DE102019008076A1

DE102019008076A1 - Verfahren zum Ermitteln eines in einem Kraftfahrzeug eingestellten Lenkwinkels

Info

Publication number: DE102019008076A1
Application number: DE102019008076.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Zolg; Christian Schneider; Jürgen Römer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2020-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines in einem Kraftfahrzeug (1) eingestellten Lenkwinkels (11). Gemäß dem Verfahren wird ein Bild eines Umfelds um ein Rad (2), vorzugsweise ein Vorderrad (3), mittels einer am Kraftfahrzeug (1) vorgesehenen Kamera (9) erfasst. Anschließend werden ein äußerer Umrisses (2c) eines Reifens (2a) des Rades (2), vorzugsweise des Vorderrades (3), und ein äußeren Umriss (2d) einer Felge (2b) des Rades (2), vorzugsweise des Vorderrades (3), im erfassten Bild erkannt. Weiterhin werden ellipsenförmige Konturen der beiden Umrisse (2c, 2d) im erfassten Bild identifiziert. Gemäß dem Verfahren wird dann der Lenkwinkel (11) in Abhängigkeit von den identifizierten ellipsenförmigen Konturen ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines in einem Kraftfahrzeug eingestellten Lenkwinkels sowie ein Kraftfahrzeug, das zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtet ist.
Die Qualität der Eigenlokalisierung bei Parkvorgängen von Kraftfahrzeugen und somit die Park-Performance des Kraftfahrzeugs hängen unter anderem im hohem Maße von der Ermittlung eines in einem lenkbaren Rad, vorzugsweise Vorderrad, eingestellten Lenkwinkels ab. Aufgrund von Fertigungstoleranzen in einem Lenkstrang, einer vorhandenen Trägheit in einem Lenkgestänge bei dynamischen Lastwechseln sowie aufgrund von Sensor-Ungenauigkeiten, beispielsweise hervorgerufen durch Drifteffekte, erfolgt die Ermittlung eines solchen Lenkwinkels bei herkömmlichen Verfahren zur Lenkwinkel-Bestimmung jedoch oftmals relativ unpräzise.
Herkömmliche Verfahren zum Ermitteln eines besagten Lenkwinkels berechnen einen solchen Lenkwinkel beispielsweise durch Vergleich von einzelnen Radgeschwindigkeiten. Solche Verfahren stoßen jedoch an ihre Grenzen, wenn ein Kraftfahrzeug still steht, sich nur langsam fortbewegt oder wenn ein Rad des Kraftfahrzeugs einem Schlupf unterliegt. Außerdem ist dabei die Erkennung einer möglichen Fehlstellung eines einzelnen Rades bezüglich einer jeweiligen Achse nicht möglich. Auf einer Gierraten-Messung oder einer Querbeschleunigung basierende Verfahren zur Lenkwinkelermittlung sind hingegen nur in einem bestimmten Kennfeld anwendbar und benötigen zur Durchführung mindestens zwei unabhängige Sensoren.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes oder zumindest alternatives Verfahren zum Ermitteln eines in einem Kraftfahrzeug eingestellten Lenkwinkels zu schaffen, welches der oben genannten Problematik Rechnung trägt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundidee der Erfindung ist demnach, mittels einer an einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Kamera ein Rad, vorzugsweise ein Vorderrad, des Kraftfahrzeugs bildlich zu erfassen und durch Auswertung einer im erzeugten Bild ellipsenförmig erscheinenden Kontur des Rads auf einen tatsächlichen im Kraftfahrzeug eingestellten Lenkwinkel zu schließen. Auf diese Weise kann der im Kraftfahrzeug eingestellte Lenkwinkel besonders präzise und insbesondere unabhängig von einem zweiten Rad bestimmt werden. Somit ist auch eine Fehstellung eines einzelnen Rades erkennbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Ermitteln eines in einem Kraftfahrzeug eingestellten Lenkwinkels. Gemäß dem Verfahren wird ein Bild eines Umfelds um ein Rad, vorzugsweise ein Vorderrad, des Kraftfahrzeugs mittels einer am Kraftfahrzeug vorgesehenen Kamera erfasst. Anschließend werden ein äußerer Umriss eines Reifens des Rads, vorzugsweise des Vorderrades, und ein äußerer Umriss einer Felge des Rades, vorzugsweise des Vorderrades, im erfassten Bild erkannt. Weiterhin wird eine ellipsenförmige Kontur der beiden Umrisse im erfassten Bild identifiziert. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dann der Lenkwinkel in Abhängigkeit von diesen identifizierten ellipsenförmigen Konturen ermittelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die ellipsenförmigen Konturen anhand markanter Punkte der beiden erkannten Umrisse identifiziert. Dabei umfassen die markanten Punkte jeweils einen oberen und unteren Austrittspunkt der beiden Umrisse aus einem um das Rad angeordneten Radkasten des Kraftfahrzeugs und jeweils Punkte maximaler Auslenkung der beiden Umrisse.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Kamera zum Erfassen eines Umfelds eines Rades, vorzugsweise des Vorderrades, des Kraftfahrzeugs und mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung, welche zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet bzw. programmiert ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombination oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die einzige 1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet bzw. programmiert ist. Ferner umfasst das Kraftfahrzeug 1 vier Räder 2, jeweils mit einem Reifen 2a und mit einer Felge 2b, von welchen in 1 nur das linke Vorderrad 3 gezeigt ist. Das linke Vorderrad 3 ist dabei in einem Radkasten 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Das Kraftfahrzeug 1 weist außerdem eine Kamera 9 zum Erfassen eines Umfelds des Kraftfahrzeugs 1 auf. Ein Kamerasensor 12 der Kamera 9 erzeugt im Betrieb ein Bild dieses Umfelds, auf welchem auch der Bereich des Kraftfahrzeug 1 um das Vorderrad 3 enthalten ist. Die Kamera 9 kann serienmäßig im Kraftfahrzeug - z.B. als Kamera für ein Park-Assistenzsystem - verbaut sein. Im Beispiel der 1 ist die Kamera 9 an einem linken Seitenspiegel 8 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Denkbar ist ebenso, dass an einem rechten Seitenspiegel (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs 1 eine weitere Kamera zum Erfassen des rechten Vorderrads vorgesehen ist. Denkbar ist aber auch das am Kraftfahrzeug eine Kamera zum Erfassen eines Hinterrades des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der 1 erläutert:

Gemäß dem Verfahren wird das Umfeld um das linke Vorderrad 3 von der Kamera 9 erfasst und mithilfe dessen Kamerasensors 12 ein Bild des Umfelds erzeugt.

Anschließend wird das erfasste Bild mittels der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 ausgewertet, so dass der Radkasten 7 und das linke Vorderrad 3 mit dem Reifen 2a und mit der Felge 2b im Bild identifiziert werden. Insbesondere werden im erfassten Bild ein äußerer Umriss 2c des Reifens 2a und ein äußerer Umriss 2d der Felge 2b erkannt. Dabei kann die Ausrichtung der Kamera 9 relativ zu dem Vorderrad 3 zur Folge haben, dass die tatsächlich kreisförmigen Umrisse 2c und 2d auf dem Kamerasensor 12 und somit auf dem vom Kamerasensor 12 erzeugten Bild eine ellipsenförmige Kontur aufweisen.
Anschließend werden markante Punkte dieser ellipsenförmigen Kontur im erfassten Bild identifiziert und ausgewählt. Vorliegend sind unter markanten Punkten solche zu verstehen, welche aufgrund eines Farb-, Helligkeits-, oder Strukturkontrasts etc. im Bereich eines solchen markanten Punkts, im erfassten Bild zu identifizieren sind.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird im erfassten Bild - als Teil der ellipsenförmige Kontur - ein oberer Reifenaustrittspunkt 4a ermittelt, welcher einen Schnittpunkt des - im Bild elliptischen - Umrisses 2c des Reifens 2a mit dem Radkasten 7 in einem oberen Bereich des Vorderades 3 darstellt. Analog wird ein unterer Reifenaustrittspunkt 4b ermittelt, welcher einen Schnittpunkt des Umrisses 2c des Reifens 2a mit dem Radkasten 7 in einem unteren Bereich des Vorderades 3 darstellt. Ebenso wird ein oberer und unterer Felgenaustrittspunkt 5a, 5b ermittelt, welcher einen Schnittpunkt eines Umrisses 2d der Felge 2b mit dem Radkasten 7 in einem oberen bzw. unteren Bereich des Vorderades 3 darstellt.
Außerdem kann ein Punkt maximaler Reifen- oder Felgenauslenkung 6a, 6b ermittelt werden, welche Punkte auf dem elliptischen Umriss 2c des Reifens 2a bzw. auf dem Umriss 2d der Felge 2b darstellen, die entlang einer horizontalen Erstreckungsrichtung des Kraftfahrzeugs 1 einen maximalen Abstand zum Radkasten 7 aufweisen. Denkbar ist aber auch, dass die Punkte maximaler Reifen- und Felgenauslenkung 6a, 6b Punkte auf dem Umriss 2c des Reifens 2a bzw. auf dem Umriss 2d der Felge 2b darstellen, welche entlang einer vertikalen Erstreckungsrichtung des Kraftfahrzeugs 1 im Fahrbetrieb in der Mitte des Reifens 2a bzw. in der Mitte der Felge 2b angeordnet sind.
Anschließend wird anhand zumindest eines Teils der ermittelten markanten Punkte mit Hilfe der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 unter Verwendung eines geeigneten Kurvenanpassungs-Algorithmus („curve fitting“) eine Ellipsenkurve an den Umriss 2c und, alternativ oder zusätzlich, an den Umriss 2d angepasst. Mit anderen Worten, an die Positionskoordinaten der ermittelten markanten Punkte im erfassten Bild werden mathematische Modellfunktionen der ellipsenförmigen Konturen angepasst, also „gefittet“, so dass sich Ellipsenkurven derart angepasster Modellfunktionen sich möglichst mit dem Umriss 2c des Reifens 2a bzw. mit dem Umriss 2d der Felge 2b decken.
Schließlich wird mit Hilfe der angepassten Ellipsenkurve bzw. der zugehörigen mathematischen Modellfunktion ein tatsächlicher im Kraftfahrzeug 1 eingestellter Lenkwinkel 11 bestimmt.
Dabei ist denkbar, dass in einer Datenbank (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs 1 unterschiedlichen Ellipsenkurven entsprechende Lenkwinkel 11 bzw. den zugehörigen mathematischen Funktionen entsprechende Lenkwinkel 11 hinterlegt sind. Denkbar ist aber auch, dass mit Hilfe der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 10 eine Winkel-Modellfunktion an den Lenkwinkel 11 im erfassten Bild zwischen dem Radkasten 7 und dem Umriss 2c des Reifens 2a und, alternativ oder zusätzlich, zwischen dem Radkasten 7 und dem Umriss 2d der Felge 2b angepasst wird, sodass der Lenkwinkel 11 aus einem Winkelparameter der Winkel-Modellfunktion bestimmt wird.

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines in einem Kraftfahrzeug (1) eingestellten Lenkwinkels (11), umfassend die folgenden Maßnahmen: a) Erfassen eines Bildes eines Umfelds um ein Rad (2), vorzugsweise ein Vorderrad (3), des Kraftfahrzeugs (1) mittels einer am Kraftfahrzeug (1) vorgesehenen Kamera (9); b) Erkennen eines äußeren Umrisses (2c) eines Reifens (2a) des Rades (2), vorzugsweise des Vorderrades (3), und eines äußeren Umrisses (2d) einer Felge (2b) des Rades (2), vorzugsweise des Vorderrades (3), im erfassten Bild; c) Identifizieren von ellipsenförmigen Konturen der beiden Umrisse (2c, 2d) im erfassten Bild; d) Ermitteln des Lenkwinkels (11) in Abhängigkeit von den in Maßnahme c) identifizierten ellipsenförmigen Konturen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Maßnahme c) die ellipsenförmigen Konturen anhand markanter Punkte der beiden Umrisse (2c, 2d) identifiziert wird, wobei die markanten Punkte jeweils einen oberen und unteren Austrittspunkt (4a, 4b, 5a, 5b) der beiden Umrisse (2c, 2d) aus einem Radkasten (7) des Kraftfahrzeugs (1) und jeweils Punkte maximaler Auslenkung (6a, 6b) der beiden Umrisse (2c, 2d) umfassen.
Kraftfahrzeug (1), - mit einer Kamera (9) zum Erfassen eines Umfelds eines Rades (2), vorzugsweise des Vorderrades (3), des Kraftfahrzeugs (1); - mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung (10), welche zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet/programmiert ist.