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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung
in einem Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Bildsensorsystem, bestehend
aus wenigstens zwei Bildsensoren, die im wesentlichen dieselbe Szene
aufnehmen.
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Vorrichtungen
und Verfahren zur Fahrdynamikregelung in einem Kraftfahrzeug sind
bekannt. Beispielsweise ist in Zanten, Erhardt, Pfaff. "VDC, The Vehicle
Dynamics Control System of Bosch", Konferenz-Einzelbericht,
Vortrag: International Congress and Exposition, 27.2. – 2,3.1995,
Detroit, Michigan, SAE-Paper 950759, 1995 eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Fahrdynamikregelung in einem Kraftfahrzeug beschrieben.
Die Fahrdynamikregelung ist ein System, um das Kraftfahrzeug stabil
und in der Spur zu halten. Dies wird durch gezieltes Bremsen einzelner
Räder des
Kraftfahrzeuges erreicht. Dazu wird mittels Sensoren der Fahrerwunsch,
also das Sollverhalten des Kraftfahrzeuges, und das Fahrzeugverhalten,
also das Istverhalten des Kraftfahrzeuges, ermittelt. In einer Verarbeitungseinheit/Steuereinheit
wird der Unterschied zwischen dein Sollverhalten und dem Istverhalten
als Regelabweichung ermittelt und die einzelnen Aktoren, beispielsweise
die Radbremsen, mit dein Ziel der Minimierung der Regelabweichung
gesteuert. Als Sensoren werden insbesondere Glergeschwindigkeitssensoren,
Querbeschleunigungssensoren, Lenkradwinkelsensoren, Vordrucksensoren
und Drehzahlsensoren verwendet. Hinweise auf die Verwendung wenigstens
eines Bildsensorsystems bestehend aus wenigstens zwei Bildsensoren,
die im wesentlichen dieselbe Szene aufnehmen, fehlen hier.
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Vorteile der Erfindung
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Das
nachfolgend beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zur Fahrdynamikregelung
in einem Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Bildsensorsystem, wobei
wenigstens zwei Bildsensoren vorgesehen sind, die im wesentlichen
dieselbe Szene aufnehmen, haben den Vorteil, dass Bildsensorsysteme in
Kraftfahrzeugen für
den Einsatz in weitere Funktionen vorgesehen sind. Besonders vorteilhaft
sind Stereokameras. Bildsensorsysteme und Stereokameras können beispielsweise
als Bestandteil einer automatischen Geschwindigkeitsregelung und/oder Abstandsregelung,
beispielsweise im System des Adaptive Cruise Control (ACC), in einem
Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten
von Außen-Videokamera-Systemen
werden z.B. sein:
Precrashsensensierung, das heißt, eine
vorausschauende Erkennung eines drohenden Unfalls, Fußgängererkennung, Überrollerkennung,
oder, allgemeiner ausgedrückt,
die frühzeitige
Erkennung eines instabilen und daher unnfallträchtigen Betriebszustands eines
Fahrzeugs. Bei frühzeitiger
Erkennung eines derartigen instabilen Betriebszustands kann durch
Regelmechanismen eingegriffen werden, um möglichst schnell einen stabilen
Betriebszustand wiederherzustellen und dadurch Unfälle zu vermeiden.
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Die Verwendung desselben
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Bildsensorsystems
für mehrere
Funktionen führt
zu einer Reduzierung der Kosten für solche Systeme, weil die
Kosten pro Funktion gesenkt werden. Besonders vorteilhaft ist der
Anschluss des Bildsensorsystems und/oder der Stereokamera an eine
Sensorplattform, bei der verschiedene Sensoren an einem Datenbus
angeschlossen sind und von verschiedenen Steuergeräten synergetisch
genutzt werden. Dies führt
zu einer weiteren Senkung der Kosten pro Funktion. Damit wird eine
weite Verbreitung der beschriebenen Funktionen in Kraftfahrzeugen
ermöglicht.
Speziell eine weite Verbreitung der Fahrdynamikregelung in Kraftfahrzeugen,
die sich im Verkehrsraum befinden, führt insgesamt zu einer Erhöhung der
Verkehrssicherheit.
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Vorteilhaft
ist die Bestimmung wenigstens eines Messwertes aus den erzeugten
Bildinformationen, wobei der Messwert zur Fahrdynamikregelung verwendet
wird. Durch die Bestimmung des wenigstens einen Messwertes, wird
eine einfache Anbindung des Bildsensorsystems an die Fahrdynamikregelung
ermöglicht,
da ein definierter Messwert für
die Fahrdynamikregelung zur Verfügung
steht. Dies ermöglicht
eine einfache Adaptation eines Bildsensorsystems an die Fahrdynamikregelung,
da die spezifischen Eigenschaften des Bildsensorsystems, wie räumliche
Auflösung
und/oder Grauwertauflösung und/oder
Farbauflösung
und/oder Abtastfrequenz, nicht in die Fahrdynamikregelung eingehen.
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In
vorteilhafter Weise führt
die Bestimmung wenigstens eines ortsfesten Bildpunktes und die anschließende Ermittlung
der Bildkoordinaten des Bildpunktes in wenigstens zwei Bildern einer
Bildsequenz zu einer schnellen und fehlertoleranten Bestimmung wenigstens
eines Messwertes zur Fahrdynamikregelung aus den erzeugten Bildinformationen des
Bildsensorsystems.-3-
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Vorteilhaft
ist die Bestimmung wenigstens eines Rotationsvektors des Kraftfahrzeuges
und/oder wenigstens eines Bewegungsvektors des Kraftfahrzeuges aus
den erzeugten Bildinformationen. Neben der Bestimmung der Giergeschwindigkeit
und/oder des Gierwinkels und/oder der Querbeschleunigung ist die
alternative oder zusätzliche
Bestimmung von weiteren Bewegungsvektoren in den drei Hauptachsen
des Kraftfahrzeuges und/oder von weiteren Rotationsvektoren um dieselben
besonders vorteilhaft. Die Bestimmung der Wankbeschleunigung und/oder der
Wankgeschwindigkeit und/oder des Wankwinkels ermöglicht in vorteilhafter Weise
die Erkennung und Vermeidung eines seitlichen Überrollens des Kraftfahrzeuges.
Durch geeignete Steuerung von Aktoren, beispielsweise von einzelnen
Radbremsen im Rahmen der Fahrdynamikregelung, kann damit ein seitlicher Überschlag
des Kraftfahrzeuges verhindert werden. Bei Kraftfahrzeugen mit hohem
Schwerpunkt, beispielsweise Kleintransportern, fährt diese Funktion in vorteilhafter
Weise zu einer Erhöhung
der Verkehrssicherheit. Durch die Bestimmung der Nickbeschleunigung
und/oder der Nickgeschwindigkeit und/oder des Nickwinkels werden
Gefahren erkannt, die aus einer zu starken Nickbewegung des Kraftfahrzeugs
entstehen. Im Rahmen der Fahrdynamikregelung wird beispielsweise
ein Kippen des Kraftfahrzeuges über
die Hinterachse durch geeignete Steuerung von Aktoren, beispielsweise
von einzelnen Radbremsen, verhindert. Bei Fahrzeugen mit kurzen
Radständen,
beispielsweise zweisitzigen Kraftfahrzeuge für den Stadtverkehr, führt diese Funktion
zu einer Erhöhung
der Verkehrssicherheit. Vorteilhaft ist die Bestimmung von allen
drei Bewegungsvektoren in den drei Hauptachsen des Kraftfahrzeuges
und von den zugehörigen
Rotationsvektoren um dieselben. Dies ermöglicht die dreidimensionale
Erkennung der Fahrzeugbewegung. Während herkömmliche Fahrdynamikregelungen
die Giergeschwindigkeit und die Querbeschleunigung zur Modellierung
der Fahrzeugbewegung verwenden, ermöglicht das nachfolgend beschriebene
Verfahren, die Vorrichtung und die Verarbeitungseinheit/Steuereinheit
die dreidimensionale Modellierung der Fahrzeugbewegung. Diese zusätzlichen
Informationen führen
zu einer vorteilhaften Verbesserung der Fahrdynamikregelung, da
die dreidimensionale Fahrzeugbewegung zuverlässig und vollständig erfasst wird.
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Die
Bestimmung der Giergeschwindigkeit und/oder des Gierwinkels und/oder
der Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges aus den erzeugten Bildinformationen
ermöglicht
die Verwendung des Bildsensorsystems als Giergeschwindigkeitssensor
und/oder als Querbeschleunigungssensor zur Fahrdynamikregelung.
Dies führt
in vorteilhafter Weise zu einer Kostenverminderung, weil das Bildsensorsystem
alternativ oder gleichzeitig die Funktion des Giergeschwindigkeitssensors
oder des Querbeschleunigungssensors übernimmt. Durch die vielfältige Verwendung
des Bildsensorsystems für
mehrere Funktionen werden die Kosten pro Funktion in vorteilhafter
Weise gesenkt. Das Bildsensorsystem ermöglicht eine zuverlässige und
schnelle Bestimmung der Glergeschwindigkeit und/oder des Gierwinkels und/oder
der Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges.
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Vorteilhaft
ist die Bestimmung der dreidimensionalen Rotationsbewegung und/oder
der dreidimensionalen Translationsbewegung des Kraftfahrzeuges in
Abhängigkeit
von Bildinformationen von wenigstens einem Bildsensorsystem, insbesondere einer
Stereokamera, da hierdurch die Dynamik des Kraftfahrzeuges bodenkontaktunabhängig bestimmbar
ist. Ferner ist vorteilhaft, dass neben wenigstens eines Bildsensorsystems
in und/oder entgegen der Fahrtrichtung, wenigstens ein zweites Bildsensorsystem
quer zur Fahrrichtung angeordnet ist, da dies zu einer verbesserten
dreidimensionalen Bestimmung der Bewegung des Kraftfahrzeuges beiträgt.
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Besonders
vorteilhaft sind instabile Fahrzustände auch bei einspurigen Kraftfahrzeugen,
wie Krafträdern
feststellbar. Instabilen Fahrzuständen , die zu Schleuder-, Umkipp-
und/oder Überschlagsvorgängen führen können, gehen
häufig
zu starke Rotationsbewegungen um die Hochachse des Fahrzeugs, die
Gierachse, sowie kritische Schräglagen des
Kraftrades, voraus. Während
man bei einem mehrspurigen Kraftfahrzeug, beispielsweise einem Personenkraftwagen,
derartige Betriebszustände
mit einem Gyroskop für
die Sensierung der Gierrrate erfassen kann, gibt es bei Krafträdern bisher
noch keine zuverlässige
Methode für
die Erfassung von Schräglage
und Rotationszuständen.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet
insbesondere den Vorteil der Unabhängigkeit von Gravitations-
und/oder Inertialkräften,
die bei dem Betrieb eines Kraftrades in besonderer Weise zu berücksichtigen
sind. Eine Messung des Wankwinkels mit einem sogenannten Tiltsensor,
das heißt
mit einem im Wesentlichen statischen Beschleunigungsssensor für niedrige
Beschleunigungswerte, wäre
stets mit inakzeptabel großen
Fehlern verbunden. Eine Messung des Wankwinkels mit einem Tiltsensor
müsste
eigentlich nur die Gravitationskomponente auswerten. Dieser überlagern
sich jedoch die in der gleichen Größenordnung liegenden Inertialkraftkomponenten,
wie Zentrifugal-, Querbeschleunigungs-, Längs- und Hochkraftkomponenten
störend
und untrennbar. Auch die insbesondere beim Beschleunigen und Bremsen
auftretende Neigung des Kraftrades um die Querachse führt zur
Beaufschlagung des Tiltsensors mit unerwünschten Kraftkomponenten.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass beim Verfahren zur Fahrdynamikreglung und/oder
beim Verfahren zur Bestimmung der Bewegung eines Kraftfahrzeuges
in Abhängigkeit
der erzeugten Bildinformationen wenigstens ein ortsfester Bildpunkt
bestimmt wird. Die Bestimmung eines Messwertes zur Fahrdynamikregelung
und/oder die Bestimmung der dreidimensionalen Rotationsbewegung
und/oder der dreidimensionalen Translationsbewegung in Abhängigkeit
des bestimmten wenigstens einen ortsfesten Bildpunktes führt zu einer
weiteren Verbesserung der vorgeschlagenen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtungen.
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In
vorteilhafter Weise ermöglicht
die Verwendung von mehr als einem Bildsensorsystem mit wenigstens
zwei Bildsensoren, die im wesentlichen dieselbe Szene aufnehmen,
die Ermittlung der Differenzen der beiden Ortsvektoren zum selben
Bildpunkt und aus deren Änderung
die Berechnung der räumlichen
translatorischen und rotatorischen Bewegungsvektoren des Fahrzeugs.
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Dabei
werden die Messwerte durch wenigstens zwei Bildsensorsysteme unabhängig voneinander
bestimmt.
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Besonders
vorteilhaft ist ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um
alle Schritte des nachfolgend beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn
das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Die Verwendung eines
Computerprogramms ermöglicht
die schnelle und kostengünstige
Anpassung des Verfahrens, beispielsweise durch AnpasSUng von Parametern
an den 'eweiligen Fahrzeugtyp
Lind/oder Komponenten der Fahrdynamikregelung.
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Daneben
wird die Wartung in vorteilhafter Weise verbessert, da die einzelnen
Verfahrensschritte nicht in Hardware, sondern in Software realisiert sind.
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Vorteilhaft
ist eine Sensoreinheit mit wenigstens einem Bildsensorsystem, wobei
Mittel zur Bestimmung wenigstens eines Rotationsvektors und/oder
wenigstens eines Transtations Bewegungsvektors vorgesehen sind.
Neben der Verwendung der Sensoreinheit in Fahrdynamikregelungen
kann die Sensoreinheit in vorteilhafter Weise außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik
eingesetzt werden. Der Einsatzbereich der Sensoreinheit erstreckt
sich dabei auf Anwendungsbereiche, wo wenigstens ein Rotationsvektor
und/oder wenigstens ein Bewegungsvektor eines bewegten und/oder
beschleunigten Objektes benötigt
wird. Durch Anbringen der Sensoreinheit an dem Objekt werden die
benötigten
Vektoren aus den Bildinformationen der Umgebung gewonnen. Damit
ist diese Sensoreinheit bei entsprechendem Einbau in ein Kraftfahrzeug
in vorteilhafter Weise zur Bestimmung der Giergeschwindigkeit und/oder
des Gierwinkels und/oder der Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges
geeignet. Diese Sensoreinheit kann damit als Sensor des nachfolgend
beschriebenen Verfahrens und der nachfolgend beschriebenen Vorrichtung
zur Fahrdynamikregelung eingesetzt werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit
Bezug auf die Figuren und aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm der Fahrdynamikregelung in einem Kraftfahrzeug im
bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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2 eine Übersichtszeichnung
der Fahrdynamikregelung in einem Kraftfahrzeug im bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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3 eine
Zeichnung der Anordnung der Komponenten der Fahrdynamikregelung
in einem Kraftfahrzeug im bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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4 ein
Kraftfahrzeug mit einer Stereokamera im bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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5 ein
Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Fahrdynamikregelung in einem Kraftfahrzeug
im bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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6 eine
Sensoreinheit,
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7 ein
Kraftfahrzeug eines weiteren Ausführungsbeispiels in Aufsicht,
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8 ein
Kraftfahrzeug eines weiteren Ausführungsbeispiels in Seitenansicht,
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9 ein
Kraftfahrzeug eines weiteren Ausführungsbeispiels in Aufsicht,
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10 das
Kraftfahrzeug gemäß 9 in
einer schematischen Frontansicht.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
ein Blockdiagramm der Fahrdynamikregelung in einem Kraftfahrzeug 10 im
bevorzugten Ausführungsbeispiel,
bestehend aus Sensoren 12, Aktoren (Stellglieder) 14,
dem Fahrerwunsch (Sollverhalten) 16, dem Fahrzeugverhalten
(Istverhalten) 18, der Regelabweichung 20 und
dem Fahrdynamikregler 22. Die Fahrdynamikregelung hat das Ziel,
das Kraftfahrzeug 10 stabil und in der Spur zu halten.
Durch Sensoren 12, die sich im Kraftfahrzeug 10 befinden,
wird der Fahrerwunsch 16 ermittelt. Parallel wird durch
Sensoren 12 das Fahrzeugverhalten 18 ermittelt.
Aus dem Fahrerwunsch 16 und dem Fahrzeugverhalten 18 wird
die Regelabweichung 20 berechnet. Die Regelabweichung 20 dient
als Eingangsgröße für den Fahrdynamikregler 22.
Der Fahrdynamikregler 22 steuert die Aktoren (Stellglieder) 14 mit
dem Ziel, die Regelabweichung 20 zu minimieren. Als Aktoren 14 werden
insbesondere die Radbremsen und/oder der Motor des Kraftfahrzeuges 10 verwendet.
Durch eine situationsabhängige
Einstellung der Brems und Antriebskräfte an den Rädern des Kraftfahrzeuges 10 ist
das Kraftfahrzeug 10 individuell lenkbar und das gewünschte Fahrverhalten
wird auch in kritischen Fahrsituationen erreicht. Die Fahrdynamikregelung
vermindert damit die Gefahr einer Kollision, die Gefahr eines Überschlags
und/oder die Gefahr, dass das Kraftfahrzeug 10 von der
Fahrbahn abkommt.
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2 zeigt
eine Übersichtszeichnung
der Fahrdynamikregelung in einem Kraftfahrzeug im bevorzugten Ausführungsbeispiel,
bestehend aus Sensoren 12, einer Verarbeitungseinheit/Steuereinheit 34 und
Aktoren 14. Als Sensoren 12 werden eine Stereokamera 50,
ein Lenkradwinkelsensor 28, ein Vordrucksensor 30 und Drehzahlsensoren 32 verwendet.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die Stereokamera 50 zur Bestimmung der Glergeschwindigkeit,
des Gierwinkels und der Querbeschleunigung verwendet. Unter der
Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges versteht man die Rotationsgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges durch eine Drehbewegung des Kraftfahrzeuges
um seine Hochachse, während
die Querbeschleumgung eines Kraftfahrzeuges die Beschleunigung senkrecht
zur Fahrtrichtung und parallel zur Fahrbahn beschreibt. Der Gierwinkel
ist der Drehwinkel des Kraftfahrzeuges um seine Hochachse bezüglich einer
zeitlich zurückliegenden
Position des Kraftfahrzeuges. Der Gierwinkel wird im bevorzugten
Ausführungsbeispiel aus
der Giergeschwindigkeit als akkumulierter Gierwinkel bestimmt. Der
Lenkradwinkelsensor 28 erfasst den Lenkradwinkel des Kraftfahrzeuges.
Der Vordrucksensor 30 ist im Bremssystern angeordnet und
dient zur Erkennung der Betätigung
der Bremse durch den Fahrer. Drehzahlsensoren 32 sind jeweils mit
einem Rad des Kraftfahrzeuges verbunden und werden zur Bestimmung
der Drehgeschwindigkeit der Räder
des Kraftfahrzeuges verwendet. Die Verarbeitungseinheit/Steuereinheit 34 verarbeitet
die Informationen der Sensoren l2. Sie weist eine interne Reglerhierarchie
auf Dabei unterscheidet man zwischen dem überlagerten Fahrdynamikregler 22 und den
unterlagerten Reglern 36. Als unterlagerte Regler 36 unterscheidet
man im bevorzugten Ausführungsbeispiel
zwischen dem Bremsschlupfregler, dem Antriebsschlupfregler und dem
Motorschleppmomentregler. Zur Bestimmung des Fahrerwunsches werden
Signale der Lenkradwinkeisensoren 28 und der Vordrucksensoren 30 ausgewertet.
Zusätzlich
gehen in die Berechnung des Fahrerwunsches die Haftreibwerte und
die Fahrzeuggeschwindigkeit ein. Diese zusätzlich berechneten Parameter werden
aus den Signalen der Drehzahlsensoren 32, der Stereokamera 50 und
der Vordrucksensoren 30 geschätzt. Das Fahrzeugverhalten
wird aus den Signalen der Stereokamera 50 und einem in
der Verarbeitungseinheit/Steuereinheit 34 aus den Sensorsignalen
geschätzten
Schwimmwinkel des Kraftfahrzeuges ermittelt. Der Fahrdynamikregler 22 regelt
die beiden Zustandsgrößen Giergeschwindigkeit
und Schwimmwinkel des Kraftfahrzeuges. Als Aktoren 14 werden
die Radbremsen 40 verwendet, die über das Hydroaggregat 38 angesteuert
werden. Als weitere Aktoren 14 werden über das Steuergerät des Motormanagements 42 der
Zündwinkel 44,
die Kraftstoffeinspritzung 46 und die Drosselklappe 48 geregelt.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird eine Stereokamera 50 verwendet, die aus zwei Bildsensoren
besteht, die die selbe Szene abbilden, allerdings unter einem etwas
unterschiedlichen Sichtwinkel. Als Bildsensoren werden CCD Bildsensoren
und/oder CMOS-Bildsensoren eingesetzt. Die Stereokamera 50 übermittelt
Bildinformationen der Fahrzeugumgebung an die Verarbeitungseinheit/Steuereinheit 34. Die
Bildinformationen der Stereokamera 50 werden elektrisch
und/oder optisch an die Verarbeitungseinheit/Steuereinheit 34 über eine
Signalleitung übertragen.
Alternativ oder zusätzlich
ist eine Übertragung der
Bildinformationen per Funk möglich.
Die Stereokamera 50 hat im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine
Reichweite von ca. 4 Meter bis 40 Meter, einen vertikalen Öffnungswinkel
von etwa 17 Grad und eine Abtastrate von 10 Millisekunden. Die Verarbeitungseinheit/Steuereinheit 34 besteht
aus mehreren in 5 dargestellten Modulen, die
im bevorzugten Ausführungsbeispiel
als Programme wenigstens eines Mikroprozessors ausgestaltet sind.
Durch die beschriebene Vorrichtung und das nachfolgend beschriebene
Verfahren wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Realisierung
einer Fahrzeugstabilisierungszustandssensierung für die Verwendung
zur Fahrdynamikregelung mit einer Stereokamera 50 ermöglicht.
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3 zeigt
eine Zeichnung der Anordnung der Komponenten der Fahrdynamikregelung
in einem Kraftfahrzeug 10 im bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Die Sensoren 28, 30, 32, 48, 50,
die Aktoren 38, 42 und die Verarbeitungseinheit/Steuereinheit 34 sind
im bevorzugten Ausführungsbeispiel über einen CAN-Bus 54 verbunden.
Bei dem CAN-Bus 54 handelt es sich um einen Kommunikationsdatenbus.
Als Sensoren werden der Lenkradwinkelsensor 28, der Vordrucksensor 30,
die vier Drehzahlsensoren 32 und die Stereokamera 50 verwendet.
Als Aktoren sind das Steuergerät
des Motormanagements 42 mit der Drosselklappe 48 und
das Hydroaggregat 38 eingezeichnet. Das Hydroaggregat 38 ist über Hydraulikleitungen 56 mit
vier Radbremsen 40, und dem Bremskraftverstärker mit
Hauptzylinder 52 verbunden.
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4 zeigt
ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Stereokamera 50 im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
in einem ersten Betrachtungszeitpunkt 90 und einem zweiten
Betrachtungszeitpunkt 92. Die Stereokamera 50 ist
im Kraftfahrzeug 10 im Bereich des inneren Rückspiegels
hinter der Windschutzscheibe angebracht. Die Blickrichtung der Stereokamera 50 ist
in Fahrtrichtung 58 des Kraftfahrzeuges 10. Die Stereokamera 50 ermittelt
dabei Bildinformationen der Kraftfahrzeugumgebung. In der Kraftfahrzeugumgebung
ist ein erster ortsfester Bildpunkt 60 und ein zweiter
ortsfester Bildpunkt 62 eingezeichnet. Ortsfeste Bildpunkte
sind beispielsweise Fahrbahnmarkierungen und/oder Verkehrszeichen
und/oder Pfähle
und/oder Bäume
und/oder Randpfosten und/oder Häuser.
In beiden Betrachtungszeitpunkten 90, 92 sind
die Vektoren V jeweils von der Bildsensorobjektivmitte der beiden
Bildsensoren der Stereokamera 50 zu den beiden ortsfesten
Bildpunkten 60, 62 eingezeichnet. Der erste Index
des Vektors V bezeichnet dabei die Bildsensoren, während der
zweite Index die Bildpunkte 60, 62 angibt. Der
dritte Index gibt den Zeitpunkt des Vektors an. Damit bezeichnet beispielsweise
V212 den Vektor V vom zweiten Bildsensor zum ersten ortsfesten Bildpunkt 60 zum zweiten
Betrachtungszeitpunkt 92. Eingezeichnet sind die Vektoren
V1 11, V12 1, V 112, V 122, V21 1, V221, V212 und V222. Die X-Komponenten
der Vektoren ändern
sich bei einer Gierbewegung 94 des Kraftfahrzeuges 10 von
einem ersten Betrachtungszeitpunkt 90 zu einem zweiten
Betrachtungszeitpunkt 92. Hierbei geht man von zwei fahrzeugfesten
karthesischen Koordinatensystemen aus. Die Nullpunkte der Koordinatensysteme
liegen im bevorzugten Ausführungsbeispiel
jeweils in Bildsensorobjektivmitte. Die Verarbeitungseinheit/Steuereinheit
berechnet für die
Fahrstabilitätserkennung
synchron aus den Bildinformationen der beiden Bildsensoren der Stereokamera 50 die
Vektoren zu einer Vielzahl von Bildpunkten 60, 62 und/oder
einem Cluster von Pixeln. Dabei wird die vektorielle Veränderung
zwischen den Einzelbildern betrachtet. Als Cluster von Pixeln werden beispielsweise
hundert Pixel verwendet. Die Verwendung einer größeren und/oder kleineren Anzahl
ist alternativ möglich. Ändern sich
die X-Komponenten der Vektoren der beiden Bildsensoren 60, 62 der
Stereokamera 50 von einem Abtastvorgang zum nächsten,
also von einem ersten Betrachtungszeitpunkt 90 zu einem
zweiten Betrachtungszeitpunkt 92, für gleiche Abscanpunkte zu stark,
liegt ein instabiler Fahrzustand vor. Die Verarbeitungseinheit/Steuereinheit leitet
die Rotationsinformation um die Z-Achse und/oder die Querbeschleunigung
des Kraftfahrzeuges aus den Einzelbildervektoren ab und berechnet daraus
die Giergeschwindigkeit und/oder den akkumulierten Gierwinkel und/oder
die Querbeschleunigung.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Fahrdynamikregelung in einem
Kraftfahrzeug im bevorzugten Ausführungsbeispiel. Aus den Bildinformationen 68 der
Stereokamera wird die Giergeschwindigkeit 80 und/oder der
Gierwinkel 82 und/oder die Querbeschleunigung 84 bestimmt.
Die Bildinformationen 68 werden dem Modul 70 zur
Vorverarbeitung zugeleitet. Das Modul 70 wird insbesondere
zur Verbesserung der Bildqualität
und/oder zur Beseitigung von Störungen
verwendet. In Modul 72 werden ortsfeste Bildpunkte bestimmt.
Ortsfeste Bildpunkte sind beispielsweise Fahrbahnmarkierungen und/oder
Verkehrszeichen Lind/oder Pfähle
und/oder Bäume
und/oder Randpfosten und/oder Häuser und/oder
größere (~ca.
10 cm Durchmesser) Steine. Dies ist möglich mit Kameras mit 640 × 480 Pixeln entsprechend
dem VGA Standard (VGA = Video Graphics Array).
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Eine
Unterscheidung zu beweglichen Bildpunkten ist dadurch möglich, dass
die Komponente der Abstandsänderung
in Fahrzeuglängsrichtung
zu diesen beweglichen Bildpunkten sich in erster Näherung mit
anderer Geschwindigkeit als die Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ändert. Damit
ist eine Unterscheidung zwischen beweglichen und ortsfesten Bildpunkten
möglich.
Bei Bewegungen von Bildpunkten senkrecht zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges,
beispielsweise ein kreuzendes anderes Kraftfahrzeug, werden weitere
Kriterien benötigt.
Bei einem kreuzenden Kraftfahrzeug werden beispielsweise die Raddrehungen
des kreuzenden Kraftfahrzeugs als Nicht-Berücksichtigungs-Kriterium verwendet
und dadurch bewegliche Bildpunkte sicher erkannt. Als alternatives
oder zusätzliches
Kriterium ist ein ortsfester Bildpunkt jeder Bildpunkt, bei dem
sich zwischen zwei Messzyklen die Bildkoordinaten des Bildpunktes
nur so ändern,
wie aufgrund der Fahrgeschwindigkeit und dem Kurvenradius des Kraftfahrzeuges
abgeschätzt
wird. Dabei können Messdaten
weiterer Sensoren verwendet werden, wie Lenkwinkelsensoren oder
Drehzahlsensoren. Die Bestimmung von ortsfesten Bildpunkten im Modul 72 basiert
auf bekannten Methoden der Bildverarbeitung, insbesondere Bildsegmentierung,
Merkmalsermittlung und Objekterkennung. Bei der Stereokamera lassen
sich insbesondere durch das Verfahren der Triangulation die Bildkoordinaten
bestimmen. Das Modul 74 dient zur Ermittlung von Bildkoordinaten
der bestimmten ortsfesten Bildpunkte. Bei einem einzelnen Bildpunkt
werden die Bildkoordinaten direkt bestimmt, während bei einem Cluster von
Pixeln ein Schwerpunkt des Clusters ermittelt wird und daraus die
Bildkoordinaten bestimmt werden. Ein ortsfester Bildpunkt ist demnach
entweder durch einen einzelnen Punkt (Pixel) oder ein Cluster von
Pixeln festgelegt. Die Bildkoordinaten der bestimmten ortsfesten
Bildpunkte werden entweder im Modul 76 gespeichert und/oder
zum Modul 78 zur Bestimmung der Ausgangswerte weitergeleitet.
Durch Vergleich der gespeicherten Bildkoordinaten in Modul 76 der vorhergehenden
Bilder und mit den Bildkoordinaten des aktuellen Bildes werden in
Modul 78 die Bildvektöränderungen
und daraus die Ausgangswerte die Giergeschwindigkeit 80 und/oder
der Gierwinkel 82 und/oder die Querbeschleunigung 84 bestimmt.
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6 zeigt
eine Sensoreinheit 64, bestehend aus einem Bildsensorsystem 50 und
einem Verarbeitungsmittel 66. Das Bildsensorsystem besteht aus
zwei Bildsensoren, die im wesentlichen die selbe Szene aufnehmen.
Alternativ ist die Verwendung einer Stereokamera möglich. Als
Bildsensoren sind beispielsweise CCD-Bildsensoren und/oder CMOS-Bildsensoren
einsetzbar. Über
die Signalleitung 67 werden die Bildinformationen vom Bildsensorsystem 50 an
das Verarbeitungsmittel 66 übertragen. Die Übertragung
erfolgt dabei elektrisch und/oder optisch. Alternativ oder zusätzlich ist
eine Übertragung
per Funk möglich.
In diesem Ausführungsbeispiel
werden entsprechend dem beschriebenen Verfahren in 5 die
Gierbewegung 86 und/oder die Querbewegune, 88 ermittelt
und als Ausgangswerte Giergeschwindigkeit 80 Lind/oder Glerwinkel 82 und/oder
QuerbeschleLinigung 84 der Sensoreinheit 64 zur
Verfügung
gestellt. Das Verarbeitungsmittel 66 besteht aus mehreren
in 5 dargestellten Modulen, die in diesem AusführUngsbeispiel
als Programme wenigstens eines Mikroprozessors ausgestaltet sind.
In diesem Ausführungsbeispiel
bildet das Bildsensorsystem 50 und das Verarbeitungsmittel 66 eine
Einheit. Alternativ ist eine Trennung der Komponenten Bildsensorsystem 50 und
Verarbeitungsmittel 66 möglich. In einer weiteren Ausführung der
Sensoreinheit 64 sind weitere Mittel zur Bestimmung wenigstens
eines weiteren Rotationsvektors und/oder wenigstens eines weiteren
Bewegungsvektors vorgesehen. Durch die Verwendung weiterer Bildsensorsysteme
wird in einer weiteren Variante eine Redundanz- und/oder eine Plausibilitätsfunktion
ermöglicht.
Das Einsatzgebiet der beschriebenen Sensoreinheit 64 ist
nicht auf die Kraftfahrzeugtechnik beschränkt. Vielmehr ermöglicht die Sensoreinheit 64 die
Bestimmung wenigstens eines Rotationsvektors und/oder die Bestimmung
wenigstens eines Bewegungsvektors allgemein bezüglich der Sensoreinheit.
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7 zeigt
ein Kraftfahrzeug 10 eines weiteren Ausführungsbeispiels
in Aufsicht, bestehend aus einer ersten Stereokamera 50a,
einer zweiten Stereokamera 50b, einer dritten Stereokamera 50c und
einer vierten Stereokamera 50d. Die erste Stereokamera 50a ist
im Kraftfahrzeug 10 im Bereich des inneren Rückspiegels
hinter der Windschutzscheibe angebracht. Die B lickrichtung 5 la
der ersten Stereokamera 50a ist in Fahrtrichtung 58 des
Kraftfahrzeuges 10. Die dritte Stereokamera 50c ist
im Bereich des Nummernschildes an der Heckklappe des Kraftfahrzeuges 10 angebracht.
Die Blickrichtung 51c der dritten Stereokamera 50c ist
entgegen der Fahrtrichtung 58 des Kraftfahrzeuges 10.
Die zweite und vierte Stereokamera 50b, 50d sind
im Bereich der B Säule des
Kraftfahrzeuges 10 derart angeordnet, dass deren Blickrichtungen 51b, 51d quer
zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges links bzw. rechts ist. Ferner
zeigt die 7 das fahrzeugfeste kartesische
Koordinatensystem mit den Achsen x, y, z, deren Nullpunkte jeweils
in den Kameraobjektivmitten liegt. In diesem weiteren Ausführungsbeispiel
wird die Dynamik (Bewegung), also insbesondere die dreidimensionalen Translations-
und/oder die dreidimensionalen Rotations-Vektoren, des Kraftfahrzeugs 10,
auch bodenkontakt-Linabhängig,
in Abhängigkeit
der Bildinformationen der Stereokameras 50a, 50b, 50c, 50d gemessen.
Für die
dreidirrienslonale Erkennuna der Fahrzeugbewegung sind mindestens
eine in Fahrzeuglängs-
und/oder eine in Fahrzeugquer-Richtung schauende Stereokamera erforderlich.
In diesem weiteren Ausführungsbeispiel
werden jedoch insgesamt vier Stereokameras 50a, 50b, 50c, 50d verwendet,
die eine redundante Bestimmung der Bewegung des Kraftfahrzeuges
ermöglichen.
In diesem Ausführungsbeispiel
werden die Stereokameras 50a, 50b, 50c, 50d neben
der Bestimmung der Bewegung des Kraftfahrzeu-es zur Bereitstellung
oder Unterstützung
von weiteren Funktionen im Zusammenhang mit der Möglichkeit
der Erzeugung einer kompletten Rundumsicht eingesetzt, wie Precrash-Front-Erkennung
und/oder Precrash-Seiten-Erkennung und/oder Precrash-Heckaufprall-Erkennung
und/oder Diebstahlerkennung und/oder Vandalismus Erkennung bei abgestelltem
Kraftfahrzeug 10. Die Fahrzeuglängsgeschwindigkeitskomponente
des Kraftfahrzeuges 10 wird in diesem Ausführungsbeispiel über den
CAN-Bus oder über
einen schnellen Sensorbus bereitgestellt. Ferner wird als Messwert
die Quergeschwindigkeitskomponente verwendet, die durch das Integral
eines Low-g-Querbeschleunigungssensors, wie er zur Fahrdynamikregelung
eingesetzt wird, gebildet. Wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel
vorstehend beschrieben werden damit ortsfeste Bildpunkte erkannt
und vor und seitlich des Kraftfahrzeuges 10 von bewegten
Bildpunkten unterschieden, da letztere ihren Abstand zur Kamera
mit einer Geschwindigkeit ändern,
die nicht der verfügbaren
Fahrzeuglängsgeschwindigkeitskomponente, bzw.
seitlich nicht der Fahrzeugquergeschwindigkeitsquerkomponente entspricht.
Für die
Bestimmung der dreidimensionalen Fahrzeugbewegung werden in diesem
Ausführungsbeispiel
ortsfeste Bildpunkte verwendet, vorzugsweise ortsfeste Bildpunkte
auf der Fahrbahnoberfläche.
Nachfolgend werden die Bestimmung der dreidimensionalen Rotationsbewegung
und der dreidimensionalen Translationsbewegung des Kraftfahrzeuges 10 ergänzend zu
dem bereits erläuterten
Verfahrens nach 4 beschrieben.
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Bestimmung des Rotations-Vektors
und Rotations-Winkels um die z-Achse:
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Man
geht für
die x-Richtung und für
die y-Richtung von 2 jeweils fahrzeugfesten kartesischen Koordinatensystemen
aus mit Nullpunkten jeweils in den Kameraobjektivmitten. Bei einer
Gierbewegung des Kraftfahrzeuges 10 ändern sich die x-Komponenten
der Abtastvektoren der ersten Stereokamera 50a von einem
Abtastzeitpunkt zum nächsten
messbar, betragsmäßig und
in ungleicher Richtung bezogen auf die fahrzeugfesten Koordinatensysteme
mit x-Richtung in Fahrzeuglängsachse.
Die y-Komponenten ändern
sich messbar und in gleicher Richtung. Aus der Änderungsrate der x- und y-Komponenten
wird die Gierrate bestimmt Lind/oder aus der aufintegrierten Gierrate
der Gierwinkel. Ferner wird auch mit der zweiten Stereokamera 50b die
Gierrate des Kraftfahrzeuges 10 gemessen. Hier ist sie
proportional zur Änderung
der y-Komponenten der Abtastvektoren von einem Abtastzeitpunkt zum
nächsten
messbar und gleich. Die x-Komponenten ändern sich messbar und ungleich.
Analoges gilt für
die dritte und vierte Stereokamera 50c, 50d. Bei
Messung mit 2 Stereokameras, beispielsweise mit der ersten Stereokamera 50a und
der zweiten Stereokamera 50b hat man eine ausreichende
Redundanz bezüglich der
Messergebnisse.
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Bestimmung des Rotations-Vektors
und Rotations-Winkels um die x-Achse:
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Bei
einer Roll- bzw. Wank-Bewegung des Kraftfahrzeuges 10 ändern sich
die z Komponenten der Abtastvektoren der ersten Stereokamera 50a von einem
Abtastzeitpunkt zum nächsten
messbar, ungleich und entgegengesetzt bezogen auf die fahrzeugfesten
Koordinatensysteme mit x-Richtung in Fahrzeuglängsachse. Die x Komponenten ändern sich
messbar und gleich. Aus der Änderungsrate
der z- und x Komponenten wird die Rollrate abgeleitet und/oder aus
der aufintegrierten Rollrate der Rollwinkel. Für die weiteren Stereokameras 50b, 50c, 50d gilt
analog das oben gesagte. Beispielsweise ändern sich für die zweite
Stereokamera 50b die z-Komponenten messbar und gleich,
die x-Komponenten ändern
sich auch messbar und ungleich.
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Bestimmung des Rotations-Vektors
und Rotations-Winkels um die y-Achse:
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Bei
einer Nickbewegung des Kraftfahrzeuges 10 ändern sich
die z-Komponenten der Abtastvektoren der ersten Stereokamera 50a von
einem Abtastzeitpunkt zum nächsten
messbar, gleich stark und in gleicher Richtung bezogen auf die fahrzeugfesten
Koordinatensysteme mit x-Richtung in Fahrzeuglängsachse. Die x-Komponenten ändern sich auch
messbar und gleich. Aus der Änderungsrate
der z- und x-Komponenten wird die Nickrate abgeleiten, aus der aufintegrierten
Nickrate der Nickwinkel. Für die
weiteren Stereokameras 50b, 50c, 50d gilt
analog das oben gesagte. Beispielsweise ändern sich für die zweite
Stereokamera 50b die z-Komponenten messbar, ungleich und
entgegengesetzt. Die x-Komponenten ändern sich messbar, ungleich
stark und in gleicher Richtung (fahrgeschwindigkeitsabhängig).
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Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors
in x-Richtung:
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Hier
wird die Änderung
einer x-Komponente von der ersten Stereokamera 50a und/oder
der zweiten Stereokamera 50b gemessen und die Ergebnisse
um die Einflüsse
der Roll-, Nick- und Galerraten korrigiert. Entsprechendes gilt
für die
weiteren Stereokameras 50c, 50d. Mit zunehmender
Geschwindigkeit werden diese Einflüsse immer kleiner und werden
in einer Näherungsberechnung
vernachlässigt. Aus
der aufintegrierten x Geschwindigkeit wird der zurückgelegte
Weg in x-Richtung bestimint.
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Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors
in y-Richtung:
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Hier
wird die Änderung
einer y-Komponente von der ersten Stereokamera 50a und/oder
der zweiten Stereokamera 50b gemessen und die Ergebnisse
um die Einflüsse
der Roll-, Nick- und Gierraten korrigiert. Entsprechendes gilt für die weiteren
Stereokameras 50c, 50d. Diese Einflüsse können hier
relativ groß sein,
auf jeden Fall größer als
bei der x Geschwindigkeit. Aus der aufintegrierten y-Geschwindigkeit
wird der zurückgelegte
Weg in y-Richtung bestimmt.
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Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors
in z-Richtung:
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Hier
wird die Änderung
einer z-Komponente der ersten Stereokamera 50a und/oder
der zweiten Stereokamera 50b gemessen und die Ergebnisse um
die Einflüsse
der Roll-, Nick- und Gierraten korrigiert. Entsprechendes gilt für die weiteren
Stereokameras 50c, 50d. Diese Einflüsse können hier
relativ groß sein,
aufjeden Fall größer als
bei der x Geschwindigkeit. Aus der aufintegrierten z-Geschwindigkeit
wird der zurückgelegte
Weg in z-Richtung bestimmt.
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8 zeigt
das Kraftfahrzeug 10 nach 7 des weiteren
Ausführungsbeispiels
in Seitenansicht. Neben der ersten Stereokamera 50a mit
der Blickrichtung 51a in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges und
der dritten Stereokamera 50c mit der Blickrichtung 51c entgegen
der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ist die vierte Stereokamera 50d mit
der Blickrichtung 51d seitlich zum Kraftfahrzeuges 10,
also quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges 10, eingezeichnet.
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Wie
vorstehend ausgeführt
sind die beschriebenen Verfahren und die Vorrichtungen zur Fahrdynamikregelung
und/oder zur Bestimmung der Bewegung eines Kraftfahrzeuges nicht
auf eine einzelne Stereokamera beschränkt, die in Fahrtrichtung des
Kraftfahrzeuges ausgerichtet ist. Vielmehr ist die Verwendung wenigstens
eines Bildsensorsystems möglich,
wobei wenigstens zwei Bildsensoren vorgesehen sind, die im wesentlichen
die selbe Szene aufnehmen. Bei mehr als zwei Bildsensoren wird die
Genauiakeit des Verfahrens erhöht.
Neben dem Einbau der Stereokamera und/oder des Bildsensorsystems mit
wenigstens zwei Bildsensoren in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges
sind alternative Einbaumöglichkeiten
denkbar. Beispielsweise ist der Einbau entgegen der Fahrrichtung
und/oder zur Seite möglich.
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In
einer weiteren Variante des beschriebenen Verfahrens, der Vorrichtung
und der Sensoreinheit werden neben den CCD-Bildsensoren und/oder den
CMOS-Bildsensoren alternativ oder zusätzlich andere Bildsensoren
verwendet, die Bildinformationen erzeugen, beispielsweise Zeilensensoren.
Bildinformationen sind dabei Informationen die in elektromagnetischer
Strahlung im Ultraviolettenstrahlungsbereich, im Infrarotenstrahlungsbereich
und/oder im sichtbaren Strahlungsbereich des elektromagnetischen
Strahlungsspektrums enthalten sind. Als Bildinformationen werden
insbesondere die Intensität und/oder
die Wellenlänge
und/oder die Frequenz und/oder die Polarisation verwendet.
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In
einer Variante des beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung
wird aus den erzeugten Bildinformationen wenigstens ein Rotationsvektor und/oder
wenigstens ein Bewegungsvektor des Kraftfahrzeuges bestimmt. Ein
Rotationsvektor ist ein Drehvektor des Kraftfahrzeuges um eine beliebige Achse,
wobei vorzugsweise Rotationsvektoren in eine Hauptachse des Kraftfahrzeuges
bestimmt werden. Die Hauptachsen des Kraftfahrzeuges sind die Hochachse,
die Querachse und die Längsachse.
Ein Bewegungsvektor des Kraftfahrzeuges ist ein Vektor der Bewegung
des Schwerpunktes des Kraftfahrzeuges in eine beliebige Richtung.
Es werden vorzugsweise Bewegungsvektoren in eine Hauptachse des Kraftfahrzeuges
bestimmt. Dabei wird die Gierbeschleunigung und/oder die Nickbeschleunigung und/oder
die Wankbeschleunigung und/oder Giergeschwindigkeit und/oder die
Nickgeschwindigkeit und/oder die Wankgeschwindigkeit und/oder der Gierwinkel
und/oder der Nickwinkel und/oder der Wankwinkel und/oder die Querbeschleunigung und/oder
die Längsbeschleunigung
und/oder die Vertikalbeschleunigung und/oder die Quergeschwindigkeit
und/oder die Längsgeschwindigkeit
und/oder die Vertikalgeschwindigkeit und/oder den Querweg und/oder
den Längsweg
und/oder den Vertikalweg des Kraftfahrzeuges bestimmt. Der Begriff "Nick" bezeichnet einen
Rotationsvektor um die Querachse des Kraftfahrzeuges, also senkrecht
zur Hochachse und zur Längsachse.
Beispielsweise ist die Nickbeschleunigung die Rotationsbeschleunigung
des Kraftfahrzeuges in Richtung der Querachse des Kraftfahrzeuges.
Dagegen bezeichnet der Begriff Wank einen Rotationsvektor um die
Längsachse
des Kraftfahrzeuges. Beispielsweise ist die Wankbeschleunigung die
Rotationsbeschleunigung des Kraftfahrzeuges in Richtung der Längsachse
des Kraftfahrzeuges. Weiter bezeichnet der Begriff "Vertikal" einen Bewegungsvektor
in Richtung der Hochachse des Kraftfahrzeuges, während die Begriffe "Längs" und "Quer" einen
Bewegungsvektor in Richtung der Längsachse und der Querachse
beschreiben. In einer weiteren vorteilhaften Variante des beschriebenen
Verfahrens und der Vorrichtung werden alle drei beschriebenen Bewegungsvektoren
in den drei Hauptachsen des Kraftfahrzeuges mit den zugehörigen Rotationsvektoren
uin dieselben bestimmt. Dabei wird die Fahrzeugbewegung dreidimensional erkannt
und modelliert.
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In
einer weiteren Variante des beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung
werden wenigstens zwei Bildsensorsysteme mit wenigstens zwei Bildsensoren
verwendet, die im wesentlichen die selbe Szene aufnehmen, insbesondere
wenigstens zwei Stereokameras. Dies ermöglicht eine Redundanzfunktion
und/oder eine Plausibilitätsfunktion
des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Mittels der Redundanzfunktion
wird wenigstens ein Rotationsvektor und/oder wenigstens ein Bewegungsvektor unabhängig von
beiden Bildsensorsystemen bestimmt und durch Mittelwertbildung der
Messwert ermittelt. Plausibilitätsfunktion
ermöglicht
die Überprüfung der
Messwerte der beiden Bildsensorsysteme, indem die Messwerte verglichen
werden.
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In
einer Variante des beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung
werden als Sensoren neben dem wenigstens einen Bildsensorsystem
wenigstens ein Glergesehwindigkeitssensor und/oder wenigstens ein
Querbesehleunigungssensor zur Fahrdynamikregelung verwendet. In
dieser vorteilhaften Variante wird das Bildsensorsystemn zur Plausibilitätsprüfung eingesetzt.
Die Messwerte des Glergeschwindigkeitssensors und/oder des Querbeschleunigungssensors
werden mit dem von dem Bildsensorsystem bestimmten wenigstens einen
Messwert verglichen. Alternativ oder zusätzlich wird das Bildsensorsystem
zur redundanten Bestimmung von wenigstens einem Messwert eingesetzt.
Dies geschieht durch Mittelwertbildung des wenigstens einen Messwertes
des Bildsensorsystems mit wenigstens einem Messwert des Giergeschwindigkeitssensors
und/oder wenigstens einem Messwert des Querbeschleunigungssensors.
Giergeschwindigkeitssensoren sind Sensoren zur Messung der Giergeschwindigkeit
eines Kraftfahrzeuges. Querbeschleunigungssensoren sind Trägheitssensoren
zur Bestimmung der Querbeschleunigung eines Kraftfahrzeuges.
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Eine
weitere Variante der vorstehend beschriebenen Verfahren sieht vor,
dass zur Stromverbrauchseinsparung das wenigstens eine Bildsensorsystem
bei definierten Betriebssituationen, wie abgestelltes Fahrzeug,
in einen Stand-by-Betrieb überführt wird
und in Abhängigkeit
wenigstens eines Signals eines weiteren Sensors, der die unmittelbare Fahrzeugumgebung überwacht,
in Betriebsbereitschaft gesetzt wird, also "aufgeweckt" wird. Als Sensoren zur Überwachung
der Fahrzeugumgebung werden Beschleunigungssensoren und/oder elektrische
Feldsensoren eingesetzt. Mit den elektrischen Feldsensoren können die
durch eine oder mehrere in unmittelbarer Sensomähe befindlichen Personen verursachten Änderungen
der dielektrischen Verlustwiderstände bei einer geeigneten Messfrequenz,
z.B. 500 kHz, die sieh um > 20 ändern, da
Personen > 60 % Wasser
enthalten, erkannt werden. So kann spezifisch die Proximität unerwünschter
Lebewesen, d.h. Personen, detektiert werden. Die Identität erwünschter
Personen, beispielsweise des Fahrzeugbesitzers, wird wie beim schlüsseilosen
Zugangssystem (Keyless Entry System) durch die in ihren Zündschlüsseln enthaltenen
Transpondern erkannt, die Bildsensorsysteme bleiben dann inaktiv,
da eine Überwachung der
Fahrzeugumgebung nicht notwendig ist.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf 9 und 10 näher erläutert. Dabei
zeigt, in schematischer Darstellung, 9 eine Aufsicht
auf ein Kraftfahrzeug, nämlich
ein Kraftrad 90. 10 zeigt,
ebenfalls in schematischer Darstellung, das Kraftrad 90 in
einer Frontansicht. In dem Frontbereich des Kraftrads, beispielsweise
in einem Scheinwerfer, ist eine Stereokamera 91A, 91B angeordnet.
Diese Stereokamera hat in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
eine Reichweite von etwa 4 bis 40 m, einen vertikalen Öffnungswinkel
von ca. 15 bis 20°,
vorzugsweise ca. 17° und
eine Abtastrate zwischen etwa 10 ms bis 50 ms. In den 9 und 10 sind weiterhin
Vektoren V111, V211, V121 und V 221 eingezeichnet, die von der Kamera 91A, 91B zu
den ortsfesten Bildpunkten 92A, 92B gerichtet
sind. Unterstellt man nun ein fahrzeugfestes kartesisches Koordinatensystem
mit einem Nullpunkt jeweils in der Mitte der Kameraobjektive, so
wird ohne weiteres deutlich, dass sich die Komponenten der Vektoren
in z-Richtung bei einer Wankbewegung des Kraftrads von einem Abtastpunkt
zum anderen stark ändern. Durch
die Auswertung der Vektorkomponenten kann also die Schräglage des
Kraftrads 90, unbeeinflusst von Beschleunigung und Gravitation,
mit großer
Genauigkeit gemessen werden. Die Bilder der Stereokamera werden
zweckmäßig synchron
ausgewertet, um die Komponenten der Vektoren zu erfassen. Vorzugsweise
werden dabei die Vektoren zu einer Vielzahl von Bildpunkten oder
einem Cluster von Pixeln, beispielsweise > 100 berechnet und deren zeitliche Änderung
zwischen den Abtastintervallen ermittelt. Ändern sich dabei die z-Komponenten
der Vektoren der Kamera 91A, 91B von einem Abtastvorgang
zum nächsten
sehr stark, kann auf einen instabilen Fahrzustand des Kraftrads
geschlossen werden. Vorzugsweise wird für die Ermittlung eines instabilen Fahrzustands
ein kritischer Grenzwert der Schräglage des Kraftrads 90 festgelegt,
wobei dieser Grenzwert auch noch von einem Betriebsparameter des Kraftrads 90,
wie insbesondere der Geschwindigkeit, abhängig sein kann. Diese Abhängigkeit
kann zweckmäßig in einem
Kennfeld gespeichert sein. Weiterhin kann auch die Änderungsrate
der Vektoren oder Vektorkomponenten für die Beurteilung des Fahrzeugzustands
herangezogen werden. Auch hierbei kann zweckmäßig ein kritischer Grenzwert vorgebbar
sein, dessen Überschreiten
auf einen instabilen Fahrzustand hindeutet. Besonders vorteilhaft
können
die genannten Grenzwerte auch noch durch Umweltbedingungen, wie
beispielsweise das Wetter und/oder den Straßenzustand beeinflußbar sein.
Dies setzt voraus, dass das Kraftfahrzeug über entsprechende Sensoren
verfügt,
die die Wetterbedingungen und/oder den Straßenzustand erfassen. Bei einer
trockenem Wetter und einer gut erhaltenen Fahrbahnoberfläche kann
bveispielsweise eine stärkere
Schräglage
toleriert werden als bei Regenwetter und/oder einem mit Split bestreuten
Fahrbahnbelag. Besonders vorteilhaft können bereits die von der Stereokamera 91A, 91B erzeugten
Bilder auf Wetterbedingungen und/oder den Zustand der Fahrbahn ausgewertet
werden. In Abhängigkeit
von der erfassten Schräglage,
bzw. deren zeitlicher Änderung
kann mittels der berechneten Vektoren eine Rotationsinformation
um die Längsachse des
Kraftrads abgeleitet werden. Daraus wiederum lassen sich die Roll- der
Wankrate und der zeitlich akkumulierte Roll- oder Wankwinkel ermitteln.
In Abhängigkeit
von der daraus erkennbaren Gefährdung
kann der Fahrer durch ein entsprechendes Signal gewarnt werden.
Weiterhin können
Auslöseschwellen
von an dem Kraftrad 90 und/oder in der Bekleidung des Fahrers
angeodneten Airbags zwecks Vorbereitung auf einen Unfall empfindlicher
gestellt werden. Weiterhin kann zwecks Wiederherstellung der Fahrstabilität in die Motorsteuerung
und/oder in die Bremssteuerung eingegriffen werden. Wenn mehrere
Kameras vorgesehen werden, kann vorteilhaft auch die Fahrzeugbewegung
dreidimensional erfasst werden. Auch für die Erkennung von Seitencrashs
und für
die Erkennung von Gefahren aus dem Bereich des toten Winkels können zusätzliche
Kameras vorteilhaft eingesetzt werden. Ein ganz wesentlicher Vorteil
der erfinderischen Lösung
ist die völlige
Unabhängigkeit
der Messmethode von jeglichen Gravitations- oder Inertialkräften, die
beim Betrieb eines Kraftrads besonders markant in Erscheinung treten.