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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Spurführung eines
straßengebundenen
Fahrzeugs mit einer an einer definierten Position am Fahrzeug angeordneten
Kamera und einer Bildverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der mit
der Kamera aufgenommenen Bilder.
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Dabei
werden im Standardfall (= Straßenabschnitte
ohne Baustellen- und/oder Gefahrenbereiche) permanente Markierungen,
welche die Fahrbahnen der Straße
begrenzen, erfasst und ausgewertet werden, wobei in einer Auswerteeinheit
aus der relativen Lage des Fahrzeuges in bezug auf die erkannten
permanenten Markierungen ein Steuersignal für die Querführung des Fahrzeuges abgeleitet
wird. Bei dem Steuersignal für
die Querführung
des Fahrzeuges kann es sich um ein Warnsignal für den Fahrer und/oder um ein
Lenksignal für
eine automatische Lenkung handeln.
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In
Deutschland beispielsweise bestehen die permanenten Markierungen
aus durchgezogenen oder unterbrochenen weißen Linien. Dabei wird standardmäßig die
relative Lage des Fahrzeuges, insbesondere der Querabstand, in bezug
auf die in Fahrtrichtung linke und rechte Markierung, welche die Fahrbahn
begrenzen, bestimmt. Wenn das Fahrzeug sich dann der linken oder
rechten Markierung bei Unterschreitung eines vorgegebenen Mindestabstandes
nähert
oder eine Markierung überfährt (berührt), wird
im Standardfall automatisch ein Warnsignal für den Fahrer und/oder ein Lenksignal
für einen
automatischen Lenkeingriff generiert.
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In
Baustellen- und/oder Gefahrenbereichen einer Straße (= Ausnahmefall)
kommen nun zu den permanenten Markierung noch temporäre Markierungen
hinzu, welche die geänderte
Verkehrsführung
im Baustellen-/Gefahrenbereich kennzeichnen sollen. Für das standardmäßige Spurführungsverfahren stellen
diese zusätzlichen,
konkurrierenden Markierungen eine Störung dar, da plötzlich nicht
mehr zwei Markierungen zu erfassen und auszuwerten sind, sondern
drei oder mehr.
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In
der
DE 103 11 240
A1 wird für
die Spurführung
in Baustellen- und Gefahrenbereichen vorgeschlagen, zu überprüfen, ob
es sich bei erkannten Markierungen um permanente Markierungen oder temporäre, d.h.
baustellen-/gefahrbereichspezifische, Markierungen handelt. Dabei
soll dann die Spurführung
in Baustellen- und/oder Gefahrenbereichen nur noch in Abhängigkeit
der temporären
Markierungen erfolgen. Zur Unterscheidung zwischen temporären und
permanenten Markierungen wird in der
DE 103 11 240 A1 vorgeschlagen, die unterschiedlichen
Markierungen an ihrer – in
Deutschland und einigen anderen Ländern – unterschiedlichen Farbe zu
erkennen. Allerdings ist die unterschiedliche Farbkennzeichnung
nicht in allen Ländern
gleich, so daß diese
Art der Unterscheidung in nachteiliger Weise immer länderspezifisch
ist und dementsprechend eine länderspezifische
Anpassung der Spurführungssysteme
erforderlich macht. Außerdem
sind in manchen Ländern
permanente und temporäre Markierungen
sogar einheitlich weiß,
wodurch eine derartige Unterscheidung unmöglich wird. Darüber hinaus
setzt diese Art der Unterscheidung den Einsatz einer teueren Farbkamera
im Vergleich zu einer günstigeren
Schwarz-/Weiß-Kamera
voraus, wobei die Verarbeitung von Farbinformationen in der nachgeschalteten
Bildverarbeitung zudem sehr aufwendig ist.
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In
der
DE 103 11 240
A1 wird quasi vorgeschlagen, auch in Baustellen- und Gefahrenbereichen
standardgemäß die Spurführung über den
Abstand des Fahrzeuges von einer linken und einer rechten Markierung
durchzuführen,
wobei lediglich von den permanenten Markierungen auf die dann nur noch
relevanten temporären
Markierungen für
die Bewertung umgeschaltet wird. Problematisch dabei ist jedoch,
daß eine
Unterscheidung zwischen der Art der Markierung (temporär oder permanent)
aufwendig ist und nicht immer zuverlässig gewährleistet werden kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Spurführung eines straßengebundenen
Fahrzeugs zu entwickeln, mit dem in zuverlässiger und kostengünstiger
Weise sowohl im Standardfall (= Straßenabschnitt ohne Baustellen-
und/oder Gefahrenbereiche) als auch im Ausnahmefall (= Baustellen-
und/oder Gefahrenbereiche einer Straße) eine Spurführung bewirkt
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß im
Ausnahmefall (= Baustellen- und/oder Gefahrenbereiche einer Straße) neben
den permanenten Markierungen auch temporäre Markierungen im Baustellen-
und/oder Gefahrenbereich erfasst und ausgewertet werden, wobei dann
in der Auswerteeinheit das Steuersignal für die Querführung des Fahrzeuges aus der
relativen Lage des Fahrzeuges in bezug auf ein Markierungsmuster
aus permanenten und temporären
Markierungen abgeleitet wird. Im Unterschied zum Spurführungsverfahren gemäß
DE 103 11 240 A1 wird
im erfindungsgemäßen Verfahren
in Baustellen- und/oder Gefahrenbereiche einer Straße nicht
mehr von dem dem Standardfall zugrundeliegende Modell ausgegangen,
zwischen relevanten Markierungen, und zwar einer erkannten linken
und einer erkannten rechten Markierung, eine erlaubte Fahrbahn zu
definieren. Beim erfindungsgemäßen Verfahren
sind in Baustellen- und/oder Gefahrenbereichen einer Straße alle
Markierungen (permanente und temporäre) relevant und gleichwertig.
Es wird in Baustellen- und/oder Gefahrenbereichen einer Straße nicht
mehr eine erlaubte Fahrbahn zwischen zwei Markierungen ermittelt, sondern
ein Markierungsmuster aus allen Markierungen generiert. Dabei bringt
der Fahrer beim Einfahren in den Baustellen- und/oder Gefahrenbereich
einer Straße
sein Fahrzeug selbst in die korrekte Position auf der durch die
veränderte
Verkehrsführung veränderten
Fahrbahn. Der Fahrer bestimmt also selbst die Soll-Lage sei nes Fahrzeuges
im Baustellen- und/oder Gefahrenbereich einer Straße. Dieser Soll-Lage
wird dann ein Initialisierungs-Markierungsmuster zugeordnet. Wenn
das Fahrzeug dann im weiteren Straßenverlauf des Baustellen-
und/oder Gefahrenbereiches z.B. durch Unachtsamkeit des Fahrers
von der Soll-Lage abkommt, so ändert
sich dementsprechend das aktuelle Markierungsmuster. Erfindungsgemäß wird dann
das Steuersignal für
die Querführung
des Fahrzeuges im Baustellen- und/oder Gefahrenbereich einer Straße aus einer Abweichung
des aktuellen Markierungsmusters vom Initialisierungs-Markierungsmuster
abgeleitet. Beim erfindungsgemäßen Verfahren
wird in vorteilhafter Weise die menschliche Interpretationsfähigkeit
komplexer Verkehrsszenen für
die Festlegung des Initialisierungs-Markierungsmusters in Baustellen- und/oder
Gefahrenbereichen verwendet.
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Anhand
der beigefügten
Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:
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1 eine
Blockschaltbild eines Spurführungssystems
zur Durchführung
des Verfahrens,
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2 + 3 jeweils
einen Straßenverlauf im Übergang
von einem Straßenabschnitt
ohne Baustellen-/Gefahrenbereiche
in einen Baustellen-/Gefahrenbereich mit geänderter Verkehrsführung,
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4 jeweils
ein Flussdiagramm für
den Verfahrensablauf im Standardfall und im Ausnahmefall.
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In 1 ist
ein Blockschaltbild eines Spurführungssystems
zur Durchführung
des Verfahrens dargestellt. Das Spurführungssystem umfasst eine Kamera
(Digitalkamera), die beispielsweise im Fahrzeuginnenraum hinter
der Frontscheibe angeordnet ist und dessen Erfassungsbereich/optische
Achse in Fahrtrichtung nach vorn und leicht geneigt auf die Straße ausgerichtet
ist. Dabei ist die Kamera bezogen auf die Querrichtung in der Mitte
der Frontscheibe angeordnet, so daß die optische Achse der Kamera
in der Projektion auf die Straße
der durch die Fahrzeugmitte gehenden Fahrzeuglängsrichtung entspricht.
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Der
Kamera nachgeschaltet ist eine Bildverarbeitungseinheit zur Verarbeitung
der mit der Kamera aufgenommenen digitalen Bilddaten. Mittels der Bildverarbeitungseinheit
werden aus den Bilddaten die Straßenmarkierungen, beispielsweise
durchgehende und/oder unterbrochene Linien auf der Straße extrahiert.
Darüber
hinaus umfasst das Spurführungssystem
eine Auswerteeinheit, um anhand der Bildinformationen Steuersignale
für die
Querführung des
Fahrzeuges abzuleiten. In der Auswerteeinheit ist sowohl ein Standard-Algorithmus
für die
Spurführung
implementiert, der in Straßenabschnitten
ohne Baustellen- und/oder Gefahrenbereichen eine Spurführung mittels
der Orientierung an der linken und rechten Fahrbahnmarkierungen
ermöglicht,
als auch ein sogenannter Baustellen-Algorithmus, der in Baustellen-/Gefahrenbereichen
eine Spurführung
mittels eines Markierungsmusters aus permanenten und temporären Markierungen
ermöglicht.
Die Bildverarbeitungseinheit und die Auswerteeinheit können selbstverständlich auch
in einer einzigen Einheit integriert sein.
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2 zeigt
einen typischen Straßenverlauf im Übergang
von einem Straßenabschnitt
ohne Baustellen-/Gefahrenbereiche in einen Baustellen-/Gefahrenbereich
mit geänderter
Verkehrsführung.
Es ist eine Straße
mit zwei Fahrbahnen dargestellt, die durch die durchgezogenen Linien
(MP1, MP3) sowie die unterbrochene Linie (MP2) als permanente Markierungen
gekennzeichnet ist. Dabei begrenzen im Standardfall (= Straßenabschnitt
ohne Baustellen- und/oder Gefahrenbereiche) die permanenten Markierungen
(MP1 und MP2) die linke Fahrbahn und die permanenten Markierungen
(MP2 und MP3) die rechte Fahrbahn. Anfangs befindet sich das Fahrzeug
(1) in einem Straßenabschnitt
ohne Baustellen-/Gefahrenbereiche. In diesem Straßenabschnitt (=
Standardfall) werden mit der Kamera die permanenten Markierungen
(MP1 und MP2) erfasst und mit der Bildverarbeitungseinheit erkannt.
Dabei wird standardmäßig die
relative Lage des Fahrzeuges, insbesondere der Querabstand (d1, d2) der Fahrzeugmitte
in bezug auf die in Fahrtrichtung linke und rechte Markierung, welche
die Fahrbahn begrenzen, bestimmt. Wenn das Fahrzeug sich dann der
linken oder rechten Markierung bei Unterschreitung eines vorgegebenen
Mindestabstandes nähert
oder gar eine Markierung überfährt (berührt), wird
im Standardfall automatisch ein Warnsignal für den Fahrer und/oder ein Lenksignal
für einen
automatischen Lenkeingriff generiert.
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Beim
Einfahren in den Baustellen-/Gefahrenbereich ist der Fahrer gezwungen,
die Soll-Fahrbahn zwischen
den beiden permanenten Markierungen zu verlassen und sein Fahrzeug
in die korrekte Position auf der durch die veränderte Verkehrsführung veränderten Fahrbahn
zu bringen, wobei die Fahrbahn im Baustellen-/Gefahrenbereich durch
die temporären Markierungen
(MT1 und MT2) begrenzt und gekennzeichnet ist. Im dargestellten
Fall ist die Verkehrsführung
im Baustellen-/Gefahrenbereich derart, daß das Fahrzeug die temporäre Markierung
(MP2) überfahren
muß. Im
Verfahren gemäß
DE 103 11 240 A1 würde die
Spurführung
im Baustellen-/Gefahrenbereich ausschließlich anhand der beiden temporären Markierungen
(MT1 und MT2) erfolgen, wobei der Querabstand (d
1,
d
3) der Fahrzeugmitte in Bezug auf die in
Fahrtrichtung linke und rechte temporäre Markierung (MT1, MT2) zur
Generierung eines Steuersignals für die Querführung des Fahrzeuges verwendet
wird. Dies setzt jedoch voraus, daß die temporären Markierungen
(MT1 und MT2) als die nunmehr relevanten Markierungen selektiert
werden, während die
ebenfalls im Erfassungsbereich der Kamera liegenden permanenten
Markierungen als irrelevant bewertet werden müssten. Diese Art der Spurführung in Baustellen-/Gefahrenbereichen
hat jedoch – wie
vorstehend bereits erläutert – einige
Nachteile. Im Unterschied zum Verfahren gemäß
DE 103 11 240 A1 wird beim
erfindungsgemäßen Verfahren
zur Spurführung im
Baustellen-Gefahrenbereichen ein Markierungsmuster bestehend aus
den permanenten und den temporären
Markierungen (MT1, MP2, MT2, MP3) verwendet.
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Beim
Einfahren in den Baustellen- und/oder Gefahrenbereich oder innerhalb
einer bestimmten Zeitspanne bzw. Wegstrecke nach dem Einfahren in den
Baustellen- und/oder Gefahrenbereich ist eine Initialisierungsphase
vorgesehen, in der der Fahrer sein Fahrzeug in die korrekte Position
(= Soll-Lage) auf der veränderten
Fahrbahn innerhalb des Baustellen-/Gefahrenbereiches bringt. Dabei
wird innerhalb der Initialisierungsphase ein Initialisierungs-Markierungsmuster
aus permanenten und temporären
Markierungen erstellt, das zu der aktuellen Lage des Fahrzeugs bezogen
auf die permanenten und temporären
Markierungen während
der Initialisierungsphase korrespondiert. Dieses Initialisierungs-Markierungsmuster
besteht aus der Lage der permanenten und temporären Markierungen im Bild bezogen
auf die Bildmittellinie (= Fahrzeugmitte), wobei die Abstände im Initialisierungs-Markierungsmuster
durch die Abstände
(d1 0, d2 0, d3 0,
d4 0) gekennzeichnet.
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Wenn
das Fahrzeug dann im weiteren Straßenverlauf des Baustellen-
und/oder Gefahrenbereiches z.B. durch Unachtsamkeit des Fahrers
von der Soll-Lage abkommt, so ändert
sich dementsprechend das aktuelle Markierungsmuster, d.h. die Lage der
Markierungen im Bild, da sich selbstverständlich auch der von Kamera
erfasste Bereich ändert.
Erfindungsgemäß wird dann
das Steuersignal für
die Querführung
des Fahrzeuges im Baustellen- und/oder Gefahrenbereich aus einer
Abweichung des aktuellen Markierungsmusters – charakterisiert durch die
Abstände
(d1, d2, d3, d4) – vom Initialisierungs-Markierungsmuster – charakterisiert
durch die Abstände
(d1 0, d2 0, d3 0,
d4 0). abgeleitet.
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Unter
einer Abweichung des aktuellen Markierungsmusters vom Initialisierungs-Markierungsmuster
ist also auch eine Verschiebung des Initialisierungs-Markierungsmusters
im Bild, insbesondere relativ zur Bildmitte, zu verstehen.
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Bei
einem leicht gekrümmten
Fahrbahnverlauf im Baustellen-/Gefahrenbereich ist es durchaus vorgesehen,
daß Initialisierungs-Markierungsmuster an
den leicht gekrümmten
Fahrbahnverlauf zu adaptieren, indem geringfügige Abweichungen unterhalb einer
bestimmten Schwelle nicht zu einem Warnsignal führen, sondern zu einer Anpassung
des Initialisierungs-Markierungsmusters. Damit zufällige, kurzfristige
Schwankungen/Abweichungen nicht zu einer fehlerhaften Anpassung
führen,
ist es vorgesehen, daß auch
geringfügige
Abweichungen nur dann zu einer Anpassung führen, wenn sie im zeitlichen
Mittel über
einen gewissen Zeitraum bestehen.
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In
einer Ausführungsform
ist es vorgesehen, daß die
Initialisierungsphase vom Fahrer des Fahrzeuges aktiviert wird,
indem dieser beim Einfahren in den Baustellen-/Gefahrenbereich – und nachdem er das Fahrzeug
in der baustellenbedingt geänderten Fahrbahn
korrekt positioniert hat – zum
Beispiel eine entsprechende Taste am Lenkstockschalter betätigt. Dabei
ist es in einer Alternative vorgesehen, daß die Initialisierungsphase
bei erstmaliger Tastenbetätigung
gestartet wird, wobei vorzugsweise gleichzeitig die Spurführung für den Standardfall
ausgeschaltet wird. Bei erneuter Tastenbetätigung wird dann die Initialisierungsphase
beendet und gleichzeitig die Spurführung anhand eines Markierungsmuster
aktiviert. Alternativ dazu ist es vorgesehen, daß die Initialisierungsphase
durch eine einmalige Tastenbetätigung
gestartet und dann automatisch nach einer vorgegebenen Zeit abgeschlossen
wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist es vorgesehen, daß die
Initialisierungsphase automatisch aktiviert wird, wenn sich das
Fahrzeug im Falle der standardmäßigen Spurführung für eine bestimmte Übergangszeit
außerhalb
der durch die erkannten permanenten Markierungen begrenzten Fahrbahn befindet.
Beim Einfahren in einen Baustellen-/Gefahrenbereich verlässt das
Fahrzeug die Fahrbahn, welche im baustellenfreien Straßenabschnitt
durch permanente Markierungen gekennzeichnet ist. Spätestens
beim Überfahren
der permanenten Markierung (MP2) wird dann ein Warnsignal erzeugt.
Beim Einfahren in den Baustellen-/Gefahrenbereich wird der Fahrer
auf dieses Warnsignal jedoch nicht in dem Sinne reagieren, daß er das
Fahrzeug zurück
in die alte Soll-Lage lenkt, sondern in die korrekte Position für die baustellenbedingt
geänderte
Verkehrsführung bringt.
Dabei kann dann eine gewisse Zeit (beispielsweise einige Sekunden)
nach der Erzeugung des Warnsignals die Initialisierungsphase automatisch gestartet
werden, welche dann ebenfalls automatisch nach einer vorgegebenen
Zeit (beispielsweise einige Sekunden) abgeschlossen wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist es vorgesehen, daß die
Initialisierungsphase automatisch aktiviert wird, wenn neben permanenten
Markierungen auch temporäre
Markierungen erkannt werden.
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Beim
Herausfahren aus dem Baustellen-/Gefahrenbereich ändert sich
das Markierungsmuster gegenüber
dem Initialisierungs-Markierungsmuster sehr stark, bis schließlich keine Ähnlichkeit mehr
vorhanden ist. Es ist daher vorgesehen, dass das Herausfahren aus
dem Baustellen-/Gefahrenbereich und der Beginn eines normalen Straßenverlaufs
automatisch daran erkannt wird, wenn die Abweichung größer als
eine vorgegebene Schwelle ist, wobei dann vorzugsweise auch automatisch
wieder der Standard-Algorithmus
für die
Spurführung
aktiviert wird.
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3 zeigt
ebenfalls einen Straßenverlauf im Übergang
von einem Straßenabschnitt
ohne Baustellen-/Gefahrenbereiche in einen Baustellen-/Gefahrenbereich
mit geänderter
Verkehrsführung,
wobei die durch die temporären
Markierungen (MT1, MT2) gekennzeichnete Fahrbahn im Baustellen-/Gefahrenbereich
innerhalb der durch die permanenten Markierungen (MP2, MP3) gekennzeichneten
Standard-Fahrbahn liegt.