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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umfeldüberwachung
eines Fahrzeuges.
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Vorbekannt
sind Systeme zur Umfeldüberwachung
von Fahrzeugen, welche beispielsweise zur Vermessung von Parklücken oder
zur Überwachung eines
rückwärtigen Bereiches
des Fahrzeuges dienen.
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So
zeigt die
DE 38 44
340 A1 eine Einrichtung zur Vermessung der Parklücke, bei
welcher mehrere Sensoren im Außenbereich
des Fahrzeuges, welche vorzugsweise in die Stoßstange integriert sind, mittels
einer schwenkbaren Antenne den Abstand zu Hindernissen im Sichtbereich
der Sensoren vermessen. Die Sensoren führen dabei einen Scan in einem
vordefinierten Winkelbereich, in einer parallel zur Fahrbahn liegenden
Ebene, aus, wobei die Antenne ebenfalls in einer Ebene vertikal
verschwenkt wird, um den vertikalen Raum der Parklücke zu vermessen.
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Weiterhin
vorbekannt ist aus der
DE 101
46 712 eine Einparkhilfsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, welche Sensoren
mit flächenförmiger Abstrahlcharakteristik
aufweist, die senkrecht zueinander angeordnet sind und somit gleichzeitig
eine vertikale und horizontale Ebene erfassen können. Es wird eine sogenannte „Kreuzkeule” gebildet,
welche für
Radar- bzw. Ultraschallsensoren, die eine systembedingte Aufweitung
der Strahlkeule aufweisen. Es wird hier ein grundsätzlich anderer
Ansatz verfolgt. Mittels sehr schmaler Erfassungsbereiche wird ein
Hindernis möglichst
punktgenau erfasst, wobei der Erfassungsbereich lediglich eine kleine
Aufweitung aufweist und das räumliche
Abbild durch ein Verschwenken des Sensors oder durch eine Ablenkung
des Sendestrahl erreicht wird. Die erfassten Abstände, welche
auf Basis des reflektierten Signals berechnet werden, sind ortsaufgelöst entsprechend
dem Abstrahlwinkel zuordenbar.
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Weiterhin
vorbekannt ist aus der
DE 198
06 150 eine Objekterfassungseinrichtung, welche mehrere
streifenförmige
Ebenen zur Objekterfassung auswertet, wobei die Ebenen in Fahrzeuglängsrichtung
hintereinander oder in einem verschiedenen Abstrahlwinkel zur Fahrtrichtung
geneigt, vermessen werden. Es erfolgt eine Erfassung verschiedener
vertikaler Messebenen, um stehende von fahrenden Objekten unterscheiden
zu können.
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Vorbekannt
ist aus der
DE 103
43 331 A1 ein Verfahren zum Erfassen der Kontur eines Hindernisses
in der Umgebung eines Fahrzeuges. Hierfür werden mehrere horizontale
und/oder vertikale Messebenen erfasst, wobei die Lage der Messebenen
einmal in oder entgegen der Fahrtrichtung geneigt werden oder mehrere
Messebenen, welche sich in horizontaler Lage zur Fahrbahn befinden,
mit unterschiedlichem Neigungswinkel erfasst werden, so dass parallel
zum Horizont verschiedene Höhenlagen
der Fahrbahn bzw. der zu erfassenden Hindernisse nacheinander abgetastet
werden. Es erfolgt jeweils nur die Erfassung einer Messebene, eine
Redundanz des Messsignals wird durch die Auswertung mehrerer Messebenen,
aus welchen ein gemitteltes Abstandssignal gewonnen wird, erreicht,
wobei die Messwerte zu unterschiedlichen Abtastzeiten während der
Vorbeifahrt am Fahrzeug ermittelt werden.
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Weiterhin
vorbekannt ist aus der
DE
195 07 957 C1 ein Umfeldüberwachungssystem, welches mittels
Infrarot-Abtatssytemen, vorzugsweise in den Seitenspiegeln, den
seitlich eines Fahrzeuges gelegenen rückwärtigen Bereich erfasst, um
insbesondere bei LKW-Anwendungen den für den Fahrer nicht sichtbaren
Bereich zu überwachen.
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Aus
der
DE 102 27 221
A1 ist eine dreidimensionale Überwachung des Fahrzeuginnen-
und -außenraumes
mittels 360°-Rundsichtkameras
bekannt, wobei zur Erfassung von Objekten außerhalb des Fahrzeugraumes
eine zusätzliche
Kamera benötigt
wird. Dabei erfolgt, nach Ausrichtung der zusätzlichen Kamera auf das zu
erfassende Objekt, eine Überdeckung
des Erfassungsbereiches der beiden Kameras.
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Aus
der
DE 198 03 068
A1 ist eine Airbag-Sensorik zur Auslösung eines Seitenairbags in einem
Kraftfahrzeug bekannt, bei der zwei Millimeterwellen abstrahlende
Sensoren in der Fahrzeugtür
zueinander beabstandet angeordnet sind.
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Die
Umfeldüberwachungssysteme
sind aufgrund der fehlenden Redundanz und Genauigkeit für einen
Einsatz zur Erkennung eines bevorstehenden Seitenaufpralls ungeeignet.
Strahlbasierte Systeme weisen hierfür eine zu geringe Aufweitung
auf und erfassen das Umfeld nur punktuell. Weiterhin fehlt im Stand
der Technik eine Redundanz der Information im für den Fahrer besonders gefährlichen
Bereich dicht neben dem Fahrzeug.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Umfeldüberwachung sowie
ein mit der Umfeldüberwachungsvorrichtung ausgerüstetes Seitenaufprallüberwachungssystem anzugeben,
welches die Überwachung
des seitlichen Bereiches neben dem Fahrzeug mit hoher Sicherheit gewährleistet
und damit unter allen Fahrbedingungen eine Vorhersage eines eventuellen
Seitenaufpralls ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird für
eine Vorrichtung zur Umfeldüberwachung
gemäß der Merkmale
des Anspruches 1 und für
ein Verfahren gemäß der Merkmale
des Anspruches 3 gelöst.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
weist die Vorrichtung zur Umfeldüberwachung
für die
Erkennung eines Seitenaufpralls wenigstens zwei bildverarbeitende
Sensoren auf, deren Erfassungsbereiche sich überdecken, wobei sich der Überdeckungsbereich neben
dem Fahrzeug erstreckt. Bildgebende Sensoren sind zur Umfeldüberwachung
besonders geeignet, da sie ein zweidimensionales Gesamtbild der Umgebung
aufnehmen und mittels Algorithmen der Bildverarbeitung aus den aufgenommenen
Kontrasten Objekte identifiziert werden können. Bildgebende Sensoren
sind daher hinsichtlich der Erkennung und Klassifizierung von Objekten
hervorragend geeignet, weisen jedoch hinsichtlich der Geschwindigkeitsbestimmung
für die
erfassten Objekte Nachteile auf. Diesen Nachteil umgeht die erfindungsgemäße Ausgestaltung,
indem die Eigenschaft bildgebender Sensoren bzw. die Möglichkeiten
der Auswertealgorithmen genutzt werden, die sich senkrecht zur Bildebene
bewegende Objekte hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit besonders gut
klassifizieren zu können
Weiterhin kann in vorteilhafter Weise eine Ortsbestimmung mittels
Triangulation vorgenommen werden, da sich die Erfassungsbereiche
neben dem Fahrzeug überdecken.
Die Genauigkeit der Berechnung ist insbesondere neben dem Fahrzeug
sehr gut, da die zur Triangulation verwendeten Sensoren einen großen, wenigstens
den Bereich der Insassenkabine überdeckenden
Abstand voneinander aufweisen. Das System zur Umfeldüberwachung
ist am Fahrzeug für
die jeweilige Fahrzeugseite ausgebildet und erkennt einen bevorstehenden
Seitenaufprall auf beiden Seiten.
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Die
erfindungsgemäße Umfeldüberwachung ist
für ein
System zur Erkennung eines bevorstehenden Seitenaufpralls aufgrund
der geforderten Erkennungssicherheit besonders geeignet. Insbesondere die
Wirkung der Systeme zum Insassenschutz. wie Gurtstraffer, Airbag
usw., verbessert sich mit einer Früherkennung des Aufpralls. Hier
können
bereits vor dem Eintritt des Aufpralls Aktoren vorkonditioniert werden
oder die insassensichernden Einrichtungen, wie Gurtstraffer etc.,
ausgelöst
werden. Weiterhin können
aktive Sicherheitssysteme, wie die Karosserie im Aufprall versteifende
oder deformationswegerhöhende
Einrichtung vorkonditioniert, parametriert oder bereits ausgelöst werden.
Mit Kenntnis der Art bzw. Richtung eines eventuell kollidierenden
Fahrzeuges kann weiterhin beispielsweise ein Airbag gezielt ausgelöst werden.
Diese Einrichtungen zum Insassenschutz bewirken für den Fahrer
deutlich spürbare
Eingriffe und sind in den meisten Fällen irreversibel, so dass
eine Fehlerkennung unbedingt ausgeschlossen werden muss. Hierzu
ist die Verwendung bildgebender Sensoren besonders geeignet, da
diese eine komplexe zweidimensionale Analyse des jeweiligen Sensorabbildes
erlauben. Die Redundanz der Information im sicherheitsrelevanten
Bereich, direkt neben dem Fahrzeug, ist aufgrund der Verwendung
wenigstens zweier Sensoren mit überdeckendem
Erfassungsbereich besonders günstig.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
erstreckt sich der Erfassungsbereich der bildverarbeitenden Sensoren
entlang der seitlichen Fahrzeugerstreckung und weitet sich mit Abstand
zum Fahrzeug auf. Mit dieser Ausrichtung der Sensorik ist der gesamte
seitliche Verlauf der Fahrzeugkarosserie im Erfassungsbereich der
Sensoren, so dass der sicherheitsrelevante Bereich optimal erfassbar
ist. Die Aufweitung mit Abstand zum Fahrzeug erlaubt eine Früherkennung
von Objekten, so dass die Algorithmen der Objektbildung, welche
aus den erfassbaren Kontrastunterschieden verfolgbare Objekte bilden,
bereits vor dem Eintritt in den sicherheitsrelevanten Bereich erfolgt
sind und dadurch mit geringerem Rechen- und Zeitaufwand eine Verfolgung
dieser Objekte im sicherheitsrelevanten Bereich stattfinden kann.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
weist die Vorrichtung zur Umfeldüberwachung
für die
Erkennung eines Aufpralls wenigstens zwei bildgebende Sensoren,
z. B. CCD-Kameras,
auf, deren Erfassungsbereiche sich neben dem Fahrzeug überdecken,
wobei sich der Überdeckungsbereich
jeweils entlang des Fahrzeugseitenbereichs erstreckt. Bildgebende
Sensoren sind zur Umfeldüberwachung
besonders geeignet, da sie ein zweidimensionales Gesamtbild der Umgebung
aufnehmen und mittels Algorithmen der Bildverarbeitung aus den aufgenommenen
Kontrastunterschieden Objekte identifiziert werden können. Bildgebende
Sensoren sind daher hinsichtlich der Erkennung und Klassifizierung
von Objekten hervorragend geeignet, weisen jedoch hinsichtlich der
Geschwindigkeitsbestimmung für
die erfassten Objekte Nachteile auf. Diesen Nachteil umgeht die
erfindungsgemäße Ausgestaltung,
indem die Eigenschaft bildgebender Sensoren bzw. die Möglichkeiten
der Auswertealgorithmen genutzt werden, da sich senkrecht zur Bildebene
bewegende Objekte hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit besonders gut
klassifizieren können.
Weiterhin kann in vorteilhafter Weise eine Ortsbestimmung mittels
Triangulation vorgenommen werden, da sich die Erfassungsbereiche
jeweils vor oder hinter oder neben dem Fahrzeug überdecken. Die Genauigkeit
der Berechnung der Lage des Objektes ist aufgrund des Abstandes
der jeweils gegenüberliegenden,
zur Triangulation verwendeten Sensoren gut.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
sind die Sensoren so ausgebildet, dass jeder der Sensoren wenigstens
einen gemeinsamen Punkt auf der seitlichen Fahrzeugkarosserie in
seinem Erfassungsbereich überdeckt.
Damit ist gewährleistet,
dass die von den Sensoren erfassten Signale räumlich auf ein gemeinsames
Koordinatensystem bezogen werden können, da die Sensoren einen
zu ihrem Standort am Fahrzeug festliegenden definierten Messpunkt
aufweisen.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
ist der im vorderem Fahrzeugbereich angeordnete Sensor im vorderen
Fahrzeugscheinwerfer, vorderen Blinker, im vorderem Stossfänger oder
im Seitenspiegel integriert. Diese Orte erlauben eine in das Erscheinungsbild
des Fahrzeuges nicht störende
Anbringung, bei welcher trotzdem der notwendige Erfassungsbereich gesichert
werden kann. Dasselbe gilt für
den im hinteren Fahrzeugbereich angeordneten Sensor, der in den
hinteren Fahrzeugscheinwerfer, hinteren Blinker oder in den hinteren
Stossfänger
integriert ist. Die Anbringungsorte erlauben einen Erfassungsbereich entlang
des Fahrzeuges in die jeweils geforderte Erfassungsrichtung entgegen
bzw. in Fahrtrichtung.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
erfolgt das Verfahren zur Erkennung eines möglichen Seitenaufpralls, mittels
wenigstens zweier bildverarbeitender Sensoren, deren Erfassungsbereiche
sich neben dem Fahrzeug erstrecken und sich neben dem Fahrzeug überschneiden.
Innerhalb des Erfassungsbereiches der Sensoren erfolgt eine zeit-
und ortsaufgelöste
Erfassung von im Erfassungsbereich befindlichen Objekten. Hierbei
erfassen zwei örtlich
voneinander getrennte Sensoren ortsaufgelöst die Relativposition der
erkannten Objekten. Weiterhin wird aus der Orts- und Zeitauflösung deren
Geschwindigkeit berechnet. Es erfolgt die Berechnung der Relativposition
und/oder Relativbewegung sowie der Relativgeschwindigkeit zur Erkennung
eines bevorstehenden Seitenaufpralls. Aufgrund des Abstandes und der
Sensoren zueinander ist eine Berechnung der Lage der Objekte zum
Fahrzeug sehr gut möglich, wobei
weiterhin die Objektbildung durch die Ansicht von wenigstens zwei
Seiten eine gute Klassifizierung der Objekte sowie eine Erkennung
von deren Bewegungsrichtung erlaubt.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
wird zur Vereinfachung der Berechnung innerhalb der Erfassungsbereiche
der bildverarbeitenden Sensoren, aus deren zweidimensionalem Abbild
eine Unterteilung in mehrere, sich vertikal erstreckende streifenartige Messabschnitte
vorgenommen, welche insbesondere für die Verfolgung von erfassten
Objekten genutzt werden. Aufgrund der Überdeckung der Streifen der Erfassungsbereiche
bilden sich örtlich,
relativ zum Fahrzeug, geometrisch zuordenbare Bereiche. Aus der
Erfassung der Objekte im jeweiligen Messstreifen ist somit die örtliche
Lage der Objekte sicher zuordenbar. Die Relativgeschwindigkeit sowie
die Bewegungsrichtung der Objekte ist durch den Durchgang der Objekte
durch die geometrisch zum Fahrzeug zuordenbaren Bereiche mit geringem
Aufwand bestimmbar.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
erfolgt eine Kalibrierung der Sensoren, indem deren Signale bzw. die
jeweils erkannten Objekte, einem gemeinsamen Koordinatensystem zugeordnet
werden. Die Ausrichtung der jeweiligen Sensoren auf das gemeinsame Koordinatensystem
erfolgt dabei anhand eines von allen Sensoren aus ermittelbaren
Messpunktes an der Karosserieseitenfläche des Fahrzeuges, welcher in
Bezug zu den Sensoren eine bekannte Relativlage aufweist. Als Messpunkt
kann dabei eine markante Form auf der Seitenfläche der Fahrzeugkarosserie, beispielsweise
ein Türgriff,
verwendet werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Eigenschaft des Systems ist seine Selbstdiagnosefähigkeit.
Aufgrund der Überdeckung
der Erfassungsbereiche und der Ermittelbarkeit eines gemeinsam von
den Sensoren erfassbaren Messpunktes, kann auf Basis der Auswertung
der Sichtbarkeit des Messpunktes, durch die jeweiligen Einzelsensoren,
eine Bewertung hinsichtlich deren Funktion erfolgen. Auftretende
Abweichungen sind hierbei ein bewertbares Maß für die Funktionsfähigkeit
des Systems. Eventuelle Fehlfunktionen oder Verschmutzungen können somit
diagnostiziert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems erfolgt die
Auswertung der bildgebenden Sensoren mit innerhalb der Erfassungsbereiche unterschiedlichen
Abtast- bzw. Auswerteraten. Es können
dabei, um Rechenzeit zu sparen, die weiter vom Fahrzeug entfernten
Bereiche eine jeweils geringere Abtastrate aufweisen, wobei die
sicherheitsrelevanten Bereiche neben dem Fahrzeug häufiger abgetastet
bzw. ausgewertet werden.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
werden zur Vereinfachung der Berechnung der Geschwindigkeit und Lage
der Objekte, innerhalb der Erfassungsbereiche der bildverarbeitenden
Sensoren, aus deren zweidimensionalen Abbild mehrere streifenförmige Ausschnitte
aus dem Erfassungsbereich einzeln ausgewertet. Aufgrund der Überdeckung
der Streifen der Erfassungsbereiche bilden sich örtlich, relativ zum Fahrzeug,
geometrisch zuordenbare viereckige Sektoren. Aus der Erfassung der
Objekte im jeweiligen Messstreifen jedes Sensors, ist ein Objekt
sicher einem oder bei größerer Ausdehnung,
mehreren Sektoren zuordenbar. Die Relativgeschwindigkeit sowie die
Bewegungsrichtung der Objekte ist durch den Durchgang der Objekte,
durch die geometrisch zum Fahrzeug zuordenbaren Sektoren mit geringem
Aufwand bestimmbar.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann das System gleichfalls
zur Verwendung in einem Spurwechselassistenten Verwendung finden. Hierfür kann in
einer gesonderten Ausführung,
die aus der Objekterkennung gewonnen Daten, verarbeitet werden.
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Die 1 zeigt
die Umfeldüberwachungseinrichtung
in einer Anwendung für
ein Seitenaufprallüberwachungssystem
eines Fahrzeuges 1. Ein bildgebender Sensor 2 ist
dabei in Fahrtrichtung F des Fahrzeuges 1 gesehen vorn
angeordnet und weist einen Erfassungsbereich entlang der Fahrzeigseite
auf, wobei sich der Erfassungsbereich mit Abstand zum Fahrzeug 1 aufweitet.
Ein weiterer Sensor 3 ist in Fahrtrichtung F gesehen hinten
angeordnet und mit seinem Erfassungsbereich nach vorn orientiert,
wobei dieser sich entlang der Fahrzeugseite erstreckt und mit Abstand
zu dieser aufweitet. Die Erfassungsbereiche überdecken sich dabei und haben wenigstens
einen Punkt auf der Fahrzeugseite in ihrem gemeinsamen Erfassungsbereich
(Überschneidung
der Erfassungsbereiche 4 und 5). Der Erfassungsbereich
beträgt
hierbei beispielhaft 45°,
wobei Erfassungsbereich bis 90° oder
erweitert 180° möglich sind.
Wichtig ist hierbei, dass sich die Erfassungsbereiche im crashrelevanten
Bereich neben dem Fahrzeug überdecken
und zu Justage und Fehlerdiagnose einen gemeinsamen Punkt auf der
Fahrzeugseite in ihrem Erfassungsbereich aufweisen. In der gezeigten
Ausführung
sind die Erfassungsbereiche 4, 5 so gestaltet,
dass sich die Sensoren jeweils gegenüberliegend in dem Erfassungsbereich
des jeweils anderen Sensors befinden. Die Auswertung der bildgebenden
Sensoren 2, 3 erfolgt vorzugsweise unterteilt
in einzeln auswertbaren, streifenförmigen Ausschnitten – Messstreifen – aus dem
Erfassungsbereich. Bei CCD-Kameras beispielsweise erfolgt die Auswertung
der lichtempfindlichen Pixel, entsprechend der optischen Abbildung
der Messstreifen auf der lichtempfindlichen Oberfläche, in
Streifen unterteilt, so dass eine Auswertung der unterschiedlichen Helligkeiten
bzw. Kontrastunterschiede entsprechend der in der Figur dargestellten
Messtreifen 6 aus dem Erfassungsbereich 4, 5 erfolgt.
Ein Fahrzeug im Erfassungsbereich der Sensoren kann dabei hinsichtlich
seiner Lage in den einzeln auswertbaren Streifen ermittelt werden.
Innerhalb des Überdeckungsbereiches
der Erfassungsbereiche 4, 5 bilden sich eine Vielzahl
viereckiger Sektoren 7 aus der Überschneidung der streifenförmigen Abschnitte 6 aus
dem Erfassungsbereich aus. Mittels der Auswertung der Lage von Objekten
innerhalb der streifenförmigen
Ausschnitte aus dem Erfassungsbereich der Einzelsensoren, kann ein
Objekt einem Streifen pro Sensor und damit aus der Zugehörigkeit
zu zwei unterschiedlichen zu jeweils einem Sensor gehörenden Messstreifen
eindeutig einem Sektor und somit einer relativ zum Fahrzeug definierten
Position zugeordnet werden. Aus der Analyse der Objektbewegung innerhalb
der Sektoren ist in einfacher Weise eine Richtungs- und Geschwindigkeitsauflösung der
Objektbewegung relativ zum Fahrzeug möglich. Ein sich im gemeinsamen
Erfassungsbereich der Sensoren relativ zum Fahrzeug bewegendes Objekt
passiert somit nacheinander verschiedene streifenförmige Ausschnitte
aus dem Erfassungsbereich der Sensoren, so dass eine sich zeitlich ändernde
Zuordnung zu verschiedenen Sektoren erfolgen kann und auf Basis der
zeitaufgelösten
Analyse Zugehörigkeit
zum jeweiligen Sektor, dessen Geschwindigkeit und Bewegungsrichtungermittelt
werden kann.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Sensor
- 3
- Sensor
- 4
- Erfassungsbereich
Sensor 2
- 5
- Erfassungsbereich
Sensor 3
- 6
- Messstreifen
- 7
- Sektor
- F
- Fahrtrichtung