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DE102008045619A1 - Verfahren, Vorrichtung und System zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren, Vorrichtung und System zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs Download PDF

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DE102008045619A1
DE102008045619A1 DE200810045619 DE102008045619A DE102008045619A1 DE 102008045619 A1 DE102008045619 A1 DE 102008045619A1 DE 200810045619 DE200810045619 DE 200810045619 DE 102008045619 A DE102008045619 A DE 102008045619A DE 102008045619 A1 DE102008045619 A1 DE 102008045619A1
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Fridtjof Dr. rer. nat. Stein
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Mercedes Benz Group AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein System zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Erfindungsgemäß werden mittels zumindest einer in einem Außenspiegel (1) des Fahrzeugs angeordneten und nach unten gerichteten Kamera (2) Bilder erfasst und durch Auswertung dieser Bilder die Geschwindigkeit und/oder eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zumindest eine nach unten gerichtete Kamera (2) im Außenspiegel (1) des Fahrzeugs und eine Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit (3) umfasst.
Das System zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfasst eine erste Geschwindigkeitserfassungseinheit zur Ermittlung der Geschwindigkeit in einem ersten vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich und eine zweite Geschwindigkeitserfassungseinheit zur Ermittlung der Geschwindigkeit in einem zweiten vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich, wobei die erste Geschwindigkeitserfassungseinheit als eine erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet ist und die zweite Geschwindigkeitserfassungseinheit einen Geschwindigkeitssensor (7) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6 und ein System zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
  • Aus dem Stand der Technik ist, wie in DE 603 16 247 T2 beschrieben, eine Vorrichtung zur Überwachung der Umgebung mit einem Außenspiegel bekannt, umfassend eine Spiegelbasis, die nicht verdrehbar an einer Seite eines Kraftfahrzeugs angebracht ist und sich von der Seite des Kraftfahrzeugs nach außen erstreckt, sowie ein Spiegelgehäuse, welches relativ zur Spiegelbasis verdrehbar ist, und eine Beobachtungskamera. Das Spiegelgehäuse ist unterhalb der Spiegelbasis aufgehängt und die Beobachtungskamera ist in der Spiegelbasis angebracht.
  • In US 2006/0055776 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bewegungsermittlung einer mobilen Einheit und ein Navigationssystem beschrieben. In einer Vorrichtung zur Bewegungsermittlung eines mobilen Körpers bestimmt ein Teilbereich korrespondierende Punkte zwischen Bildern, die von einer Kamera aufgenommen wurden. Ein erster Teilbereich zur Bewegungsbestimmung bestimmt eine erste Bewegung eines mobilen Körpers unter Benutzung der korrespondierenden Punkte unter Annahme einer vorgegebenen Ebene in den Bildern. Ein zweiter Teilbereich zur Bewegungsbestimmung bestimmt eine zweite Bewegung unter Benutzung der ersten Bewegung und der korrespondierenden Punkte.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie ein verbessertes System zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • In einem Verfahren zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs werden erfindungsgemäß mittels zumindest einer in einem Außenspiegel des Fahrzeugs angeordneten und nach unten gerichteten Kamera Bilder erfasst und durch Auswertung dieser Bilder wird die Geschwindigkeit und/oder eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs bestimmt.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst zumindest eine nach unten gerichtete Kamera im Außenspiegel des Fahrzeugs und eine Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit.
  • Ein System zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfasst eine erste Geschwindigkeitserfassungseinheit zur Ermittlung der Geschwindigkeit in einem ersten vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich und eine zweiten Geschwindigkeitserfassungseinheit zur Ermittlung der Geschwindigkeit in einem zweiten vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich, wobei die erste Geschwindigkeitserfassungseinheit als eine erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet ist und die zweite Geschwindigkeitserfassungseinheit einen Geschwindigkeitssensor umfasst.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine zuverlässige und exakte Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auch in sehr geringen Geschwindigkeitsbereichen, wie beispielsweise zwischen 0 km/h und 3 km/h. Damit wird das Fahrverhalten des mit der erfindungsgemäßen Lösung ausgerüsteten Fahrzeugs beispielsweise beim Anfahren auf Schnee und Eis verbessert, da im Fahrzeug integrierte Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise ein elektronisches Stabilitätsprogramm oder eine Antriebsschlupfregelung, zuverlässige Informationen über die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs erhalten, wodurch eine Kraftverteilung auf Antriebsräder des Fahrzeugs optimiert werden kann.
  • Auch für Parkassistenzsysteme ist eine exakte Bestimmung der Geschwindigkeit in sehr niedrigen Geschwindigkeitsbereichen von großer Bedeutung, da bei einem Rangieren, insbesondere bei einem vollautonomen Parkvorgang mittels des Parkassistenzsystems, eine exakte Ermittlung der Geschwindigkeit notwendig ist, um Beschädigungen des Fahrzeugs bzw. anderer Fahrzeuge oder Gegenstände zu vermeiden und ein Einparken auch auf eng begrenztem Raum zu ermöglichen. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung sind solche Parkassistenzsysteme, welche beispielsweise ein vollautonomes Einparken des Fahrzeugs ermöglichen, optimierbar. Die erfindungsgemäße Lösung erhöht somit die Sicherheit und den Fahr- und Bedienkomfort des damit ausgerüsteten Fahrzeugs.
  • Durch eine Kombination des erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Geschwindigkeitssensor, welcher in Systemen nach dem Stand der Technik zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Einsatz ist, ist eine lückenlose exakte Geschwindigkeitsbestimmung in allen Geschwindigkeitsbereichen von 0 km/h bis zur maximal möglichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermöglicht. Diese Kombination erfolgt derart, dass in einem ersten vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich, beispielsweise von 0 km/h bis 3 km/h, die Ermittlung der Geschwindigkeit mittels der ersten Geschwindigkeitserfassungseinheit erfolgt, d. h. durch Auswertung der Bilder, welche mittels der nach unten gerichteten Kamera im Außenspiegel erfasst werden. In einem zweiten vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich, beispielsweise ab 3 km/h bis zur maximal möglichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, erfolgt die Ermittlung der Geschwindigkeit mittels des Geschwindigkeitssensors nach dem Stand der Technik, beispielsweise mittels eines Hall-Sensors.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer in einem Außenspiegel integrierten Kamera,
  • 2a eine schematische Darstellung eines zu einem ersten Zeitpunkt aufgenommenen Bildes,
  • 2b eine schematische Darstellung eines zu einem zweiten Zeitpunkt aufgenommenen Bildes,
  • 2c eine schematische Darstellung eines Bewegungsvektors, und
  • 3 ein Blockschaltbild einer Kombination der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Geschwindigkeitssensor.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer in einem Außenspiegel 1 integrierten Kamera 2. Die Kamera 2 ist auf den Boden gerichtet und bildet einen Bereich neben dem Fahrzeug ab. Derartige Kameras 2 sind bereits in Fahrzeugen nach dem Stand der Technik installiert. Mittels dieser Kameras 2 ist eine Umgebung des Fahrzeugs beispielsweise während eines Einparkvorganges auf einem im Fahrzeug installierten Monitor darstellbar. Durch Übermittlung mittels dieser Kamera 2 aufgenommener Bilder an eine Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 3 und Verarbeitung dieser Bilder mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelbar, insbesondere in geringen Geschwindigkeitsbereichen, beispielsweise in einem Geschwindigkeitsbereich von 0 km/h bis 3 km/h, in welchem Geschwindigkeitssensoren nach dem Stand der Technik nur sehr ungenau arbeiten. Doch eine exakte Geschwindigkeitsermittlung gerade in diesem Geschwindigkeitsbereich ist für einige Anwendungen, wie beispielsweise für Parkassistenzsysteme 4, für eine Antriebsschlupfregelung 5 und/oder für ein elektronisches Stabilitätsprogramm 6 von großer Bedeutung.
  • 2a zeigt eine schematische Darstellung eines zu einem ersten Zeitpunkt aufgenommenen Bildes der im Außenspiegel 1 installierten Kamera 2 und 2b eine schematische Darstellung eines zu einem zweiten Zeitpunkt aufgenommenen Bildes dieser Kamera 2. Da die Kamera 2 im Außenspiegel 1 installiert und nach unten gerichtet ist, nimmt sie beispielsweise eine Straßenoberfläche auf. Mittels einer Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 3 kann ein so genannter optischer Fluss auf der Straßenoberfläche bestimmt werden. Dazu werden in den Bildern korrespondierende Punkte P, P' ermittelt, d. h. jeweils der gleiche markante Punkt P, welcher, aufgrund der Bewegung des Fahrzeugs zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt, an unterschiedlichen Stellen von der Kamera 2 abgebildet wird. Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung ist in den Zeichnungen nur ein markanter Punkt P, P' dargestellt, in der Realität werden im erfindungsgemäßen Verfahren, um eine ausreichende Genauigkeit und eine ununterbrochene Geschwindigkeitsermittlung sicherzustellen, mehrere korrespondierende Punkte ermittelt.
  • In 2c ist ein Bewegungsvektor BV zwischen den korrespondierenden Punkten P, P' dargestellt. Eine Verschiebung des Punktes P auf der Abbildung wird durch die Verschiebung eines Abbildungsbereiches der Kamera 2 hervorgerufen, welche fest am Fahrzeug angeordnet ist. Das heißt, die Verschiebung, welche durch den Bewegungsvektor BV zwischen den korrespondierenden Punkten P, P' dargestellt ist, korrespondiert mit einer Bewegung des Fahrzeugs. Eine Richtung dieses Bewegungsvektors BV stellt eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs dar. Durch Ermittlung einer Zeitdauer zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt und Ermittlung der Länge des Bewegungsvektors BV, welche mit einer Entfernung korrespondiert, welche das Fahrzeug in dieser Zeitdauer zurückgelegt hat, ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelbar.
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Kombination der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Geschwindigkeitssensor 7. Auf diese Weise ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs von 0 km/h bis zu dessen maximal möglicher Geschwindigkeit lückenlos exakt ermittelbar. Dazu sind Geschwindigkeitsbereiche vorgebbar, in denen die Geschwindigkeit entweder mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, oder mittels des Geschwindigkeitssensors 7 ermittelt wird. So ist ein erster Geschwindigkeitsbereich beispielsweise zwischen 0 km/h und 3 km/h vorgebbar, in welchem Geschwindigkeitssensoren 7, wie sie derzeit in Fahrzeugen im Einsatz sind, nur sehr ungenau arbeiten. Das heißt, in diesem ersten vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich ist die Geschwindigkeit mittels einer ersten Geschwindigkeitserfassungseinheit exakt ermittelbar, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren umfasst, also mittels zumindest einer an einem Außenspiegel 1 des Fahrzeugs angeordneten und nach unten gerichteten Kamera 2 und einer Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 3 zur Verarbeitung der von der Kamera 2 aufgenommenen Bilder und Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
  • Die auf diese Weise ermittelte Geschwindigkeit wird an Systeme des Fahrzeugs übermittelt, welche diese benötigen, d. h. welche insbesondere in einem Geschwindigkeitsbereich zwischen 0 km/h und 3 km/h eine exakt ermittelte Geschwindigkeit benötigen. Dies ist insbesondere für Parkassistenzsysteme 4, welche beispielsweise ein vollautonomes Einparken des Fahrzeugs ermöglichen, von großer Bedeutung, da ein solcher Einparkvorgang in diesem Geschwindigkeitsbereich stattfindet. Daher muss jederzeit sichergestellt sein, dass das Fahrzeug sich nicht zu schnell bewegt bzw. dass es tatsächlich stillsteht, wenn der Einparkvorgang abgeschlossen ist, um einen Kontakt des Fahrzeugs mit Gegenständen in der Umgebung bzw. anderen Fahrzeugen und damit verbundene Beschädigungen zu vermeiden. Aber auch für andere Anwendungen, wie beispielsweise das elektronische Stabilitätsprogramm 6 und insbesondere die Antriebsschlupfregelung 5, welche ein Durchdrehen von Antriebsrädern beispielsweise bei einem Anfahren auf Eis und Schnee verhindern soll, ist eine exakte Bestimmung der Geschwindigkeit in niedrigen Geschwindigkeitsbereichen von Bedeutung, um jederzeit einen optimalen Steuerungseingriff in entsprechende Fahrzeugfunktionen zu ermöglichen.
  • In höheren Geschwindigkeitsbereichen sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht mehr verwendbar, da einerseits bei höheren Geschwindigkeiten die Bilder der Kamera 2 zu ungenau werden, andererseits müsste die Zeitspanne zwischen zwei aufgenommenen Bildern erheblich reduziert werden, um weiterhin korrespondierende Punkte P, P' auf den Bildern abbilden zu können. Dies würde einen sehr hohen und damit sehr kostenintensiven technischen Aufwand erfordern, um eine kontinuierliche Geschwindigkeitsbestimmung innerhalb jeweils sehr kurzer Zeitabstände sicherzustellen. Da in höheren Geschwindigkeitsbereichen bereits verwendete Geschwindigkeitssensoren 7, wie beispielsweise Hall-Sensoren, sehr exakt arbeiten, ist dieser Aufwand vermeidbar, indem, wie in 3 abgebildet, diese beiden Methoden der Geschwindigkeitsermittlung kombiniert werden. Das heißt, in einem zweiten vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich, dessen Geschwindigkeit beispielsweise von 3 km/h bis zur maximal möglichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs vorgegeben ist, wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mittels einer zweiten Geschwindigkeitserfassungseinheit ermittelt, welche den Geschwindigkeitssensor 7 umfasst. Auch die von dieser zweiten Geschwindigkeitserfassungseinheit ermittelte Geschwindigkeit wird an Systeme des Fahrzeugs übermittelt, welche diese benötigen.
  • Dabei können in einem Ausführungsbeispiel alle Systeme des Fahrzeugs, welche Geschwindigkeitsinformationen benötigen, sowohl an die erste Geschwindigkeitserfassungseinheit als auch an die zweite Geschwindigkeitserfassungseinheit angeschlossen sein, wodurch allen diesen Systemen in allen Geschwindigkeitsbereichen die exakte Geschwindigkeit des Fahrzeugs übermittelt wird. Beispielsweise aus Gründen einer Systemvereinfachung und Komplexitätsreduktion können in einem anderen Ausführungsbeispiel aber auch einige Systeme an jeweils nur eine Geschwindigkeitserfassungseinheit angeschlossen sein. So ist es beispielsweise für das Parkassistenzsystem 4 ausreichend, wenn dieses nur mit der ersten Geschwindigkeitserfassungseinheit verbunden ist, da das Parkassistenzsystem 4 ja nur mit geringen Geschwindigkeiten operiert. Eine sinnvolle Komplexitätsreduktion bestünde beispielsweise auch darin, einen Tachometer des Fahrzeugs nur mit der zweiten Geschwindigkeitserfassungseinheit zu verbinden, da eine derart detaillierte Darstellung der Geschwindigkeit in einem Bereich zwischen 0 km/h und 3 km/h nicht unbedingt notwendig bzw. insbesondere bei analogen Tachometern nicht möglich ist.
  • Da es einen Geschwindigkeitsbereich gibt, wo beide Methoden der Geschwindigkeitsbestimmung, also sowohl die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch Geschwindigkeitssensoren 7 exakte Geschwindigkeitswerte liefern, können innerhalb dieses Geschwindigkeitsbereichs beispielsweise auch die Werte, welche mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt wurden, verglichen werden mit den Werten, welche von dem Geschwindigkeitssensor 7 ermittelt werden. Dazu wird zum Beispiel ein dritter Geschwindigkeitsbereich vorgegeben, beispielsweise von 3 km/h bis 10 km/h. Innerhalb dieses dritten Geschwindigkeitsbereiches können die ermittelten Geschwindigkeiten beider Geschwindigkeitserfassungseinheiten zusätzlich an eine Analyseeinheit übermittelt werden, welche beispielsweise als Microcontroller im Fahrzeug oder als Softwarefunktion in einem Bordcomputer ausgeführt ist. Auf diese Weise kann, wenn diese Werte signifikant voneinander abweichen, eine Fehlfunktion festgestellt werden und beispielsweise eine Warnmeldung und eine Aufforderung zu einem Werkstattbesuch generiert werden. Für diesen Fall kann beispielsweise auch das Parkassistenzsystem 4, insbesondere die vollautonome Einparkfunktion, aus Sicherheitsgründen bis zu einer erfolgten Reparatur deaktiviert werden.
    • 1
    Außenspiegel
    2
    Kamera
    3
    Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit
    4
    Parkassistenzsystem
    5
    Antriebsschlupfregelung
    6
    elektronisches Stabilitätsprogramm
    7
    Geschwindigkeitssensor
    P, P'
    korrespondierende Punkte
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 60316247 T2 [0002]
    • - US 2006/0055776 A1 [0003]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest einer in einem Außenspiegel (1) des Fahrzeugs angeordneten und nach unten gerichteten Kamera (2) Bilder erfasst werden und durch Auswertung dieser Bilder die Geschwindigkeit und/oder eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit und/oder die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs mittels eines optischen Flusses bestimmt wird, welcher aus einem Vergleich von zwei zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bildern der Kamera (2) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl korrespondierender Punkte (P, P') in zwei Bildern ermittelt werden, welche zu unterschiedlichen Aufnahmezeitpunkten von der Kamera (2) aufgenommen wurden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Richtung von Bewegungsvektoren (BV) zwischen den korrespondierenden Punkten (P, P') die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Länge der Bewegungsvektoren (BV) und einer Zeitdifferenz zwischen den Aufnahmezeitpunkten die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zumindest eine im Außenspiegel (1) angeordnete und nach unten gerichtete Kamera (2) des Fahrzeugs und eine Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit (3).
  7. System zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, gekennzeichnet durch eine erste Geschwindigkeitserfassungseinheit zur Ermittlung der Geschwindigkeit in einem ersten vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich und eine zweiten Geschwindigkeitserfassungseinheit zur Ermittlung der Geschwindigkeit in einem zweiten vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich, wobei die erste Geschwindigkeitserfassungseinheit als eine Vorrichtung nach Anspruch 6 ausgebildet ist und die zweite Geschwindigkeitserfassungseinheit einen Geschwindigkeitssensor (7) umfasst.
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