DE10133761A1 - Verfahren und Vorrichtung zur virtuellen Lagebestimmung eines Fahrzeugaufbaus - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Lagebestimmung eines Fahrzeugaufbaus eines über eine Fahrbahn fahrenden Fahrzeugs liefert mindestens eine fahrzeugseitige Kamera in bestimmten Zeitintervallen ein Bild eines vor dem Fahrzeug liegenden Außenraums an eine fahrzeugseitige Bildverarbeitungseinrichtung und ein Bordrechner ermittelt Koordinaten eines Fluchtpunkts im Bild und transformiert diese Koordinaten in Lagekoordinaten des Fahrzeugs.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur virtuellen Lagebestimmung eines Fahrzeugaufbaus eines über eine Fahrbahn fahrenden Fahrzeugs.
• Das Wissen über die aktuelle Orientierung des Fahrzeugaufbaus relativ zur Bewegungsebene, also zur Fahrbahn, die sich in Abhängigkeit von internen und externen Einflussgrößen ändert, ist wesentlich für sicherheitsrelevante Anwendungen aus dem Bereich der Fahrerassistenz. Den Einflussgrößen Fahrzeugbeschleunigung, Lastverteilung im Fahrzeug und auf das Fahrzeug einwirkende Windverhältnisse usw. wird eine umso größere Bedeutung zugemessen je größer die Entfernungen sind, die von den Fahrerassistenzsystemen in einem Wirkungszusammenhang zum Fahrzeug und dessen Verhalten auf der Fahrbahn angenommen werden. Kenntnisse, also Daten bezüglich der aktuellen Lage des Fahrzeugaufbaus, des über eine Fahrbahn fahrenden Fahrzeugs sind beispielsweise zur Ansteuerung von Stellmotoren bei automatischen Einstellsystemen für Scheinwerfer, für die Fahrersitzposition, bei der Hinderniserkennung sowie bei Verfahren zur Ermittlung eines Spurverlaufs einer Fahrbahn relevant.
• Die zeitliche Änderung der Fahrzeuglage ist abhängig von der Art der Anregung, so sind beispielsweise durch Unebenheiten im Fahrbahnbelag angeregte Eigenschwingungen des Fahrzeugs von einer höheren Frequenz als Neigungsänderungen des Fahrzeugaufbaus aufgrund einer Fahrzeugbeschleunigung oder -verzögerung durch eine entsprechende Verstellung des Gaspedals. Eine Änderung der Lastverteilung im Fahrzeug bewirkt eine Verdrehung desselben um sämtliche Hauptträgheitsachsen in eine charakteristische und geschwindigkeitsunabhängige Lage. Die Drehung des Fahrzeugs um seine Querachse wirkt sich auf die Fahrerassistenzsysteme negativ aus, da sie die Entfernungsskalierung in der Vorausschau beeinflusst.
• Aus der DE 41 24 654 A1 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen und automatischen Fahrzeugorientierung auf einer Fahrbahn bekannt, das zur Unterscheidung zwischen einem optischen Signal einer weißen Spurbegrenzungslinie und Störungen ein dynamisches Modell von Fahrzeugquerbewegungen und einer Spurverlaufsgeometrie verwendet. Dieses dynamische Modell ermöglicht eine Formulierung einer Erwartung über die Lage und die Orientierung der Spurbegrenzungslinie in einem Videobild. Die erwartete Lage und die Orientierung der Spurbegrenzungslinie werden durch physikalische und logische Größen, die den aktuellen Zustand, in dem sich Fahrzeug und Spurverlauf befinden, beschrieben. Diese im nächsten Zeitpunkt relevanten Größen werden durch die aktuelle Fahrzeuglage sowie dessen Querdynamik und Geschwindigkeit und bekannten Daten über Spurverläufe und Straßenattribute gewonnen.
• Zur Ermittlung von Daten bezüglich der Fahrzeuglage ist aus der Praxis ein Lagesensor bekannt, der die relativ kleinen, im Bereich von wenigen zehntel Grad liegenden Winkeländerungen des Fahrzeugs registriert.
• Dieser Lagesensor ist jedoch sehr temperaturempfindlich und teuer.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur virtuellen Lagebestimmung eines Fahrzeugaufbaus der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei mit einer hohen Genauigkeit und bei relativ geringen Kosten Daten bezüglich der Lage des Fahrzeugaufbaus geliefert werden sollen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
  
• - mindestens eine fahrzeugseitige Kamera in bestimmten Zeitintervallen ein Bild eines vor dem Fahrzeug liegenden Außenraums an eine fahrzeugseitige Bildverarbeitungseinrichtung liefert und
• - ein Bordrechner Koordinaten eines Fluchtpunkts im Bild . ermittelt und diese Koordinaten in Lagekoordinaten des Fahrzeugs transformiert.
• Merkmale einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus dem Patentanspruch 6.
• Eine Kamera als bildgebender Sensor ist bezüglich ihrer Abbildungsgeometrie innerhalb eines spezifizierten Bereiches temperaturunabhängig und liefert gemeinsam mit der Bildverarbeitungseinrichtung, die Teil eines beliebigen Fahrerassistenzsystems sein kann, Daten für die Koordinaten eines Fluchtpunkts im Bild zur Berechnung der Lagekoordinaten des Fahrzeugs. Diese Komponenten können relativ kostengünstig in ein Fahrerassistenzsystem integriert werden. Der Fluchtpunkt in der Bildebene entspricht einem unendlich fernen. Punkt in der Bewegungsebene, auf den eine rein translatorische Bewegung gerichtet ist. Im Fluchtpunkt treffen sich bei perspektivischer Projektion alle Linien im Bild, die im Dreidimensionalen parallel zur Bewegungsrichtung der Kamera verlaufen. Aus den Fluchtlinien werden Schnittpunkte gebildet und der Fluchtpunkt als gewichteter Mittelwert aller Schnittpunkte abgeschätzt. Aus den Koordinaten des Fluchtpunkts im Bild lassen sich mit einer hohen Zuverlässigkeit Lagekoordinaten des Fahrzeugs berechnen, die sich beispielsweise in Abhängigkeit von der Lastverteilung im Fahrzeug, dessen Beschleunigung sowie Umwelteinflüssen ändern. Die Berechnungszyklen der Lagekoordinaten sind im Wesentlichen von der Taktfrequenz der Kamera abhängig.
• Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ermittelt der Bordrechner die vertikale Koordinate des Fluchtpunkts im Bild und berechnet die Lagekoordinate bezüglich einer Drehung des Fahrzeugs um seine Querachse. Die Drehung des Fahrzeugs um seine Querachse, die durch den Nickwinkel beschrieben wird, verschiebt den Fluchtpunkt im Bild in Abhängigkeit von der Drehrichtung nach oben oder unten. Somit besteht zwischen der vertikalen Koordinate des Fluchtpunkts und dem Nickwinkel ein funktionaler Zusammenhang, der sich aus der Abbildungsgeometrie ergibt. Im Weiteren vereinfacht die Beschränkung auf die vertikale Koordinate des Fluchtpunkts das Verfahren, da unabhängig von der Drehlage des Fahrzeugs um seine Hochachse die vertikale Koordinate des Fluchtpunkts mit der Vertikalkoordinate des Schnittpunktes aller parallel zur Fahrbahntangente fluchtenden Gegenstände übereinstimmt. Solche Gegenstände können unter anderem auch Fahrspurmarkierungen sein. Die zur Fahrbahntangente fluchtenden Gegenstände werden mittels geeigneter Bildverarbeitungsverfahren extrahiert und ausgewertet. Aufgrund der Kenntnis von der Drehung des Fahrzeugs um seine Querachse kann beispielsweise die Entfernungsskalierung in der Vorausschau bei einem Fahrerassistenzsystem korrigiert werden.
• Bevorzugt bildet der Bordrechner Differenzwerte zu Referenzkoordinaten des Fahrzeugs im unbelasteten Ruhezustand. Die relevanten mit dem Bordrechner gekoppelten Systeme werden auf die Referenzkoordinaten im unbelasteten Zustand des Fahrzeugs abgestimmt und um die Differentwerte verändert. Der lastabhängige Abgleich der gekoppelten Systeme erfolgt somit aus der zeitlichen Mittelung des Unterschieds zwischen dem aktuellen Fluchtpunkt und dem im unbelasteten Zustand gemessenen Fluchtpunkt.
• Da ein Einschwingen des Systems mit einer gleitenden Mittelwertbildung relativ lange Zeit in Anspruch nimmt, filtert bevorzugt der Bordrechner hochfrequente Änderungen der Koordinaten des Fluchtpunkts zu den Referenzkoordinaten mit einem Tiefpass aus.
• Eine relativ kurze Einschwingzeit des Systems wird dadurch erzielt, dass zweckmäßigerweise ein Tiefpass höherer Ordnung zur Glättung der Änderungen verwendet wird.
• Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

1. Verfahren zur virtuellen Lagebestimmung eines Fahrzeugaufbaus eines über eine Fahrbahn fahrenden Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine fahrzeugseitige Kamera in bestimmten Zeitintervallen ein Bild eines vor dem Fahrzeug liegenden Außenraums an eine fahrzeugseitige Bildverarbeitungseinrichtung liefert und
ein Bordrechner Koordinaten eines Fluchtpunkts im Bild ermittelt und diese Koordinaten in Lagekoordinaten des Fahrzeugs transformiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bordrechner die vertikale Koordinate des Fluchtpunkts im Bild aus Objektkanten ermittelt, die zur Fahrbahntangente parallel verlaufen, und damit die Lagekoordinate bezüglich einer Drehung des Fahrzeugs um seine Querachse berechnet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bordrechner Differenzwerte zu Referenzkoordinaten des Fahrzeugs im unbelasteten Ruhezustand bildet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bordrechner hochfrequente Änderungen der Koordinaten des Fluchtpunkts zu den Referenzkoordinaten mit einem Tiefpass ausfiltert.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tiefpass höherer Ordnung zur Glättung der Änderungen verwendet wird.

6. Vorrichtung zur virtuellen Lagebestimmung eines Fahrzeugaufbaus eines über eine Fahrbahn fahrenden Fahrzeugs, gekennzeichnet durch mindestens eine fahrzeugseitige Kamera zur Lieferung von Bildern eines vor dem Fahrzeug liegenden Außenraums an eine fahrzeugseitige Bildverarbeitungseinrichtung sowie durch einen Bordrechner, der Koordinaten eines Fluchtpunkts in den Bildern ermittelt und diese Koordinaten in Lagekoordinaten des Fahrzeugs transformiert.