgemäßen Notfallsystem simuliertes Fahrprofil mit zwei unter schiedlichen Notfallsituationen,

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer mit dem Notfallsystem durchgeführten Beispiel rechnung zur Unfallvermeidung in einer ersten simulierten Notfallsituation,

Fig. 4 eine graphische Darstellung einer mit dem Notfallsystem simulierten Bremsung in der ersten Notfallsituation,

Fig. 5 eine graphische Darstellung für das Umschalten zwischen Betriebsbremsung und Ge fahrenbremsung in der ersten Notfallsituation,

Fig. 6 eine graphische Darstellung einer mit dem Notfallsystem durchgeführten Beispiel rechnung in einer zweiten Notfallsituation mit Kollision,

Fig. 7 eine graphische Darstellung einer mit dem Notfallsystem simulierten Bremsung in der zweiten Notfallsituation,

Fig. 8 eine graphische Darstellung für das Umschalten zwischen Betriebsbremsung und Ge fahrensbremsung in der zweiten Notfallsituation.

Fig. 1 zeigt den grundlegenden Aufbau und die relevanten Teilsysteme des erfindungsgemä ßen Notfallsystems. Die Gesamtfunktionalität des Notfallsystems ist als modulares EDV- Programm in einer Recheneinheit enthalten. Über standardisierte Ein-/Ausgabeschnittstellen werden Nutzdaten und Steuerdaten auf Basis konventioneller Prozessdatenverkehre, vor zugsweise in Form eines bidirektionalen Fahrzeugbussystems, z. B. MVB (Multifunction Vehicle Bus), von einer Eingabeeinheit eingelesen und nach erfolgter Verarbeitung in der Rechnereinheit Steuerbefehle an eine Ausgabeeinheit weitergegeben.

Eigenschaften und Arbeitsweise der Eingabeeinheit

Die Eingabeeinheit besteht aus einer Speichereinheit und einem Sensorblock. Zentrale Auf gabe der Eingabeeinheit ist es, die in der Rechnereinheit erforderlichen Daten zur Situations erkennung und Situationsbewertung zu generieren, vorzuverarbeiten und der Rechnereinheit zur Verfügung zu stellen. In der Speichereinheit sind statische Daten in Form von Fahrzeug daten, Streckendaten und einer Hindernisbibliothek abgespeichert. Diese werden während einer Unfallsituation nicht geändert. Über den Verlauf eines Fahrprofils können, initiert durch ein Verkehrsleit- und Sicherungssystem, gezielt Inhalte der Speichereinheit aktualisiert und angepaßt werden. Derartige Leit- und Sicherungsysteme sind im Bahnbereich flächendeckend etabliert, im Straßenbereich kommen sie in Ballungszentren zunehmend ebenfalls zum Ein satz.

Die Systemkomponente Fahrzeugdaten enthält fahrdynamische Kennwerte des spezifischen mit dem Notfallsystem ausgerüsteten Fahrzeugs. Zu den Kennwerten zählen insbesondere die Maximalgeschwindigkeit und das Verzögerungsvermögen des betreffenden Fahrzeugtyps.

In der Systemkomponente Streckendaten ist der Streckenverlauf, in Form eines digitalisierten Streckenatlasses abgespeichert. Dieser Atlas entält insbesondere Angaben zur Streckenkilo metrierung, Positionen von Kreuzungsstellen und Bahnübergängen.

In der Systemkomponente Hindernisbibliothek sind charakteristische Daten zu typischen im Verkehrsgeschehen auftretenden Hindernissen abgelegt. Diese charakteristischen Daten un terstützen die Hinderniserkennungssensorik in der maschinellen Einordnung der detektierten Hindernisse und damit in der maschinellen Erkennung der Hindernisse, z. B. mit den Mitteln der optischen Mustererkennung. Die Hindernisbibliothek enthält darüber hinaus Angaben zu den geschätzen Massen der abgespeicherten Objekte, zu deren Abmessungen und zu deren geschätztem Schwerpunkt.

Der Sensorblock enthält eine Positions- und Geschwindigkeits sowie eine Hinderniserken nungssensorik. Jede dieser Systemkomponenten aktualisiert die ermittelten Sensordaten im Takt des Fahrzeugbussystems und stellt in diesem Sinne quasi-kontinuierliche Daten über die aktuellen Bewegungsgrößen des Fahrzeugs und den aktuellen Zustand des Verkehrsraums zur Verfügung.

Die Positions- und Geschwindigkeitssensorik ist für die Ermittlung der aktuellen Fahrzeugge schwindigkeit und Fahrzeugposition vorgesehen. Die Verfahren zur Geschwindigkeits- und Positionsermittlung von Schienenfahrzeugen sind vielfältig und basieren sowohl auf stre cken- als auch auf fahrzeugbasierter Technik. Die Art der Messdatengewinnung ist von se kundärer Bedeutung.

Für die fahrzeugautonome Erkennung von Hindernissen in der Umgebung des Fahrzeuges wird eine Hindernisserkennungssensorik eingesetzt. Im Straßenverkehr werden bereits fahr zeugbasierte Systeme zur Streckenvorschau eingesetzt. Ein Beispiel eines solches System ist der Abstandsregel-Tempomat Distronic von der DaimlerChrysler AG. Solche Systeme kon trollieren den Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen und verzögern oder beschleunigen selbsttätig bei einer Distanzverringerung oder Distanzerhöhung des eigenen Fahrzeuges rela tiv zum vorausfahrenden Fahrzeug. Für die Erfindung wird die Hinderniserkennung durch zusätzliche radar- oder videobasierte Systeme zur Mustererkennung ergänzt. Videosysteme zum selbsttätigen Erkennen der Verkehrsraumsituation werden ebenfalls von der DaimlerCh rysler AG in Versuchsfahrzeugen getestet. Wichtig ist die Qualität und die Anzahl der Hin dernisbeschreibungsmerkmale wie Entfernung zum Fahrzeug, Relativgeschwindigkeit zum Fahrzeug, Hindernisgröße, die die Hinderniserkennungssensorik an die Rechnereinheit zur Verfügung stellt. Die derzeit besten Ergebnisse liefert eine Kombination von Radar- und Videobildsensorik, die die Erkennung und erste Bewertung von Hindernissen in bis zu 300 Meter Entfernung ermöglicht.

Eigenschaften und Arbeitsweise der Recheneinheit

Die Rechnereinheit enthält die Module Situationserkennung, Situationsbewertung, Steuerlo gik und Ablaufsteuerung. In der Ablaufsteuerung sind die Funktionen des Betriebsystems zusammengefaßt. Die Ablaufsteuerung verwaltet die Kommunikationsdienste und koordiniert den Informationsfluß innerhalb der Recheneinheit. Wichtig ist ein eindeutiger Datenfluß von der Situationserkennung zur Situationsbewertung und schließlich zur Steuerlogik. Die Steu erlogik überträgt schließlich die aus der Situationsbewertung gewonnenen Steuerdaten auf den Fahrzeugbus, so daß die Steuerdaten der Ausgabeeinheit und ihren Komponenten zur Verfügung stehen.

Entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Informationsfluß werden die Nutzdaten von den Komponenten der Eingabeeinheit über den Fahrzeugbus der Situationserkennung zugeführt. In der ersten Bearbeitungsstufe der Situationserkennung werden die Nutzdaten signaltech nisch aufbereitet. Hierzu werden insbesondere die Methoden zur Signalfilterung, zur Signal normierung und zur Signalmittelwertbildung angewandt. Aus den normierten und aufberei teten Nutzdaten werden in der Situationserkennung weitere sekundäre, abgeleitete Größen gewonnen. Aus Position und Geschwindigkeit des Fahrzeuges wird über deren zeitlichen Verlauf die Beschleunigung des Fahrzeugs und dessen aktueller Anhalteweg bestimmt. Aus der Entfernungsmessung der Hindernissensorik wird der aktuelle Abstand des Fahrzeugs zum Hindernis und daraus die benötigte Bremsverzögerung bestimmt, um vor dem Hindernis zum Stehen zu kommen. Weiterhin wird aus dem aktuellen Abstand zum Hindernis, der aktuellen Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeuges und dessen aktueller Geschwindigkeit die voraussichtliche relative Kollisionsgeschwindigkeit mit dem Hindernis bestimmt.

In dem Modul Situationsbewertung wird aus den aufbereiteten Nutzdaten und aus den daraus abgeleiteten Daten sowie aus den Daten der Hinderniserkennung und der Hindernisbibliothek eine Unfall-Prognose gewonnen. Die Unfall-Prognose enthält verschiedenene Bewertungsstu fen zur Gefahrensituation. Jeder Bewertungsstufe sind Handlungsmaßnahmen zugeordnet. Die Situationsbewertung wählt aus den Bewertungsstufen der Unfallprognose eine aktuell zweckmäßige Bewertungsstufe aus und leitet die Handlungsmaßnahmen der ausgewählten Bewertungsstufe an die Steuerlogik weiter, die aus den Handlungsmaßnahmen Steuerdaten für die angeschlossenen Komponenten der Ausgabeeinheit erzeugt.

Zwei Beispiele für die Arbeitsweise der Situationsbewertung werden im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 8 näher erläutert. Wichtigstes Bewertungskriterium und damit auch wichtigstes Auswahlkriterium für die Handlungsmaßnahmen entsprechend der Unfall-Prognose ist der Vergleich des prognostizierten Minimalen Anhalteweges des Fahrzeuges mit dem ermittelten Restweg zum Hindernis. Besteht die Gefahr, daß der Anhalteweg den Restweg übersteigt und ergibt eine Bewertung des erkannten Hindernisses, daß eine Gefahr für das Fahrzeug und dessen Insassen von dem Hindernis ausgeht, dann wird eine Gefahrenbremsung eingeleitet.

Ist bei Erkennung eines Hindernisses zunächst noch genügend Abstand zum Hindernis vor handen, so daß der Restweg den voraussichtlichen Anhalteweg deutlich übersteigt, kann zu nächst mit einer Verringerung der Geschwindigkeit mittels normaler Betriebsbremsung vor beugend gehandelt werden. Durch laufende Verfolgung der weiteren Situationserkennung kann sich die Situationsbewertung ändern und eine andere Bewertungsstufe der Unfallprog nose mit anderen Handlungsmaßnahmen für die Steuerlogik ausgewählt werden. Zum Bei spiel kann sich das Hindernis wieder aus dem Fahrweg entfernen, so daß keine Gefahr mehr besteht. Oder das Hindernis wird bei Annäherung des Fahrzeugs als deutlich gefährlicher erkannt als ursprünglich eingestuft, weil sich z. B. das Hindernis nun auf das Fahrzeug aktiv zubewegt, so daß eine Kollision plötzlich viel wahrscheinlicher wird und nun stärker verzö gert werden muß.

Die Steuerlogik innerhalb der Recheneinheit fungiert als Bindeglied zwischen der Situations bewertung und den Komponenten der Ausgabeeinheit. Die Steuerlogik übermittelt über den Fahrzeugbus die für die Komponenten der Ausgabeeinheit entsprechend der Unfall-Prognose vorgesehenen Steuerdaten. Weiterhin überwacht die Steuerlogik die Kommunikation mit den Komponenten der Ausgabeeinheit und überwacht die Ausführung der mit den Steuerdaten eingeleiteten Handlungsmaßnahmen der einzelnen Komponenten der Ausgabeeinheit.

Eigenschaften und Arbeitsweise der Ausgabeeinheit

Die Ausgabeeinheit besteht insbesondere aus den Komponenten Antriebs- und Bremssystem, Warnsystem, Aktivierbare Energieverzehrelemente, aktivierbare Insassenschutzsysteme. Weitere Komponenten wie z. B. ein automatisches Notrufsystem sind denkbar.

Im Antriebs- und Bremssystem werden die Beschleunigungs- und Bremsbefehle der Steuer logik von angesteuerten Aktoren ausgeführt.

Durch das Warnsystem werden die beteiligten Prozeßpartner, wie Fahrzeugführer, Passagiere, potentielle Kollisionspartner sowie die Umgebung situations- und teilnehmerbezogen infor miert. Beispielsweise kann der potentielle Kollisionspartner durch Sirenen oder Lichtsignale gewarnt werden. Bei Schienenfahrzeugen ist es auch denkbar im Falle einer Kollisionsgefahr den entgegenkommenden Zug über das Leitsystem von der Kollisionsgefahr zu informieren und gegebenenfalls eine Bremsung beider Kollisionspartner einzuleiten.

Hauptfunktion der aktivierbaren Energieverzehrelemente ist der gezielte und geordnete Ab bau von Stoßenergien in Folge einer Kollision. Die Aktivierung dieser Deformationselemente ist von deren Aktivierungsdauer, deren Wirkungsbereich und den Steuerdaten aus der Unfall prognose abhängig.

Aktivierbare Insassenschutzsysteme sollen verhindern, daß Passagiere durch massive Brem sungen oder durch Kollision mit einem Hinderniss zu Schaden kommen. Im Bereich des Kraftfahrzeuges sind diese Schutzsysteme z. B. Airbags, Gurtstraffer, Gurtkraftbegrenzer oder Trennschalter für das Batteriehauptkabel. Bei Schienenfahrzeugen denkt man an Rückhalte systeme für Gepäckstücke und für Personen, z. B. in Form von auslösbaren Fangnetzen.

Zur Erläuterung der Funktionsweise des Notfallsystems wird im folgenden Bezug genommen auf die Fig. 2 bis 8. Die Fig. 2 bis 8 enthalten simulierte Berechnungen, die mit dem Simulationsprogramm Matlab/Simulink für ein Zugmodell durchgeführt wurden. Dies be deutet keine Beschränkung des Notfallsystems auf Schienenfahrzeuge. Die gleichen physika lischen Zusammenhänge gelten auch für Kraftfahrzeuge, so daß das Notfallsystem grundsätz lich auch für Kraftfahrzeuge geeignet ist.

In Fig. 2 sind exemplarisch über der Zeit das aus den Streckendaten gewonnene erlaubte Fahrprofil und das tatsächliche (simulierte) Fahrprofil aufgetragen. Man erkennt eine vorge sehene reguläre Haltestelle und eine erste Notfallsituation mit außerplanmäßigem Nothalt sowie eine zweite Notfallsituation, die mit einer Kollision endet. Die erste Notfallsituation wird zum Zeitpunkt T_N1 vom Notfallsystem erkannt. Die zweite Notfallsituation wird zum Zeitpunkt T_N2 vom Notfallsystem erkannt. Die Arbeitsweise des Notfallsystems in der ersten Notfallsituation wird im folgenden in den Fig. 3 bis 5 näher erläutert. Die Arbeitsweise des Notfallsystems in der zweiten Notfallsituation wird in den Fig. 6 bis 8 behandelt.

Sobald die Hindernissensorik ein Hindernis auf der vorausliegenden Strecke erkannt hat, wird das Notfallsystem zum Zeitpunkt T_N1 eingeschaltet. Daraufhin beginnt das System mit der laufenden Messung des verbleibenden Restwegs zwischen Fahrzeug und Hindernis. Aus dem Restweg s, der aktuellen relativen Fahrzeuggeschwindigkeit v_rel und der aktuellen tatsächli chen Bremsverzögerung α wird laufend eine voraussichtliche Kollisiongeschwindigkeit v_koll geschätzt, die im einfachsten Fall aus den Bewegungsgleichungen gemäß

berechnet werden kann.

Zeitlich parallel wird in der Recheneinheit aus dem aktuell verbleibenden Restweg und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v_rel relativ zum Hindernis, die Bremsverzögerung α_min berechnet, die benötigt wird, um das Fahrzeug noch vor dem Hindernis zum Stehen zu brin gen. Im einfachsten Fall ergibt sich für α_min

Der Vergleich der tatsächlichen Bremsverzögerung und der benötigten Bremsverzögerung ist in dem Diagramm der Fig. 4 aufgetragen. Trotz der Hinderniserkennung zum Zeitpunkt T_N1 wird von dem Notfallsystem noch keine Gefahrenbremsung eingeleitet. Zunächst wird viel mehr mit einer Betriebsbremsung die Fahrzeuggeschwindigkeit verringert und die Gefahren situation mit dem Sensorblock und der Speichereinheit, sowie deren Komponenten, weiterhin beobachtet und bewertet. Solange das Fahrzeug auf dem verbleibenden Restweg sicher zum Stehen kommen kann, besteht zunächst kein Anlaß eine Gefahrenbremsung einzuleiten. Erst wenn die mindest benötigte Verzögerung α_min einen Grenzwert α_Gr überschreitet, wird in dem gewählten Situationsbeispiel zum Zeitpunkt T_G1 eine Gefahrenbremsung eingeleitet. Sobald die tatsächliche gemessene Bremsverzögerung die benötigte Bremsverzögerung überschreitet erkennt das Notfallsystem, daß eine Kollision nicht mehr bevorsteht. Die Aktivierung der Warnsysteme, der Energieverzehrelemente und der Insassenschutzsysteme durch das Notfall system unterbleibt in der ersten simulierten Notfallsituation. Das Schienenfahrzeug kommt zu dem in Fig. 2 simulierten Nothalt ohne Kollision. In Fig. 5 ist nochmals zur Verdeutlichung das Umschalten von der Betriebsbremsung, beginnend am Zeitpunkt T_N1, auf eine Gefahren bremsung, beginnend zum Zeitpunkt T_G1 protokolliert.

Ein Unfallscenario mit Kollision ist in der zweiten Notfallsituation ab dem Zeitpunkt T_N2 in den Fig. 6 bis 8 simuliert und graphisch dargestellt. Wie im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 bereits beschrieben wird auch bei diesem Unfallscenario der Restweg zum Hindernis laufend gemessen und eine voraussichtliche relative Kollisionsgeschwindigkeit mit dem Hin dernis geschätzt (Fig. 6). In Fig. 7 ist der Vergleich der benötigten Verzögerung mit der ge messenen Bremsverzögerung graphisch dargestellt. Bei dem Unfallscenario der Fig. 7 wird zur Zeit T_N2 vom Notfallsystem eine Gefahrensituation erkannt. Das System leitet zunächst jedoch keine Maßnahmen ein, weil in der Situationsbewertung das Hindernis zunächst als zu unbedeutend klassifiziert wurde. Bei weiterer Annäherung an das Hindernis ändert sich die Situationsbewertung und es wird eine Betriebsbremsung zum Zeitpunkt T_B2 eingeleitet. Zeit lich parallel wird laufend die benötigte Bremsverzögerung aus den Sensordaten und den Fahrzeugdaten berechnet. Die benötigte Bremsverzögerung steigt trotz Betriebsbremsung weiter an. In dem Unfallscenario der zweiten Notfallsituation wurde die für Schienenfahrzeu ge je nach Witterungsbedingungen maximal mögliche Bremsverzögerung von α_GR = 2,7-3 m/s² als Grenzkriterium für die Einleitung einer Gefahrenbremsung gewählt. Dieser kritische Grenzwert wird zum Zeitpunkt T_G2 erreicht und überschritten. Sobald die benötigte Brems verzögerung die aus den Fahrzeugdaten bekannte maximal mögliche Bremsverzögerung ü berschreitet steht für das Notfallsystem fest, daß eine bevorstehende Kollision mit dem de tektierten Hindernis nicht mehr zu vermeiden ist. Der verbleibende Restweg bis zum Hinder nis und damit die verbleibende Restzeit bis zur Kollision wird von dem Notfallsystem ge nutzt, um die passiven Sicherungssysteme, wie Warnsystem, aktivierbare Energieverzehrele mente und Insassenschutzsysteme in Betrieb zu setzen. Die zweckmäßige Auswahl der passi ven Sicherungssysteme hängt hierbei von der Situationsbewertung ab. Entsprechend der Art (entgegenkommender Zug, Baumstamm, u. s. w.) des detektierten Hindernisses und seiner von der Situationsbewertung mit Hilfe der Hindernisdatenbank geschätzten Masse, erfolgt die Auswahl der zu aktivierenden Sicherheitselemente, abgestuft im Verhältnis zu der Größe des Hindernisses und seiner voraussichtlichen Masse. Die aktivierbaren Energieverzehrelemente und Insassenschutzsysteme werden nur dann aktiviert, wenn die Situationsbewertung ergeben hat, daß von dem Hindernis eine Gefahr der massiven Schädigung für das Fahrzeug und eine Verletzungsgefahr für die Insassen ausgeht.

Ein anderes Bewertungskriterium für die Gefährlichkeit des detektierten Hindernisses ist die geschätze Kollisionsgeschwindigkeit v_Koll. Je höher die geschätze Kollisionsgeschwindigkeit desto größer wird der zu erwartende Schaden sein. Da in die geschätzte Kollisionsgeschwin digkeit auch die Geschwindigkeit eingeht, mit dem sich ein potentieller Kollisonspartner auf das Fahrzeug zubewegt, können mit dem Entscheidungskriterium der geschätzten Kollisions geschwindigkeit, die Sicherheitssysteme auch dann ausgelöst werden, wenn sich das mit dem Notfallsystem ausgerüstete Fahrzeug in Ruhe befindet. Hierdurch können Insassen auch ge gen Aufprallunfälle in einem stehenden Fahrzeug abgesichert werden.

Claims

1. Fahrzeugbasiertes Notfall-System für die Fahrzeug autonome Unfalldiagnose,
bei dem über standardisierte Schnittstellen Nutzdaten und Sensordaten aus mehreren Komponenten einer Eingabeeinheit auf der Basis eines Prozessdatenverkehrs an eine Rechnereinheit weitergegeben werden und in der Rechnereinheit die Nutzdaten und die Sensordaten durch ein modulares EDV-Programm zu Steuerdaten für mehrere Kompo nenten einer Ausgabeeinheit verarbeitet werden,
bei dem die Sensordaten Informationen zur Positionsbestimmung, zur Geschwindigkeit, zur Beschleunigung und zur Hinderniserkennung enthalten,
bei dem die Nutzdaten Informationen zum Fahrzeug, zur Fahrstrecke und zu möglichen Hindernissen enthalten,
wobei,
in einem ersten EDV-Programm Modul zur Situationserkennung die Sensordaten ausge wertet werden und in einem zweiten EDV-Programm Modul zur Situationsbewertung die Daten aus der Situationserkennung mit Hilfe der Nutzdaten bewertet werden und an Hand von vordefinierten Entscheidungskriterien Steuerbefehle über den Zeitpunkt der Aktivierung und die Auswahl von Sicherheitssystemen an eine Steuerlogik weitergeleitet werden
und von der Steuerlogik Steuerdaten auf den Fahrzeugbus zur Aktivierung der ange schlossenen und ausgewählten Sicherheitssysteme gegeben werden.

2. Notfallsystem nach Anspruch 1, bei dem die Sicherheitssysteme aus einem Antriebs- und Bremssystem oder einem Warnsystem oder aus aktivierbaren Energieverzehrelementen oder aus aktivierbaren Insassenschutzsystemen bestehen.

3. Notfallsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Sensoren zur Hinderniserkennung aus radar- und videobasierten Systemen bestehen.

4. Notfallsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem aus den Sensordaten der Rest weg vom Fahrzeug bis zum Hindernis bestimmt wird.

5. Notfallsystem nach Anspruch 4, bei dem aus dem Restweg eine mindest benötigte Bremsverzögerung (α_min) bestimmt wird, mit der das Fahrzeug vor dem Hindernis zum Stehen kommt.

6. Notfallsystem nach Anspruch 5, bei dem ein Entscheidungkriterium aus einem Grenz wert für die mindest benötigte Bremsverzögerung (α_GR) besteht.

7. Notfallsystem nach Anspruch 6, bei dem von der Situationsbewertung eine Gefahren bremsung eingeleitet wird, wenn die mindest benötigte Bremsverzögerung den festge legten Grenzwert für diese Bremsverzögerung (α_GR) überschreitet.

8. Notfallsystem nach Anspruch 5, bei dem von der Situationsbewertung eine Gefahren bremsung eingeleitet wird, wenn die mindest benötigte Bremsverzögerung (α_min) die aus den Nutzdaten der Informationen zum Fahrzeug bekannte maximal mögliche Bremsver zögerung des Fahrzeugs erreicht.

9. Notfallsystem nach Anspruch 7 oder 8, bei dem von der Situationsbewertung in Abhän gigkeit der geschätzten Masse des detektierten Hindernisses weitere Sicherheitssysteme aktiviert werden.

10. Notfallsystem nach Anspruch 7 oder 8, bei dem von der Situationsbewertung in Abhän gigkeit der geschätzten Kollisionsgeschwindigkeit (v_Koll) weitere Sicherheitssysteme aus gelöst werden.