Aus der DE 101 32 386 AI ist ein Verfahren zum Assistieren eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges bekannt, in welchem eine Vorhersage der aktuellen Situation des Umfeldes des Kraft- fahrzeuges aus mit mehreren Umgebungserfassungssensoren er- fassten Informationen über die äußere Umgebung des Kraftfahr- zeuges abgeleitet wird. Die erfassten Informationen werden einer Sensorfusion und einer Szeneninterpretation unterzogen, wodurch unter Verwendung von Bewegungsmodellen und Formmodel- len eine konsistente räumlich-zeitliche Beschreibung der das Kraftfahrzeug umgebenden Szene ermittelt wird. Zusätzlich wird eine Vorhersage der Fahrerreaktion getroffen. Die Fah- rerreaktionsvorhersage wird mit der Situationsvorhersage ver- knüpft, um geeignete Kraftfahrzeugmanöver, beispielsweise ei- ne automatische Notbremsung, in die Wege zu leiten. Durch die Verknüpfung der Fahrerreaktionsvorhersage mit der Situations- vorhersage ist es möglich in Abhängigkeit vom Verhalten des Fahrers auf die aktuelle Situation zu reagieren, d. h. es wird das Gesamtsystem, bestehend aus dem Fahrer und dem Kraftfahrzeug, in der Verkehrsumgebung einer Bewertung unter- zogen.

Außerdem wird in der EP 0 545 437 B1 ein Verfahren zur Ver- meidung von Kollisionen beschrieben, bei welchem das Aus- gangssignal einer ein Hindernis erkennenden Abstandsmessvor- richtung einer Auswertevorrichtung zugeführt wird. Der Mess- bereich der Abstandsmessvorrichtung ist in Sicherheitszonen eingeteilt, die sich in unterschiedlichem Abstand vom Kraft- fahrzeug entfernt befinden und denen jeweils eine individuel- le vorgegebene Reaktionsmaßnahme zugeordnet ist. Die Auswer- tevorrichtung führt selbsttätig die für die jeweilige Sicher- heitszone vorgesehene Reaktionsmaßnahme aus, wenn sich das Kraftfahrzeug in den jeweiligen Sicherheitszonen befindet und der Abstand zu dem Hindernis weiter verringert wird.

Des weiteren ist aus der DE 43 02 527 AI eine an einem Kraft- fahrzeug angeordnete Vorrichtung zum Erfassen eines Hinder- nisses in einem Nachweisbereich bekannt, welcher sich vor dem Kraftfahrzeug erstreckt. Die Vorrichtung zum Nachweisen des Hindernisses umfasst eine Einrichtung zum Aufteilen des Nach- weisbereiches in eine Mehrzahl von Teilzonen mit einer kegel- förmigen Ausgestaltung und unterschiedlichen Gefährdungsgra- den, einer Einrichtung zum Erfassen des Hindernisses in jeder der engen Teilzonen, einer Entscheidungseinrichtung zum Beur- teilen eines Gefährdungsgrades des Hindernisses in dem Nach- weisbereich und einer Rückschlusseinrichtung zum Ableiten ei- nes korrigierten Fahrweges des Kraftfahrzeuges in dem Nach- weisbereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erfassungsvor- richtung eines Kraftfahrzeuges zur Erfassung eines Hindernis- ses in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeuges anzugeben, welche eine gegenüber dem Stand der Technik vereinfachte Funktionalität aufweist. Außerdem soll ein Sicherheitssystem für einen fahrerlosen Betrieb eines Kraftfahrzeuges angegeben werden.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Erfassungs- vorrichtung eines Kraftfahrzeuges zur Erfassung eines Hinder- nisses in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Erfindungsgemäß ist die erste Recheneinheit zur Generierung der ersten Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Vorhanden- sein des Hindernisses in dem mit der ersten Umgebungssensor- einheit erfassten Umgebungsbereich vorgesehen, wobei der Um- gebungsbereich in eine vorgegebene Anzahl von Felder aufge- teilt wird und für jedes vorgegebene Feld ein Wahrscheinlich- keitswert als Maß für das Vorhandensein des Hindernisses in dem jeweiligen Feld bestimmt wird. Die erste Recheneinheit und die erste Umgebungssensoreinheit sind Bestandteil der Er- fassungsvorrichtung des Kraftfahrzeuges. Durch Aufteilung des Umgebungsbereiches mittels einer Gitterstruktur in die vorge- gebene Anzahl von Felder, welche den vorgegebenen Umgebungs- bereich vollständig abdecken, ist eine einfache Erfassung und Lokalisierung des Hindernisses im Umgebungsbereich des Kraft- fahrzeuges gewährleistet. Besonders geeignet ist die Erfas- sungseinrichtung für einen fahrerlosen Betrieb, insbesondere einem Rangierbetrieb. Der Umgebungsbereich umfasst hier in der Regel einen unmittelbaren Vorausbereich des Kraftfahrzeu- ges mit einer typischen Tiefe von etwa 3 m. Dieser Vorausbe- reich wird dann beispielsweise in viereckige Felder mit einer Seitenlänge von ca. 0,5 m aufgeteilt. Im Rangierbetrieb wer- den Kraftfahrzeuge in der Regel mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 7 km/h bewegt. Die Praxis hat erwiesen, dass mit der erfindungsgemäßen Erfassungseinrichtung die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges in etwa verdoppelt werden kann, ohne dass es zu Kollisionen mit einem Hindernis im Umgebungsbereich des Kraftfahrzeuges kommt. Die Erfassungseinrichtung kann bei entsprechender Anordnung auch zur Überwachung eines rückwär- tigen Umgebungsbereiches des Kraftfahrzeuges eingesetzt wer- den.

In einer Ausgestaltung ist eine zweite Umgebungssensoreinheit zur Erfassung des Hindernisses in dem mit der ersten Umge- bungssensoreinheit erfassten Umgebungsbereich vorgesehen. Mit einer zweiten Recheneinheit wird eine zweite Wahrscheinlich- keitsverteilung für die Erfassung des Hindernisses mit der zweiten Umgebungssensoreinheit generiert, wobei ebenfalls für jedes vorgegebene Feld des Umgebungsbereiches ein Wahrschein- lichkeitswert als Maß für das Vorhandensein des Hindernisses in dem jeweiligen Feld bestimmt wird. Dabei ist es von Vor- teil, eine Fusionsplattform zur Generierung einer dritten Wahrscheinlichkeitsverteilung vorzusehen, welche aus der ers- ten und der zweiten Wahrscheinlichkeitsverteilung feldweise gebildet wird. Anschließend wird dasjenige Feld der dritten Wahrscheinlichkeitsverteilung mit dem größten Wahrscheinlich- keitswert ermittelt und wenn dieser Wahrscheinlichkeitswert größer als ein vorgegebener Wahrscheinlichkeitsschwellenwert ist, auf das Vorhandensein des Hindernisses im Umgebungsbe- reich des Kraftfahrzeuges geschlossen. Durch die Erfassung eines Umgebungsbereiches mit wenigstens zwei Umgebungssensor- einheiten kann die Genauigkeit bzw. die Sicherheit des Ergeb- nisses, d. h. ob ein Hindernis tatsächlich im Umgebungsbe- reich erfasst wird, verbessert werden. Die vorgegebenen Fel- der des Umgebungsbereiches weisen eine Nummerierung auf. Zur Bestimmung der dritten Wahrscheinlichkeitsverteilung für ein bestimmtes Feld werden jeweils die Wahrscheinlichkeitswerte der Felder der ersten und der zweiten Wahrscheinlichkeitsver- teilung mit derselben Nummer herangezogen, wodurch sich der Begriff"feldweise Bildung"erklärt. Die sogenannte Fusion der Wahrscheinlichkeitswerte kann nach verschiedenen Ansätzen der Wahrscheinlichkeitsrechnung erfolgen.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die erste und die zwei- te Umgebungssensoreinheit verschiedene physikalische Mess- prinzipien auf, wobei die erste und/oder die zweite Umge- bungssensoreinheit jeweils mehrere Sensoren umfassen kann.

Durch den Einsatz verschiedener Messprinzipien, insbesondere durch den Einsatz von Radarsensoren und einer Kamera, wird die Erfassungsgenauigkeit weiter gesteigert. Änderungen der Umgebungsbedingungen, beispielsweise eine Veränderung der Witterungsbedingungen, wirken sich dadurch nicht einschrän- kend auf den Betrieb der Erfassungsvorrichtung aus. Eine Um- gebungssensoreinheit kann auch mehrere Sensoren vom gleichen Messprinzip umfassen, beispielsweise können mehrere Radarsen- soren in einer Ebene parallel zur Straßenoberfläche an der Vorderseite des Kraftfahrzeuges angeordnet sein, die den Um- gebungsbereich überwachen und deren Sensorwerte zur Bildung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung verwendet werden.

Vorzugsweise sind die beiden Umgebungssensoreinheiten derge- stalt am Kraftfahrzeug angeordnet, dass sie den Umgebungsbe- reich aus verschiedenen Neigungswinkeln gegenüber einer Fahr- bahnoberfläche erfassen. Hierdurch wird eine räumliche Über- wachung des Umgebungsbereiches ermöglicht. Ein Hindernis, welches beispielsweise unter einem Neigungswinkel von 0 Grad (parallel zur Straßenoberfläche) nicht erfasst wird, kann von der unter einem anderen Neigungswinkel angeordneten Umge- bungssensoreinheit detektiert werden. Bei diesem Hindernis kann es sich beispielsweise um einen größeren Stein auf der Straße handeln.

Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Sicherheits- system für einen fahrerlosen Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruches 8.

Das Sicherheitssystem für den fahrerlosen Betrieb des Kraft- fahrzeuges umfasst erfindungsgemäß neben der Erfassungsvor- richtung eine im Kraftfahrzeug angeordnete Fahrtverlaufkon- trolleinheit, welche eingangsseitig von der Fusionsplattform, welche als erste Eingangsinformation einen Hinweis für das Vorhandensein des Hindernisses im Umgebungsbereich des Kraft- fahrzeuges der Fahrtverlaufkontrolleinheit zur Verfügung stellt, und einem Leitrechner des Kraftfahrzeugs, welcher als zweite Eingangsinformation einen gewünschten Fahrtverlauf für das Kraftfahrzeug der Fahrtverlaufkontrolleinheit zur Verfü- gung stellt, angesteuert wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in den Figuren näher erläutert. Dabei zeigen : Fig. 1 eine in einem Kraftfahrzeug angeordnete Erfassungs- einrichtung zur Erfassung eines Hindernisses in ei- nem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeuges in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung ; Fig. 2 einen in eine vorgegebene Anzahl von Feldern aufge- teilter Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeuges in einer Draufsicht ; und Fig. 3 ein Sicherheitssystem für einen fahrerlosen Betrieb eines Kraftfahrzeuges in einem Blockschaltbild.

Gemäß Fig. 1 umfasst eine Erfassungsvorrichtung 1 eines Kraftfahrzeuges 2 zur Erfassung eines Hindernisses 3 in einem Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeuges 3 eine erste Umge- bungssensoreinheit 5 und eine zweite Umgebungssensoreinheit 6. Der Umgebungsbereich 4 kann insbesondere der unmittelbare Vorausbereich des Kraftfahrzeuges 2 sein. Die Öffnungskegel der beiden Umgebungssensoreinheiten 5,6 sind durch die ge- brochenen Linien 7 bzw. 8 angedeutet. In diesem Ausführungs- beispiel wird das Hindernis 6 sowohl mit der Umgebungssensor- einheit 5 als auch mit der Umgebungssensoreinheit 6 erfasst.

Der ersten Umgebungssensoreinheit 5 ist eine erste Rechenein- heit 9 zur Generierung einer ersten Wahrscheinlichkeitsver- teilung für das Vorhandensein des Hindernisses 3 in dem mit der ersten Umgebungssensoreinheit 5 erfassten Umgebungsbe- reich 4 nachgeschaltet. Außerdem ist der zweiten Umgebungs- sensoreinheit 6 eine zweite Recheneinheit 10 zur Generierung einer zweiten Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Erfassung des Hindernisses 3 im Umgebungsbereich 4 mit der zweiten Um- gebungssensoreinheit 6 nachgeschaltet.

Der Umgebungsbereich 4 ist gemäß Fig. 2 in eine vorgegebene Anzahl von Felder 11 aufgeteilt, wobei jedem Feld 11 eine ei- gene Adressierungsnummer zugewiesen ist. Die Felder 11 sind in diesem Ausführungsbeispiel viereckig ausgebildet, sie kön- nen aber auch eine andere Ausgestaltung, beispielsweise in Form von gleichseitigen Dreiecken, aufweisen. Der Umgebungs- bereich 4 ist in 4x4 Felder aufgeteilt. Die Gesamtzahl der Felder deckt den gesamten Umgebungsbereich 4 ab, wobei die Größe der Felder so gewählt wird, dass das Hindernis 3 mit einer ausreichenden Ortsauflösung erfasst werden kann.

Für jedes vorgegebene Feld 11 wird jeweils ein Wahrschein- lichkeitswert für die erste und die zweite Wahrscheinlich- keitsverteilung als Maß für das Vorhandensein des Hindernis- ses 3 in dem jeweiligen Feld 11 bestimmt. Der Wahrscheinlich- keitswert für jede Zelle weist einen Betrag zwischen 0 und 1 auf. Jeweils 1 Byte enthält die Information für zwei Felder 11. Durch die Skalierung auf ein halbes Byte pro Feld 11 kön- nen die Wahrscheinlichkeitswerte in 1/15 Schritten zugeordnet werden.

Die erste und die zweite Wahrscheinlichkeitsverteilung werden jeweils in Form eines Datenpaketes über einen Datenbus, bei- spielsweise einen CAN-Bus (Controller Area Network), von den beiden Recheneinheiten 9,10 an eine Fusionsplattform 12, siehe Fig. 1, weitergeleitet. Die Fusionsplattform 12 ist zur Generierung einer dritten Wahrscheinlichkeitsverteilung vor- gesehen, welche aus der ersten und der zweiten Wahrschein- lichkeitsverteilung feldweise gebildet wird. Anschließend wird das Feld 11 der dritten Wahrscheinlichkeitsverteilung mit dem größten Wahrscheinlichkeitswert ermittelt. Wenn die- ser ermittelte Wahrscheinlichkeitswert größer als ein vorge- gebener Wahrscheinlichkeitsschwellenwert ist, wird auf das Vorhandensein des Hindernisses 3 im Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeuges 2 geschlossen.

In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die feldweise Bildung der dritten Wahrscheinlichkeitsverteilung nach dem Bayesschen Satz über bedingte Wahrscheinlichkeiten in der Form : A ist die Annahme, dass das entsprechende Feld 11 mit dem Hindernis 3 belegt ist. mA hingegen ist die Annahme, dass das entsprechende Feld 11 nicht mit dem Hindernis 3 belegt ist.

Bi ist der mit der i-ten Umgebungssensoreinheit 5,6 ermit- telte Wahrscheinlichkeitswert für das entsprechende Feld 11.

Außerdem wird n gleich 2 für die Anzahl der in der Erfas- sungsvorrichtung 1 eingesetzten Umgebungssensoreinheiten 5,6 gewählt. Die feldweise Bildung der dritten Wahrscheinlich- keitsverteilung kann aber auch nach anderen Ansätzen erfol- gen.

Die erste Umgebungssensoreinheit 5 umfasst in diesem Ausfüh- rungsbeispiel eine vorgegebene Anzahl von nicht weiter darge- stellten Radarsensoren, die in einer Ebene parallel zur Fahr- bahnoberfläche 13 vorderseitig am Kraftfahrzeug 2 angeordnet sind. Eine Auswertung der Messsignale der Radarsensoren lie- fert die erste Wahrscheinlichkeitsverteilung. Die zweite Um- gebungssensoreinheit 6 umfasst eine optische Kamera. Es ist von Vorteil, wenn die erste und die zweite Umgebungssensor- einheit 5,6 Sensoren umfassen, die nach unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien arbeiten. Eventuelle Nachteile eines Messprinzips bei der Erfassung des Hindernisses 3 in Abhängigkeit von den vorliegenden Umgebungsbedingungen können durch ein zweites Messprinzip aufgehoben werden. Grundsätz- lich können alle für eine Umgebungserfassung geeigneten phy- sikalischen Messprinzipien in der Erfassungsvorrichtung 1 eingesetzt werden. Die Anzahl der einzusetzenden Sensoren für die jeweilige Umgebungssensoreinheit 5,6 ist anordnungsab- hängig wählbar. In einem weiteren nicht dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel umfasst die Erfassungsvorrichtung 1 nur eine Umgebungssensoreinheit 5,6.

Die beiden Umgebungssensoreinheiten 5,6 sind dergestalt am Kraftfahrzeug 2 angeordnet sind, dass sie den Umgebungsbe- reich 4 aus verschiedenen Neigungswinkeln gegenüber einer Fahrbahnoberfläche 13 erfassen. Während die erste Umgebungs- sensoreinheit 5 einen ersten Ausschnitt aus der Umgebung des Kraftfahrzeuges 2 erfasst, der nahezu parallel zur Fahrbahn- oberfläche ist, erfasst die zweite Umgebungssensoreinheit 6 einen gegenüber dem ersten Ausschnitt geneigten zweiten Aus- schnitt aus der Umgebung des Kraftfahrzeuges 2. Die Kamera der zweiten Umgebungssensoreinheit 6 ist hierfür in einem oberen vorderen Bereich des Kraftfahrzeuges 2 angeordnet.

Beide Umgebungssensoreinheiten 5,6 erfassen jedoch den Umge- bungsbereich 4 vollständig. Durch die unterschiedliche Nei- gung der Sensierungsbereiche der Umgebungssensoreinheiten 5, 6 gegeneinander ist eine optimale Erfassung des Hindernisses 3 gewährleistet, insbesondere auch in einem räumlichen Be- reich.

Fig. 3 zeigt ein Sicherheitssystem 14 für einen fahrerlosen Betrieb des Kraftfahrzeuges 2, insbesondere für einen Last- kraftwagen, umfassend die Erfassungsvorrichtung 1. Eine im Kraftfahrzeug 2 angeordnet Fahrtverlaufkontrolleinheit 15 wird eingangsseitig von der Fusionsplattform 12 der Erfas- sungsvorrichtung 1 und einem Leitrechner 16 des Kraftfahr- zeugs 2 angesteuert. Die Fusionsplattform 12 stellt als erste Eingangsinformation die dritte Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Vorhandensein des Hindernisses 3 im Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeuges 2 der Fahrtverlaufkontrolleinheit 15 zur Verfügung. Die erste Eingangsinformation kann aber auch anstelle der dritten Wahrscheinlichkeitsverteilung einen an- ders dargestellten Hinweis über das Vorhandensein des Hinder- nisses 3 im Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeuges 2 enthal- ten. Der Leitrechner 16 des Kraftfahrzeugs 2 stellt als zwei- te Eingangsinformation einen gewünschten Fahrtverlauf für das Kraftfahrzeug 2 der Fahrtverlaufkontrolleinheit 15 zur Verfügung. In einer weiteren nicht weiter dargestellten Aus- gestaltung, insbesondere ohne den Leitrechner 16, kann das Sicherheitssystem 14, auch für den Betrieb eines Kraftfahr- zeuges 2 mit einem Fahrer vorgesehen sein.

Die Fahrtverlaufkontrolleinheit 15 steuert eine Antriebs- strangsteuereinheit 17 an, welche wiederum zur Durchführung eines Fahrmanövers einen Motor 18, eine Bremse 19, eine Len- kung 20 und/oder ein Getriebe 21 des Kraftfahrzeuges 2 an- steuert. Das geeignete Fahrmanöver wird in Abhängig vom Vor- handensein und der Position des Hindernisses 3 im Umgebungs- bereich 4 des Kraftfahrzeuges 2 und von seinem gewünschten Fahrtverlauf von der Antriebsstrangsteuereinheit 17 festge- legt.

Die erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung 1 zeichnet sich durch eine optimierte Funktionalität aus. Ihre Realisierung ist kostengünstig zu erreichen, da neben den bereits im Kraftfahrzeug 2 vorhandenen Hardwarekomponenten keine zusätz- lichen Komponenten benötigt werden. Die erste und die zweite Recheneinheit 9,10 sowie die Fusionsplattform 12 können Be- standteil eines Rechners sein.