DE4312595A1 - Kraftfahrzeug mit Sicherheitssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit Sicherheitssystem, das einen Abstandssensor zur Bestimmung der Entfernung vorausfahrender Fahrzeuge und einen programmgesteuerten Rechner aufweist.

Da die Dichte des Straßenverkehrs kontinuierlich zunimmt, steigt insbesondere bei ungünstigen Witte­ rungsbedingungen oder an verkehrsreichen Tagen die Zahl der Auffahrunfälle spürbar an. Sie sind zu ei­ nem nicht unerheblichen Anteil durch Unaufmerksam­ keiten der Fahrzeugführer und/oder zu hohe Ge­ schwindigkeiten bei unzureichenden Sichtverhältnis­ sen bedingt.

Aus der DE-OS 40 22 312 ist eine Vorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, die an der Front- und Rück­ seite des Kraftfahrzeugs angeordnete Sensoren ver­ wendet, um den Abstand zum vorausfahrenden bzw. nachfolgenden Kraftfahrzeug zu bestimmen. Eine An­ zeigevorrichtung gibt den jeweiligen Meßwert wieder und dient beispielsweise als Hilfe beim Einparken. Diese Vorrichtung ist zwar prinzipiell im fließen­ den Verkehr einsetzbar, als nachteilig ist jedoch anzusehen, daß der Fahrer anhand der gemessenen Entfernung abschätzen muß, ob eine Bremsung erfor­ derlich ist. Außerdem ist jederzeit eine den Fahrer vom Verkehr ablenkende, Unfälle begünstigende Kon­ trolle der Anzeige notwendig und Bremsvorgänge wer­ den erst nach einer Reaktionszeit des Fahrers ein­ geleitet.

Weiterhin sind Radarsysteme zur automatischen Steuerung des Abstands zu einem voraus fahrenden Fahrzeug bekannt, die jedoch technisch aufwendig und relativ teuer sind, weshalb sie für die Mehr­ zahl der Kraftfahrzeugbesitzer nicht finanzierbar sind.

Hiervon ausgehend liegt die Erfindung das Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeug so zu gestalten, daß Auffahrunfälle sicher vermieden sind, der techni­ sche und finanzielle Aufwand jedoch gering ist.

Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß der Abstandssensor nach dem Laufzeit-Prinzip mit Ultraschall arbeitet und daß der Rechner den Meßwert des Abstandssensors nach der Zeit differen­ ziert und eine Warneinrichtung aktiviert und/oder das Kraftfahrzeug abbremst, falls die Relativge­ schwindigkeit derart groß und die Entfernung so klein ist, daß ohne Bremsvorgang ein Zusammenstoß unvermeidbar ist.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, einen nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Ultraschall­ sensor als Abstandssensor zur Bestimmung der Ent­ fernung des vorausfahrenden Fahrzeugs einzusetzen. Er empfängt das von einem Sender ausgestrahlte und von einem voraus fahrenden Fahrzeug reflektierte Ul­ traschallsignal, dessen Laufzeit ein Maß für den Abstand darstellt. Ein Analog-Digitalwandler ermög­ licht die Weiterverarbeitung des Meßwerts mittels eines programmgesteuerten Rechners und, durch eine Differentiation nach der Zeit, die Bestimmung der Relativgeschwindigkeit beider Fahrzeuge. Ist sie derart groß und der Abstand so klein, daß ohne eine Abbremsung ein Zusammenstoß mit dem voraus fahrenden Fahrzeug unvermeidbar ist, aktiviert der Rechner ein Warnsignal und/oder leitet den Bremsvorgang ein. Der Fahrer kann rechtzeitig bremsen oder einem Hindernis ausweichen, so daß ein Auffahrunfall si­ cher vermieden ist.

Eine selbsttätige Verzögerung hat den Vorteil, daß die Reaktionszeit des Fahrers entfällt und die Bremswege verkürzt sind. Unter der Annahme, daß die Geschwindigkeit des voraus fahrenden Fahrzeugs kon­ stant ist, läßt sich durch einfache physikalische Überlegungen zeigen, daß ein Bremsvorgang notwendig ist, falls

x = v²/(2a)

ist, wobei x der Abstand, v die momentane Relativ­ geschwindigkeit und a die maximal erzielbare Verzö­ gerung ist. Aus Sicherheitsgründen ist jedoch be­ reits vor Unterschreiten dieses Mindestabstands ein Bremsvorgang einzuleiten, da beispielsweise auch das vorausfahrende Fahrzeug seine Geschwindigkeit reduzieren oder die Fahrbahn beispielsweise durch Glatteis bedingt einen mangelnde Reibungskoeffizi­ enten aufweisen kann. Offensichtlich ist eine In­ formation über die absolute Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht erforderlich, sofern die Reaktions­ zeit aufgrund einer selbsttätigen Verzögerung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs entfällt.

Außer als Notbremsvorrichtung ist das Sicherheits­ system zur automatischen Regelung des Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug einsetzbar, da es den not­ wendigen Sicherheitsabstand selbsttätig herstellt. Der Fahrer kann sich besser auf den Verkehr konzen­ trieren, außerdem ist der verfügbare Verkehrsraum optimal ausgenutzt, da die Fahrzeuge wegen des Weg­ falls einer Reaktionszeit beim Bremsen enger auf­ einander folgen können.

Die Vorteile der Erfindung bestehen vornehmlich darin, daß Auffahrunfälle sicher vermieden werden und daß aufgrund der Verwendung des Ultraschall- Sensors der technische sowie der finanzielle Auf­ wand gering ist. Das Sicherheitssystem ist wenig störanfällig, da auf einen bereits bekannte, be­ währten Sensortyp zurückgegriffen wird. Die zum Be­ trieb erforderliche elektrische Leistung ist nied­ rig und es arbeitet, im Gegensatz zu optischen Sy­ stemen, unabhängig von den jeweiligen Witterungs­ verhältnissen. Weiterhin ist es auch nachträglich in bereits vorhandene Kraftfahrzeuge einbaubar.

Um die Unfallwahrscheinlichkeit zu reduzieren und den Fahrkomfort zu verbessern, ist bevorzugt, daß ein weiterer Sensor die Geschwindigkeit des Kraft­ fahrzeuges mißt und das Warnsignal und/oder den Verzögerungswert in Abhängigkeit von der Geschwin­ digkeit einstellt. Bei höheren Geschwindigkeiten wird bereits bei einem Unterschreiten eines vergrö­ ßerten Sicherheitsabstandes der Bremsvorgang einge­ leitet. Bei einer automatischen Steuerung der Ge­ schwindigkeit kann bei einer Annäherung an ein vor­ ausfahrendes Fahrzeug ein kontinuierlicher Anstieg der Bremsverzögerung und nicht sofort eine unkom­ fortable, mit größtmöglicher Verzögerung erfolgende Bremsung realisiert werden. Die nähere Ausgestal­ tung der Relation zwischen Abstand, Relativ- und Absolutgeschwindigkeit und der Aktivierung des Warnsignals und/oder der Verzögerung ist im Rahmen der Erfindung beliebig, wenn berücksichtigt bleibt, daß Auffahrunfälle sicher ausgeschlossen sind.

Zur Information des Fahrers ist empfohlen, im Fahr­ zeuginnenraum ein optisch und/oder akustisch arbei­ tendes Warnsignal zu installieren. Der Fahrer kann aufgrund einer geeigneten, nicht überhör- bzw. übersehbaren Warnung möglicherweise einem unerwar­ tet erscheinenden Objekt noch rechtzeitig auswei­ chen und einen Unfall vermeiden.

Ein sicheres Erkennen von Hindernissen ist gewähr­ leistet, falls der Abstandssensor Gegenstände in einem Kegel mit einem Öffnungswinkel von 30° er­ faßt. Eine unerwünschte, Unfälle begünstigende Be­ einflussung durch den Gegenverkehr oder durch am Straßenrand positionierte, stationäre Fahrzeuge oder andere Objekte findet nicht statt, da sie au­ ßerhalb des detektierten Bereichs liegen. Anderer­ seits bleibt auch bei Krümmung der Straße der vor­ ausfahrende Verkehr stets erfaßt.

Weiterhin ist vorgeschlagen, daß ein Sensor an der Rückseite des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und den Abstand rückwärtiger Hindernisse bestimmt. Nähert sich das Fahrzeug beim Rückwärtsfahren, beispiels­ weise beim Einparken, einem Hindernis, bewirkt der Rechner bei einer Unterschreitung eines Schwellen­ werts des Abstands ebenfalls ein Warnsignal und/oder eine Abbremsung, um einen Aufprall und eine Beschädigung des Fahrzeugs und des Gegenstands zu verhindern. Dieser rückseitige Sensor empfiehlt sich insbesondere bei Lastkraftwagen und Bussen, da dem Fahrer durch die Spiegel nur ein eingeschränk­ ter rückwärtiger Sichtbereich zur Verfügung ge­ stellt wird.

Um die Verzögerung des Kraftfahrzeugs zu steuern, ist empfohlen, daß der Rechner auf die Kraftstoff­ zufuhr und/oder die Zündung und/oder die Bremsen einwirkt. Der Vorteil einer Regelung der Kraft­ stoffzufuhr und/oder der Zündung besteht darin, daß sie auf elektronischem Wege beeinflußbar sind und ist bevorzugt, falls der Rechner zur automatischen Abstandsregelung eingesetzt ist. Eine Beeinflussung der Bremsen ist trotz der Notwendigkeit der Montage eines zusätzlichen elektromagnetisch betätigten Bremsventils vorteilhaft, da eine starke Verzöge­ rung erreichbar ist, so daß Auffahrunfälle sicher vermieden werden.

Eine nasse oder insbesondere eine eisglatte Fahr­ bahn bedingt eine Verlängerung der Bremswege. Es empfiehlt sich, weitere Sensoren, die die Tempera­ tur und/oder die Feuchtigkeit der Fahrbahn ermit­ teln, anzubringen und der Rechner (über eine Akti­ vierung des Warnsignals und/oder eine Verzögerung) den Abstand zum voraus fahrenden Fahrzeug selbsttä­ tig vergrößert, falls die Fahrbahn mit Wasser be­ legt ist und/oder ihre Temperatur unterhalb des Ge­ frierpunktes liegt. Die Feuchtigkeitssensoren ar­ beiten beispielsweise im optischen Bereich oder mit Infrarot-Strahlung, während Halbleitersensoren als Temperaturfühler dienen. Der Vorteil besteht vor­ nehmlich darin, daß eine durch den Fahrbahnzustand bedingte Verlängerung des Bremsweges berücksichtigt wird und daher auch unter ungünstigen Bedingungen Unfälle vermieden werden.

Die Frequenz des Ultraschallsignals des Abstands­ sensors ist zweckmäßigerweise so hoch, daß sie au­ ßerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt, um an­ dere, am Straßenverkehr beteiligte Personen nicht zu irritieren. Frequenzen unterhalb des Hörbereichs sind nur schwer technologisch handhabbar, da rela­ tiv große Sende- und Empfangsvorrichtungen erfor­ derlich sind. Im speziellen ist empfohlen, daß die Frequenz des Ultraschallsenders über 20 kHz, also oberhalb des Hörbereichs liegt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert wird.

Sie zeigt in schematischer Darstellung ein erfin­ dungsgemäßes Kraftfahrzeug mit Sicherheitssystem.

An der Frontseite des Kraftfahrzeugs ist ein Ultra­ schallsender (2) angeordnet, der mit einer Frequenz oberhalb von 20 kHz arbeitet. Treffen die Ultra­ schallwellen auf ein Hindernis und werden reflek­ tiert, erreichen nach einer (zur Entfernung zu ei­ nem Hindernis oder voraus fahrenden Kraftfahrzeug proportionalen) Laufzeit den Abstandssensor (2′), der, wie der Sender (2), von einem programmgesteu­ erten Rechner (1) gesteuert wird. Der Rechner be­ stimmt aus der Laufzeit die Entfernung des Hinder­ nisses und - durch Differentiation nach der Zeit - die Relativgeschwindigkeit. Außerdem wird er mit­ tels eines auf der Hinterachse angeordneten Sensors (4) über die Absolutgeschwindigkeit des Kraftfahr­ zeugs informiert.

Unter Berücksichtigung der Meßwerte über den Ab­ stand, die Relativ- und Absolutgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs steuert der Rechner (1) eine Warn­ einrichtung (5) und/oder die Bremsen (3) des Kraft­ fahrzeugs in der Weise, daß bei einer Unterschrei­ tung eines Sicherheitsabstandes zum voraus fahrenden Fahrzeug ein Verzögerungsvorgang eingeleitet wird. Die Realisation des Zusammenhangs zwischen der Ak­ tivierung der Warneinrichtung und/oder der Brems­ verzögerung und den Meßwerten ist im Rahmen der Er­ findung beliebig, sofern berücksichtigt bleibt, daß Auffahrunfälle ausgeschlossen sind. Eine im Kraft­ fahrzeuginnenraum angeordnete Warneinrichtung (5) informiert den Fahrer über den selbsttätig ausge­ führten Bremsvorgang, so daß er einem unerwartet auftretenden Hindernis ausweichen und einen Unfall vermeiden kann. Weiterhin ist bevorzugt, daß der Sensor (2, 2′) Hindernisse in einem Kegel mit einem Öffnungswinkel von 30° vor dem Fahrzeug erfaßt. Vorausfahrende Fahrzeuge werden sicher detektiert, ohne eine Beeinflussung durch entgegenkommenden Verkehr oder am Straßenrand befindliche Gegenstände zu erfahren.

Im Ergebnis erhält man ein Kraftfahrzeug, das durch ein Sicherheitssystem Auffahrunfälle selbsttätig vermeidet.

Claims (8)

1. Kraftfahrzeug mit Sicherheitssystem, das einen Abstandssensor zur Bestimmung der Entfernung vor­ ausfahrender Fahrzeuge und einen programmgesteuer­ ten Rechner aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (2, 2′) nach dem Laufzeit-Prin­ zip mit Ultraschall arbeitet und daß der Rechner (1) den Meßwert des Abstandssensors (2, 2′) nach der Zeit differenziert und eine Warneinrichtung (5) aktiviert und/oder das Kraftfahrzeug abbremst, falls die Relativgeschwindigkeit derart groß und die Entfernung so klein ist, daß ohne Bremsvorgang ein Zusammenstoß unvermeidbar ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Sensor (4) die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mißt und daß der Rechner (1) bei einem Unterschreiten eines bei erhöhter Geschwin­ digkeit vergrößerten Sicherheitsabstandes die Warn­ einrichtung (5) aktiviert und/oder das Kraftfahr­ zeug abbremst.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Warneinrichtung (5) optisch und/oder akustisch arbeitet.

4. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (2, 2′) Gegenstände in einem Kegel mit einem Öffnungs­ winkel von 30° erfaßt.

5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor an der Rück­ seite des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und die Entfernung eines rückwärtigen Hindernisses bestimmt und daß der Rechner (1) bei einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs die Warneinrichtung (5) akti­ viert und/oder einen Bremsvorgang einleitet, falls der Abstand einen eingestellten Schwellenwert un­ terschreitet.

6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (1) die Kraftstoffzufuhr und/oder die Zündung und/oder die Bremsen (3) steuert.

7. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor die Tempera­ tur und/oder die Feuchtigkeit der Fahrbahn bestimmt und daß der Rechner (1) bei einem Unterschreiten eines bei Feuchtigkeit und/oder Unterschreitung des Gefrierpunkts vergrößerten Sicherheitsabstandes die Warneinrichtung (5) aktiviert und/oder das Kraft­ fahrzeug verzögert.

8. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Ultra­ schallsensors höher als 20 kHz ist.