DE102006060892B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Spurhalteunterstützung für ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Spurhalteunterstützung für ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem und einer Datenverarbeitungseinheit, wobei
◯ das Sensorsystem einen vorgegebenen Bereich vor dem Fahrzeug erfasst,
◯ für zumindest eine Art von Fahrbahnmarkierung ein Referenzwert für die Reflexionsstärke und / oder eine charakteristische Form des durch diese Fahrbahnmarkierung hervorgerufenen Sensorsignals hinterlegt ist, und
◯ die aktuelle Fahrspur aus Sensordaten, die von voraus liegenden Fahrspurmarkierungen aufgenommen wurden, abgeschätzt wird,
◯ die aktuelle Spurbreite aus den Sensordaten der aktuell voraus liegenden Fahrspurmarkierungen geschätzt wird, wobei angenommen wird, dass die Breite der voraus liegenden Fahrspur mit der aktuellen Breite übereinstimmt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spurhalteunterstützung für ein Fahrzeug. Das Verfahren und die Vorrichtung sind insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet, die mit einer adaptiven Geschwindigkeitskontrolle basierend auf einem Infrarot-Sensorsystem ausgestattet sind.
• Verfahren und Vorrichtungen zur Spurhalteunterstützung sind als Stand der Technik bekannt. So beschreibt z. B. die Patentschrift DE 195 07 957 C1 ein Fahrzeug mit optischer Abtasteinrichtung für einen seitlichen Fahrbahnbereich. Die Abtasteinrichtung umfasst mehrere Infrarot-Sendeelemente und ein zugehöriges CCD-Array. Der Erfassungsbereich der Abtasteinrichtung ist auf potentielle Fahrspurmarkierungen links und rechts vom Fahrzeug ausgerichtet. Es werden Abstand und Kontur der erfassten Objekte bestimmt. Es wird auch in Abhängigkeit von weiteren Parametern ein Warnsignal ausgegeben, wenn das Fahrzeug die Fahrspur verlässt.
• Die JP 2005 - 332 104 A offenbart eine Vorrichtung zur Erkennung von Fahrspurlinien, die in der Lage ist, eine Fahrspurlinie durch eine Bildsynthese von fotografierten Bildern zu erkennen. Die Bilder werden dabei von einer Abbildungseinrichtung, wie beispielsweise eine Kamera zur Abbildung eines Bereichs der Straßenoberfläche, aufgenommen. Ferner ist aus der WO 2004 / 021 546 A2 eine Assistenzfunktion mit 3D-Entfernungsbildkamera für ein Verkehrsmittel bekannt, die neben Grauwert- oder Farbbilddaten auch Entfernungsdaten zur Detektion von Objekten im Umfeld des Verkehrsmittels bereitstellt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren und eine ebensolche Vorrichtung zur Spurhalteunterstützung für ein Fahrzeug vorzustellen.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Es wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Spurhalteunterstützung für ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem und Datenverarbeitungseinheit angegeben. Das Sensorsystem ist sensitiv für Fahrspurmarkierungen und erfasst Objekte in einem vorgegebenen Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug. Vorzugsweise ist das Sensorsystem in einem Kraftfahrzeug hinter der Windschutzscheibe oder in der Nähe der Scheinwerfer oder im Kühlergrill angeordnet. Es ist für zumindest eine Art von Fahrbahnmarkierung ein Referenzwert für die Reflexionsstärke und / oder eine charakteristische Form des durch diese Fahrbahnmarkierung hervorgerufenen Sensorsignal hinterlegt. Die aktuelle Fahrspur wird aus Sensordaten, die von voraus liegenden Fahrspurmarkierungen aufgenommen wurden, abgeschätzt.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sensorsystem derart ausgestaltet, dass es zumindest einen Infrarot-Sender und Empfänger aufweist. Der Abstand von Objekten, insbesondere von Fahrspurmarkierungen, vor dem Fahrzeug wird durch eine geeignete Messmethode z. B. Pulslaufzeitmessung bestimmt.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Sensorsystem als Kamerasystem ausgestaltet, das zumindest einen Bildaufnehmer umfasst. Der Abstand von Objekten, insbesondere von Fahrspurmarkierungen, wird z. B. bei einer Stereokamera direkt aus den Bilddaten bestimmt. Bei einer Monokamera wird der Abstand von Objekten mit geometrischen Überlegungen geschätzt.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die aktuelle Spurbreite aus den Sensordaten der aktuell voraus liegenden Fahrspurmarkierungen geschätzt, wobei angenommen wird, dass die Breite der voraus liegenden Fahrspur mit der aktuellen Breite übereinstimmt. Die Breite der voraus liegenden Fahrspur wird z. B. aus dem Abstand der Fahrspurmarkierungen und dem vorgegebenen Erfassungsbereich, insbesondere dem Öffnungswinkel, des Sensorsystems bestimmt.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die aktuelle Position des Fahrzeugs mit Sensorsystem auf der Fahrspur, d. h. befindet sich das Fahrzeug mittig auf der Fahrspur oder eher am linken bzw. rechten Rand, aus den Sensordaten bzgl. der voraus liegenden Fahrspurmarkierungen und dem vorgegebenen Erfassungsbereich des Sensorsystems geschätzt wird. Der Erfassungsbereich des Sensorsystems ist beispielsweise symmetrisch zur Fahrzeuglängsachse ausgestaltet. Befindet sich das Fahrzeug mittig auf der Fahrspur, so sind die Fahrspurmarkierungen links und rechts vor dem Fahrzeug im Wesentlichen gleich weit entfernt. Diese Überlegung lässt sich von einem Fachmann leicht auf vorgegebene Erfassungsbereiche übertragen, die nicht symmetrisch zur Fahrzeuglängsachse ausgestaltet sind.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Breite der voraus liegenden Fahrspur ermittelt. Zudem wird die Eigenbewegung des Fahrzeugs aufgenommen. Ist das Fahrzeug an der besagten voraus liegenden Stelle angekommen, wird die zuvor ermittelte Fahrspurbreite als aktuelle Fahrspurbreite übernommen.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, wird anhand der voraus liegenden Fahrbahnmarkierungen eine Fahrspur bestimmt. Dazu wird eine Trajektorie berechnet, welche die Eigenbewegung des Fahrzeugs beschreibt, wenn es sich weiter auf der Fahrspur bewegt. Die berechnete Trajektorie wird mit der tatsächlichen Eigenbewegung des Fahrzeugs verglichen. Aus dem Vergleich wird die aktuelle Position des Fahrzeugs auf der Fahrspur ermittelt. Stimmen Eigenbewegung und Trajektorie überein, geht man davon aus, dass die Position des Fahrzeugs auf der Fahrspur mittig ist. Entsprechende Schlussfolgerungen werden getroffen, wenn die Eigenbewegung mehr nach links bzw. nach rechts verläuft als die Trajektorie es vorsieht.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Detektionsschwelle vorgesehen. Die Detektionsschwelle dient dazu, erwünschte Signale von Objekten von unerwünschten Signalen, z. B. Rauschen, Störsignalen oder Signalen von nicht relevanten Objekten, zu trennen. Die Detektionsschwelle des Sensorsystems ist so vorgegeben, dass Fahrbahnmarkierungen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit erfasst werden. Dabei ist zu beachten, dass die Intensität des von einer Fahrbahnmarkierung reflektierten Signals abstandsabhängig ist. Bei einer Pulslaufzeitmessung kann z. B. eine mit der Laufzeit abnehmende Detektionsschwelle verwendet werden, da die Signalstärke von weiter entfernten Objekten kleiner ist, als das von Objekten, die sehr nah am Sensorsystem sind.
• Das erfinderische Verfahren zur Spurhalteunterstützung ist z. B. in einem Kraftfahrzeug mit einem Sensorsystem und einer Datenverarbeitungseinheit hinterlegt.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs mit Sensorsystem basieren Spurhalteunterstützung und eine adaptive Kontrolle der Längsgeschwindigkeit, z.B. ACC, auf den Daten des einen Sensorsystems.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zwei Abbildungen näher erläutert.
• 1: Bestimmung des Objektabstands mit einem monokularen Kamerasystem
• 2: Schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit Sensorsystem auf einer Fahrspur
• 3: Winkelabhängiges Empfindlichkeitsprofil eines Sensorsystems mit sieben Kanälen
• 4: Kraftfahrzeug mit Sensorsystem in einer typischen Umgebung
• Alle hier beschriebenen Merkmale können einzeln oder in einer beliebigen Kombination zur Erfindung beitragen. Ein zeitlicher Ablauf der Verfahrensschritte ist durch die hier gewählte Reihenfolge nicht zwingend vorgegeben.
• In einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem als Monokamerasystem ausgestaltet. In 1 ist eine Methode zur Abstandsbestimmung eines Punktes bzw. Objekts d mit einer Monokamera dargestellt. Der Abstand zur Monokamera wird aus h der Kameraeinbauhöhe, α dem Kameranickwinkel, y der Bildzeile des Punktes, η der Pixelgröße und f die Kamerabrennweite zu $$d=h\cdot \frac{1-t\cdot \text{tan }\alpha }{t+\text{tan }\alpha }\text{ mit }t=y\cdot \frac{\eta }{f}$$

  

  bestimmt. Sind also die vorgenannten Parameter durch eine Justage der Blickrichtung der Kamera bekannt, kann die Entfernung d bestimmt werden. Fahrspurmarkierungen werden z.B. anhand ihrer Form, z.B. unterbrochene oder durchgezogene Linie auf der Fahrbahn, im Kamerabild erkennbar. Mit Kenntnis der Abbildungseigenschaften des Kamerasystems und der obigen Gleichung, wird der Abstand von zwei Fahrspurmarkierungen, die beabstandet in einer Bildzeile y abgebildet werden, berechnet. Der Abstand der Fahrspurmarkierungen gibt die Fahrspurbreite an.
• Zur Erkennung einer Fahrspurmarkierung wird z. B. ein Kantenfindungsverfahren und / oder ein Mustererkennungsverfahren eingesetzt. I. d. R. sind Fahrspurmarkierungen periodisch wiederkehrend angeordnet, auch diese Eigenschaft kann zur Erkennung, z. B. durch einer Frequenzanalyse des zeitabhängigen Signals, genutzt werden.
• In einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem als Infrarotsensorsystem ausgestaltet. Das Sensorsystem weist ein erstes Sender-Empfänger-Paar auf, das die rechte Hälfte des Gesamterfassungsbereichs überwacht, und ein zweites Sender-Empfänger-Paar, das analog die linke Hälfte des Gesamterfassungsbereichs überwacht. Der Abstand von Objekten wird durch Pulslaufzeitmessung bestimmt. Fahrspurmarkierung, die als unterbrochene oder durchgezogene Linie auf der Fahrbahn ausgestaltet sind, wird an der Signalform erkannt. Das reflektierte Signal weist typischerweise eine ausgedehnte Pulsform aus und ist so von anderen Objekten z. B. Fahrzeugen unterscheidbar, die ein reflektiertes Signal mit schmaler Form hervorrufen. Entsprechendes gilt für eine Fahrspurmarkierung einer beliebigen anderen Form, die ebenso eine charakteristische Pulsform des reflektierten Signals aufweist und so von andren Objekten unterschieden werden kann. In vielen Ländern sind z. B. Fahrspurmarkierungen periodisch wiederkehrend angeordnet, auch diese Eigenschaft kann zur Erkennung, z. B. durch einer Frequenzanalyse des zeitabhängigen Signals, genutzt werden.
• Die Reflektivität der Fahrspurmarkierungen bleibt auch im Wesentlichen gleich, außer die Fahrbahnmarkierungen sind stark verschmutzt. Damit ist auch die mit 1/x⁴ skalierte Amplitude des Reflexionssignals von Fahrspurmarkierungen im Wesentlichen gleich. Auch dieses Kriterium kann für ein sicheres Erkennen von Fahrspurmarkierungen z. B. derart genutzt werden, dass nur Objekte mit einer vorgegebenen abstandsskalierten Amplitude als Fahrspurmarkierung erkannt werden.
• In 2 ist ein Fahrzeug 1 mit Infrarotsensorsystem dargestellt. Es sind vier separate Erfassungsbereiche 6 a-d vorgesehen, die symmetrisch zur Längsachse des Fahrzeugs 1 angeordnet sind und deren Öffnungswinkel bezüglich der Fahrzeuglängsachse vorgegeben ist. Bereich 6a erfasst den Winkelbereich -b...-a, Bereich 6b erfasst -a...0, 6c erfasst 0 ... a und 6d erfasst a...b. Zudem sind Fahrbahnmarkierungen 5 eingezeichnet. Die Spurbreite 2 wird z. B. folgendermaßen bestimmt, in Bereich 6a werden Fahrspurmarkierungen mit zugehörigen Abstandswerten detektiert. Aufgrund des vorgegebenen Öffnungswinkels -b...-a, wird der kleinste Abstand dem Winkel -b und der größte Abstand dem Winkel -a zugeordnet. Das gleiche Verfahren wird im Erfassungsbereich 6d durchgeführt. Auch hier wird den Winkeln a und b ein Abstandswert zugeordnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Abstandswerte der Fahrspurmarkierungen 5 über einen vorgegebenen Zeitraum aufgenommen, um z. B. den kleinsten und / oder den größten Abstandswert mit einer größeren Genauigkeit zu ermitteln. Sind die Abstandwerte für die Winkel a und -a bzw. b und -b gleich, befindet sich das Fahrzeug 1 mittig auf der Fahrspur. Die Fahrspurbreite 2 kann aus dem Abstand der Fahrbahnmarkierung bei einem bekannten ersten Winkel (hier -a oder -b) und dem Abstand der Fahrbahnmarkierung bei einem bekannten zweiten Winkel (hier a oder b) berechnet werden, da für jedes beliebige Dreieck drei Angaben (Seiten S bzw. Winkel W) ausreichen, um die drei fehlenden Angaben zu berechnen.
• In einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 3 als Infrarotsensorsystem ausgestaltet, das den Abstand und die Position von Objekten bestimmt. Dazu ist eine beliebige Kombination von mehreren Sendern mit überlappenden Sendebereichen und / oder Empfänger mit überlappenden Empfangsbereichen vorgesehen. Beispielhaft wird in 3 ein winkelabhängiger Verlauf der Empfindlichkeit eines Sensorsystems mit sieben Messkanälen abgebildet. Die Empfindlichkeit der einzelnen Kanäle wird durch die sieben Kurven wiedergegeben. Zur Positionsbestimmung eines Objekts wird das Signal von zwei überlappenden Messkanälen verglichen. Aus dem Verhältnis der Signalsstärke in einem ersten Messkanal zu der Signalstärke desselben Objekts in einem zweiten benachbarten Messkanal wird der Positionswinkel des Objekts bestimmt. Die Fahrspurbreite wird wie oben beschrieben basierend auf geometrischen Überlegungen berechnet.
• In 4 ist Kraftfahrzeug 1 mit Sensorsystem in einer typischen Umgebung dargestellt. Das Fahrzeug 1 bewegt sich auf einer zweispurigen Fahrbahn. Jede der beiden Fahrspuren wird von Fahrbahnmarkierungen 5 begrenzt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Sensorsystem 3. Der Erfassungsbereich des Sensorsystems 3 ist durch die gepunkteten Linien in 4 dargestellt. Das Sensorsystem 3 ist an der Frontseite des Fahrzeugs 1 angebracht. Das Fahrzeug 1 bewegt sich mittig auf der Fahrspur. Linie 4 gibt die Bewegung des Fahrzeugs 1 an. Die Breite der voraus liegenden Fahrspur wird ermittelt, z. B. für die Position an der sich das Fahrzeug 1' befindet. Die Bewegung des Fahrzeugs wird, z. B. mit einem Drehraten- und Lenkwinkelsensor, aufgenommen. Zu einem späteren Zeitpunkt, wenn sich das Fahrzeug 1 an der Stelle des Fahrzeugs 1' befindet, wird die zuvor ermitteltet Fahrspurbreite als die aktuelle Fahrspurbreite übernommen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Spurhalteunterstützung für ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem und einer Datenverarbeitungseinheit, wobei ◯ das Sensorsystem einen vorgegebenen Bereich vor dem Fahrzeug erfasst, ◯ für zumindest eine Art von Fahrbahnmarkierung ein Referenzwert für die Reflexionsstärke und / oder eine charakteristische Form des durch diese Fahrbahnmarkierung hervorgerufenen Sensorsignals hinterlegt ist, und ◯ die aktuelle Fahrspur aus Sensordaten, die von voraus liegenden Fahrspurmarkierungen aufgenommen wurden, abgeschätzt wird, ◯ die aktuelle Spurbreite aus den Sensordaten der aktuell voraus liegenden Fahrspurmarkierungen geschätzt wird, wobei angenommen wird, dass die Breite der voraus liegenden Fahrspur mit der aktuellen Breite übereinstimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sensorsystem zumindest einen Infrarot-Sender und Empfänger aufweist und der Abstand von Objekten, insbesondere von Fahrspurmarkierungen, vor dem Fahrzeug bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sensorsystem ein Kamerasystem ist und der Abstand von Objekten, insbesondere von Fahrspurmarkierungen, vor dem Fahrzeug aus den Bilddaten bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die aktuelle Position des Fahrzeugs mit Spurhalteunterstützung auf der Fahrspur (mittig, linker Rand, rechter Rand) aus den Sensordaten von voraus liegenden Fahrspurmarkierungen und dem vorgegebenen Erfassungsbereich des Sensorsystems geschätzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ◯ wobei eine Bewegung des Fahrzeugs mit Sensorsystem aufgenommen, ◯ die Breite der voraus liegenden Fahrspur ermittelt, und ◯ diese Breite zu einem späteren Zeitpunkt, der von der Eigenbewegung des Fahrzeugs abhängt, als die aktuelle Fahrspurbreite übernommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei anhand der voraus liegenden Fahrspur eine Trajektorie berechnet wird, welche eine Bewegung des Fahrzeugs mit Sensorsystem beschreibt, wenn es sich weiter auf der Fahrspur bewegt, und die berechnete Trajektorie mit einer tatsächlichen Eigenbewegung des Fahrzeugs verglichen wird, um die aktuelle Position des Fahrzeugs auf der Fahrspur zu ermitteln.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Detektionsschwelle so vorgegeben wird, dass Fahrbahnmarkierungen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit erfasst werden.
8. Kraftfahrzeug mit einem Sensorsystem und einer Datenverarbeitungseinheit auf der ein Verfahren zur Spurhalteunterstützung nach einem der vorherigen Ansprüche hinterlegt ist.
9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Daten des Sensorsystems für die Spurhalteunterstützung und für eine adaptive Kontrolle der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs genutzt werden.

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