-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Spurerkennungssystem für ein Fahrzeug
mit mindestens zwei vorzugsweise optischen Sensoren zur Abtastung
einer Fahrbahn.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben
eines Spurerkennungssystems für
ein Fahrzeug, wobei das Spurerkennungssystem mindestens zwei, vorzugsweise
entlang einer Fahrzeugbreite angeordnete, vorzugsweise optische Sensoren
zur Abtastung einer Fahrbahn aufweist und eine Auswerteinrichtung
zur Auswertung der von den Sensoren gelieferten Sensordaten.
-
Derartige
Spurerkennungssysteme und Betriebsverfahren hierfür sind in
verschiedenen Ausführungsformen
bekannt und werden häufig
auch als Lane Departure Warning Systems (LDWS) oder auch als Spurwechselwarnsysteme
bezeichnet. Diese Systeme detektieren insbesondere die eine Fahrbahn
begrenzenden Linien wie beispielsweise eine Mittellinie einer Fahrbahn
und warnen einen Fahrer des Fahrzeugs vor einem unbeabsichtigten
Verlassen der Fahrbahn beziehungsweise vor einem Überfahren
der Begrenzungslinien bzw. der Mittellinie. Ein unbeabsichtigtes
Verlassen der Fahrbahn kann beispielsweise bei Unachtsamkeit des
Fahrers, z.B. verursacht durch starke Müdigkeit, oder bei Einschlafen des
Fahrers am Steuer auftreten.
-
Die
bekannten Spurerkennungssysteme erfordern einen verhältnismäßig großen Einbau-
beziehungsweise Montageaufwand, weil üblicherweise eine Vielzahl
von Sensoren an einem Fahrzeug zu montieren ist. Neben einer mechanischen
Anbringung der Sensoren an dem Fahrzeug sind diese ferner elektrisch
untereinander beziehungsweise mit einer zur Auswertung der Sensordaten
vorgesehenen Auswerteinheit zu verbinden, was den Aufwand zur Installation
und Inbetriebnahme eines herkömmlichen
Spurerkennungssystems weiter erhöht.
-
Demgemäß ist es
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spurerkennungssystem der
eingangs genannten Art sowie ein Betriebsverfahren hierfür derart
weiterzubilden, dass ein Einbau- beziehungsweise Montageaufwand
reduziert wird und gleichzeitig eine effiziente und flexible Auswertung
der Sensordaten gewährleistet
ist.
-
Diese
Aufgabe wird bei einem Spurerkennungssystem der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass jeweils mindestens zwei Sensoren in einem Sensormodul zusammengefasst
sind. Dadurch verringert sich ein zur Montage des erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems
erforderlicher Aufwand, weil sich die Zahl der einzelnen, an dem
Fahrzeug anzubringenden Bauteile reduziert. Bei der Zusammenfassung
von zwei optischen Sensoren in einem erfindungsgemäßen Sensormodul
verringert sich die Anzahl der zu montierenden Komponenten beispielsweise
auf die Hälfte
verglichen mit herkömmlichen
Systemen.
-
Darüber hinaus
ergibt sich eine weitere Vereinfachung gegenüber dem Stand der Technik dadurch,
dass sich die in einem Sensormodul zusammengefassten Sensoren eine
elektrische Energieversorgungseinrichtung sowie weitere gemeinsam
nutzbare Bauteile teilen können.
Beispielsweise kann in einem erfindungsgemäßen Sensormodul ein Spannungsregler
vorgesehen sein, der alle in dem Sensormodul zusammengefassten Sensoren
mit einer geregelten Betriebsspannung versorgt. Durch diese Mehrfachnutzung
von z.B. elektrischen Bauteilen durch mehrere in einem Sensormodul
zusammengefasste Sensoren reduzieren sich darüber hinaus die Herstellungskosten
des erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems
weist das Sensormodul ein Gehäuse
auf, in dem die mindestens zwei Sensoren angeordnet sind. Ferner kann
erfindungsgemäß in demselben
Gehäuse
eine lokale Sensorsteuereinheit angeordnet sein. Diese lokale Sensorsteuereinheit
dient ausschließlich
zur Ansteuerung derjenigen Sensoren, mit denen die Sensorsteuereinheit
zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist. Dadurch
kann die Sensorsteuereinheit einerseits verhältnismäßig einfach aufgebaut sein,
weil nicht alle Sensoren des Spurerkennungssystems von der lokalen
Sensorsteuereinheit angesteuert werden müssen, und andererseits können von
den Sensoren gelieferte Sensordaten direkt in dem erfindungsgemäßen Sensormodul
verarbeitet werden, ohne dass sie zuerst z.B. über eine Datenverbindung zu
einem zentralen Steuergerät übertragen
werden müssen.
-
Besonders
vorteilhaft ist durch die erfindungsgemäße lokale Sensorsteuereinheit
die Möglichkeit
einer Verarbeitung der Sensordaten dahingehend gegeben, dass direkt
in dem Sensormodul eine Datenreduktion beziehungsweise eine Konditionierung
der Sensordaten für
eine spätere,
ggf. zentrale Auswertung, vorgenommen werden kann. Dadurch reduziert
sich wiederum der zu einer zentralen Auswertung von Sensordaten
erforderliche Aufwand und auch der Aufwand bei einem Austausch der
bereits vorverarbeiteten Sensordaten.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine vorzugsweise zentrale Auswerteinrichtung
zur Auswertung der von den Sensoren gelieferten Sensordaten vorgesehen.
-
Die
Auswerteinrichtung und/oder die lokale Sensorsteuereinheit eines
Sensormoduls weisen zur Verarbeitung und/oder Vorverarbeitung der
Sensordaten vorteilhaft einen Mikrocontroller oder/und einen digitalen
Signalprozessor, DSP, auf.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist ein Bussystem zur Verbindung der Sensormodule
bzw. der darin vorgesehenen lokalen Sensorsteuereinheiten miteinander und/oder
mit der Auswerteinrichtung vorgesehen. Über dieses Bussystem kann beispielsweise
eine Übertragung
der von den Sensoren gelieferten Sensordaten zu der Auswerteinrichtung
erfolgen. Ferner ist es durch das Bussystem möglich, die einzelnen Sensormodule
zentral von der Auswerteinrichtung ausgehend über das Bussystem zu konfigurieren bzw.
zu steuern.
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems
ist das Bussystem als LIN (Local Interconnect Network)-Netzwerk
ausgebildet. Eine Spezifikation des LIN-Netzwerks ist beispielsweise
im Internet verfügbar,
vgl. http://www.lin-subbus.org.
-
Ganz
besonders vorteilhaft ist bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems
vorgesehen, dass das Bussystem neben einer Datenübertragung auch eine elektrische Energieversorgung
der Sensormodule oder auch der Auswerteinrichtung ermöglicht.
Dies kann beispielsweise durch eine separate Versorgungsleitung
erzielt werden, welche zusammen mit den für das Bussystem erforderlichen
Datenleitungen verlegt wird. Alternativ hierzu ist es auch möglich, über bereits
vorhandene Datenleitungen des Bussystems die Sensormodule oder auch
die Auswerteinrichtung mit einer Gleichspannung zu versorgen. Bei
dieser Erfindungsvariante reduziert sich der in den Sensormodulen
erforderliche Aufwand zur Spannungsversorgung, weil beispielsweise
insgesamt nur eine einzige gesonderte, mit dem Bussystem verbundene
Energieversorgungseinheit vorgesehen werden kann, die für alle Sensormodule
und ggf. für
die Auswerteinrichtung gemeinsam eine erforderliche Betriebsspannung
bereitstellt und stabilisiert. Eine derartige Energieversorgungseinheit
kann beispielsweise auch in der Auswerteinrichtung vorgesehen sein.
-
Besonders
vorteilhaft sind die Sensoren bei einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Bereich eines Frontstoßfängers des
Fahrzeugs angeordnet. Auf diese Weise ist eine frühestmögliche Erkennung
eines unerwünschten
Spurwechsels oder dergleichen gegeben. Um einen unerwünschten Spurwechsel
zuverlässig
erkennen zu können,
sind die Sensoren besonders zweckmäßig entlang einer Fahrzeugbreite,
das heißt
senkrecht zur Längsachse
des Fahrzeugs angeordnet. Eine hinreichend genaue Spurerkennung
ist beispielsweise bereits durch zehn bis zwölf Sensoren gegeben, die erfindungsgemäß jeweils
paarweise in einem Sensormodul angeordnet sind. Der Einbauaufwand zur
Installation des erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems
beschränkt
sich daher auf die Installation der sechs Sensormodule.
-
Alternativ
hierzu können
die erfindungsgemäßen Sensormodule
auch in einem Heckstoßfänger des
Fahrzeugs oder an einer anderen geeigneten Stelle des Fahrzeugs
angeordnet sein, die eine Montage mehrerer Sensoren bzw. Sensormodule
entlang der Fahrzeugbreite ermöglicht.
Darüberhinaus
können
bezüglich
einer Fahrzeuglängsachse
auch mehrere Reihen der erfindungsgemäßen Sensormodule hintereinander
angebracht sein.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems
sind die Sensoren als Infrarot-Sensoren ausgebildet und ermöglichen
damit z.B. die Erfassung eines Reflexionsvermögens des unter den Sensoren
befindlichen Fahrbahnbelags. Solche Infrarot-Sensoren weisen zusätzlich zu
dem eigentlichen optischen Sensor einer Infrarotlichtquelle auf,
die im vorliegenden Anwendungsfall den abzutastenden Fahrbahnbelag
mit Infrarotlicht bestrahlt. Eine von dem Reflexionsvermögen des
bestrahlten Fahrbahnbelags abhängige und
von dem Fahrbahnbelag reflektierte Lichtmenge wird in dem optischen
Sensor detektiert und führt
zu einem entsprechenden Sensordatenwert.
-
Als
eine weitere Lösung
der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist bei einem Verfahren zum
Betreiben eines Spurerkennungssystems für ein Fahrzeug, bei dem das
Spurerkennungssystem mindestens zwei, vorzugsweise entlang einer
Fahrzeugbreite angeordnete, vorzugsweise optische Sensoren zur Abtastung
einer Fahrbahn aufweist und eine Auswerteinrichtung zur Auswertung
der von den Sensoren gelieferten Sensordaten, vorgeschlagen, dass
eine Vorverarbeitung der von den Sensoren gelieferten Daten in einer
lokalen Sensorsteuereinheit durchgeführt wird, wobei der lokalen
Sensorsteuereinheit vorzugsweise mindestens zwei in einem Sensormodul zusammengefasste
Sensoren zugeordnet sind.
-
Durch
die erfindungsgemäße Vorverarbeitung
der Sensordaten in der lokalen Sensorsteuereinheit eines Sensormoduls
reduziert sich der zu einer zentralen Auswertung von Sensordaten
erforderliche Aufwand und auch der Aufwand bei einem Datenaustausch
von Sensordaten zwischen den Sensormodulen und der Auswerteinrichtung.
-
Bei
einer vorteilhaften Verfahrensvariante weist die Vorverarbeitung
für einen
einzelnen Sensor erfindungsgemäß die folgenden
Schritte auf:
- – Einlesen der Sensordaten,
- – Bilden
eines über
mehrere, vorzugsweise aufeinanderfolgende, Sensordaten gemittelten
Sensordatenmittelwerts,
- – Bewerten
einer Differenz zwischen einem aktuell eingelesenen Sensordatenwert
und dem Sensordatenmittelwert.
-
Eine
signifikante Differenz zwischen dem Sensordatenmittelwert und dem
aktuell eingelesenen Sensordatenwert ergibt sich stets dann, wenn
sich das Reflexionsvermögen
der abgetasteten Fahrbahn von einem Sensordatenwert zu dem nächsten Sensordatenwert
sprunghaft ändert,
wie es beispielsweise bei einem Übergang
von einem normalen Fahrbahnbelag zur einem Bereich des Fahrbahnbelags
der Fall ist, der zu Markierungszwecken mit einer Farbe beschichtet
worden ist, die ein besonders hohes Reflexionsvermögen aufweist.
-
Ganz
besonders vorteilhaft wird der Sensordatenmittelwert bei einer Erfindungsvariante
als gleitender Mittelwert berechnet, insbesondere mithilfe einer
an sich bekannten Rekursionsformel.
-
Um
in jeder Fahrsituation eine hinreichende Genauigkeit des erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems
zu gewährleisten,
werden die Sensordaten bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in
Abhängigkeit
einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingelesen. Beispielsweise muss
etwa jede Millisekunde ein Sensordatenwert je Sensor eingelesen
werden, damit das erfindungsgemäße Spurerkennungssystem
auch bei Fahrzeuggeschwindigkeiten von etwa 150 km/h mit einer hinreichend
genauen Ortsauflösung
arbeitet. Das dabei anfallende Datenvolumen wird besonders vorteilhaft
durch die erfindungsgemäße Vorverarbeitung
der Sensordaten mittels der lokalen Sensorsteuereinheit bereits
in jedem Sensormodul reduziert, um eine Belastung der Auswerteinrichtung
gering zu halten.
-
Eine
weitere Reduktion des durch die Sensordaten verursachten Datenvolumens
kann durch eine geschwindigkeitsabhängige Verringerung der Abtastrate
erzielt werden, wobei z.B. bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von
etwa 75 km/h nur noch alle zwei Millisekunden ein Sensordatenwert
je Sensor eingelesen wird, um eine hinreichende Ortsauflösung sicherzustellen
usw.
-
Die
erfindungsgemäße Vorverarbeitung
von Sensordaten mittels der lokalen Sensorsteuereinheit kann einen
derart hohen Aufbereitungsgrad aufweisen, dass gemäß einer
weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die lokale Sensorsteuereinheit
an die Auswerteinrichtung nur Informationen darüber überträgt, ob eine Fahrbahnmarkierung
erkannt worden ist beziehungsweise welcher der in dem Sensormodul
zusammengefassten Sensoren eine Fahrbahnmarkierung erkannt hat.
Eine derartige Information kann mit einem sehr geringen Speicheraufwand
codiert und an die Auswerteinrichtung übertragen werden. Beispielsweise
genügt
ein Bit, um anzuzeigen, ob bei einem Sensordatenwert eine Fahrbahnmarkierung
erkannt worden ist oder nicht, so dass prinzipiell auch mehrere
vorzugsweise zeitlich aufeinanderfolgende Sensordatenwerte in einem
Bitvektor zusammengefasst werden können. Eine Information darüber, welcher
der mehreren in einem erfindungsgemäßen Sensormodul integrierten
Sensoren die jeweiligen Sensordatenwerte geliefert hat, kann z.B.
der Auswerteinrichtung beispielsweise allein durch eine Reihenfolge
bei der Übertragung
der Sensordatenwerte vermittelt werden.
-
Bei
einer weiteren sehr vorteilhaften Erfindungsvariante ist vorgesehen,
dass die lokale Sensorsteuereinheit an die Auswerteinrichtung Informationen über eine
Länge einer
erkannten Fahrbahnmarkierung überträgt. Hierzu
sammelt die lokale Sensorsteuereinheit eine Mehrzahl vorzugsweise
zeitlich aufeinanderfolgender Sensordaten der ihr zugeordneten Sensoren
und ermittelt aus diesen Sensordaten rechnerisch die Länge der
Fahrbahnmarkierung. Bei dieser Erfindungsvariante ist eine noch
geringere Datenmenge je Zeiteinheit an die Auswerteinheit zu übertragen.
-
Besonders
vorteilhaft wird ein Bussystem zur Datenübertragung zwischen der Auswerteinrichtung und
den lokalen Sensorsteuereinheiten und/oder zwischen den lokalen
Sensorsteuereinheiten untereinander verwendet.
-
Bei
der Verwendung eines nach dem Master-/Slave-Prinzip arbeitenden
Bussystems beziehungsweise Netzwerks wie zum Beispiel bei einem LIN-Netzwerk,
kann erfindungsgemäß ein in
der Auswerteinrichtung vorgesehener Mikrocontroller oder/und digitaler
Signalprozessor die Funktion eines Masters in dem Netzwerk übernehmen,
und ein jeweils in der lokalen Sensorsteuereinheit vorgesehener
Mikrocontroller oder/und digitaler Signalprozessor, DSP, kann entsprechend
die Funktion eines Slaves in dem Netzwerk übernehmen.
-
Zur
Unterstützung
des jeweiligen Mikrocontrollers beziehungsweise DSPs kann ein zu
dem Bussystem passender Transceiver vorgesehen sein. Falls das Bussystem
jedoch beispielsweise mit zu den Logikpegeln der Mikrocontroller
beziehungsweise DSPs kompatiblen Signalpegeln arbeitet, ist ein derartiger
Transceiver entbehrlich, und das entsprechende Busprotokoll kann
beispielsweise in Form eines Computerprogramms direkt in dem Mikrocontroller
beziehungsweise DSP realisiert sein.
-
Zur
Synchronisierung bei der Sensordatenerfassung des erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems
ist bei einer Erfindungsvariante vorgesehen, dass die Auswerteinrichtung
einen Befehl zur Abfrage der Sensordaten gleichzeitig an vorzugsweise mehrere
lokale Sensorsteuereinheiten überträgt, und dass
jede lokale Sensorsteuereinheit die zu dem Zeitpunkt des Abfragebefehls
aktuellen Sensordaten für
jeden ihr zugeordneten Sensor zumindest temporär speichert, um sie – ggf. nach
einer lokalen Vorverarbeitung – zu
der Auswerteinrichtung zu übertragen.
Eine bei der Übertragung
der Sensordaten an die Auswerteinrichtung einzuhaltende Reihenfolge kann
beispielsweise in Abhängigkeit
des Abfragebefehls bestimmt werden.
-
Auf
diese Weise ist sichergestellt, dass die Auswerteinrichtung trotz
einer sequentiellen Datenübertragung
der angeforderten Sensordaten mittels des Bussystems an die Auswerteinrichtung
diejenigen Sensordaten von den verschiedenen Sensormodulen erhält, die
in den gewünschten
Auswertungszeitraum fallen, der durch das Ausgeben des Abfragebefehls
des Masters festgelegt wird.
-
Erfindungsgemäß ermittelt
die Auswerteinrichtung in Abhängigkeit
der ihr übermittelten
Sensordaten, ob ein Warnsignal an einen Fahrer des Fahrzeugs abgegeben
wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein möglicherweise
unbeabsichtigter Wechsel der Fahrspur oder ein sonstiges Überfahren von
Fahrbahnmarkierungen erkannt wird. Es ist ferner denkbar, bei z.B.
permanent unplausiblen Sensordaten ebenfalls ein Signal auszugeben
und/oder einen Fehlerspeichereintrag z.B. in einem Fehlerspeicher
der Auswerteinrichtung anzulegen, um auf die Notwendigkeit einer
Wartung des Spurerkennungssystems hinzuweisen.
-
Um
vorübergehend
unplausible Sensordaten zu erkennen und/oder zu verwerfen und damit
fehlerhafte Warnungen an den Fahrer des Fahrzeugs zu unterdrücken, führt die
Auswerteinrichtung bei einer erfindungsgemäßen Verfahrensvariante eine
Filterung der Sensordaten durch.
-
Besonders
vorteilhaft werden Sensordaten verworfen, wenn mehr als eine vorgebbare
Maximalzahl von Sensoren gleichzeitig oder innerhalb eines vorgebbaren
Zeitfensters eine Fahrbahnmarkierung erkennt. Dies ist typischerweise
dann der Fall, wenn das Fahrzeug eine sich quer zur Fahrtrichtung
des Fahrzeugs erstreckende Linie wie zum Beispiel eine Haltelinie
oder dergleichen überfährt.
-
Es
hat sich als sehr zweckmäßig herausgestellt,
die vorgebbare Maximalzahl von Sensoren in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit
des Fahrzeugs und/oder davon zu wählen, welcher der Sensoren
zuerst in dem Zeitfenster die Fahrbahnmarkierung erkannt hat.
-
Bei
einer weiteren Verfahrensvariante werden Sensordaten verworfen,
wenn zuerst von einem oder mehreren in der Fahrzeugmitte gelegenen
Sensoren eine Fahrbahnmarkierung erkannt wird. Ein typischer Fall
hierfür
ist das Überfahren
einer mittig angebrachten Fahrbahnmarkierung wie zum Beispiel eines
Richtungspfeils, der Angabe einer Straßennummer oder sonstiger Informationen,
die nicht die Funktion einer Fahrspurbegrenzung aufweisen.
-
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden Sensordaten verworfen, wenn eine Fahrbahnmarkierung von Sensoren
erkannt wird, deren Einbauabstand zueinander größer ist als ein vorgebbarer
maximaler Abstand. Das gleichzeitige Erkennen einer Fahrbahnmarkierung
z.B. in einem rechten beziehungsweise linken äußeren Fahrzeugbereich deutet
ebenfalls darauf hin, dass keine die Fahrspur begrenzende Markierung überfahren
worden ist, sondern vielmehr eine Fahrbahnbeschriftung oder dergleichen.
-
Bei
einer erfindungsgemäßen Verfahrensvariante,
bei der eine Länge
der Fahrbahnmarkierungen ermittelt wird, ist vorgeschlagen, die
Sensordaten zu verwerfen, wenn die ermittelte Länge eine vorgebbare minimale
Länge unterschreitet.
-
Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung
anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben
und erläutert ist.
In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine
Frontalansicht von unten auf an einem Fahrzeugstoßfänger angebrachte
Sensormodule,
-
2a ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems,
-
2b ein
Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Sensormoduls,
-
3a
-
3c Fahrbahnmarkierungen,
bei denen eine erfindungsgemäße Filterung
von Sensordaten angewandt wird, und
-
4 ein
Flussdiagramm einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 zeigt
fünf Sensormodule 120a, 120b, 120c, 120d, 120e eines
erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems 100,
die nebeneinander an einer Unterseite eines in 1 schematisch
dargestellten Frontstoßfängers 105 eines
Fahrzeugs angeordnet sind.
-
Die
erfindungsgemäßen Sensormodule 120a,
.., 120e weisen jeweils zwei ihnen zugeordnete optische
Sensoren 110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f; 110g, 110h; 110i, 110j auf.
Die optischen Sensoren 110a, 110b, .. verwenden
Infrarotlicht zur Abtastung einer Fahrbahn, auf der sich das Fahrzeug bewegt,
und darauf angebrachter Fahrbahnmarkierungen, die sich aufgrund
ihres besonders hohen Reflexionsvermögens von dem restlichen Fahrbahnbelag
unterscheiden.
-
Die
erfindungsgemäße Anordnung
der Sensormodule 120a, 120b, .. entlang der Breite
des Kraftfahrzeugs ermöglicht
eine Abtastung der Fahrbahn über
nahezu die gesamte Fahrzeugbreite. Besonders vorteilhaft sind bei
dem erfindungsgemäßen Spurerkennungssystem 100 jeweils
zwei optische Sensoren 110a, 110b in einem Sensormodul 120a zusammengefasst,
so dass sich ein Montageaufwand für das erfindungsgemäße Spurerkennungssystem
100 um mindestens die Hälfte
gegenüber herkömmlichen
Systemen reduziert, weil weniger einzelne Sensoren 110a, 110b,
.. am Fahrzeug angebracht werden und miteinander elektrisch verbunden werden
müssen.
-
Sehr
vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Sensormodul 120a ist
auch die gemeinsame Nutzung eines Gehäuses des Sensormoduls 120a sowie einer
in dem Sensormodul 120a vorgesehenen lokalen Sensorsteuereinheit
(nicht in 1 gezeigt), die beispielsweise
in Form eines Mikrocontrollers oder eines digitalen Signalprozessors
realisiert ist und die eine Vorverarbeitung der von den jeweiligen
Sensoren 110a, 110b des Sensormoduls 120a gelieferten Sensordaten
vornimmt.
-
Zur
zentralen Auswertung der von den Sensoren 110a, .., 110j ermittelten
Sensordaten ist bei dem erfindungsgemäßen Spurerkennungssystem 100 gemäß 2a eine
zentrale Auswerteinrichtung 130 vorgesehen, die mit den
Sensormodulen 120a, .., 120e beziehungsweise mit
den jeweils in den Sensormodulen 120a, .., 120e vorgesehenen
lokalen Sensorsteuereinheiten 121a, vgl. 2b, über ein als
LIN (Local Interconnect Network)-Netzwerk ausgebildetes Bussystem 140 verbunden
ist.
-
Über das
Bussystem 140 können
hierzu z.B. die Sensordaten von den Sensormodulen 120a, 120b,
.. an die Auswerteinrichtung 130 übertragen werden. Ferner ist
es möglich,
zentral von der Auswerteinrichtung 130 aus die einzelnen
Sensormodule 120a, 120b, .. zu konfigurieren bzw.
ganz allgemein zu steuern.
-
2b zeigt
eine vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Sensormoduls 120a in Form
eines Blockschaltbilds. Wie aus 2b ersichtlich,
weist das Sensormodul 120a eine lokale Sensorsteuereinheit 121a in
Form eines Mikrocontrollers auf. Der Mikrocontroller 121a ist
mit den beiden dem Sensormodul 120a zugeordneten optischen
Sensoren 110a, 110b verbunden, die beispielsweise
in eine nicht abgebildete Gehäusewand
des Sensormoduls 120a integriert sein können, um eine Sichtverbindung zu
dem abzutastenden Fahrbahnbelag herzustellen. Ferner weist das in 2b abgebildete
Sensormodul 120a einen Spannungsregler 122a zur
Versorgung des Mikrocontrollers 121a beziehungsweise der
Sensoren 110a, 110b mit einer definierten Betriebsspannung
auf. Die Busanbindung des Sensormoduls 120a bzw. der zugehörigen lokalen
Sensorsteuereinheit 121a an das Bussystem 140 ist über die
in 2b eingezeichnete Verbindung 140 symbolisiert.
-
Falls
die Signalpegel des Bussystems bzw. LIN-Netzwerks 140 kompatibel
sind zu den Logikpegeln des Mikrocontrollers 121a, kann
der Mikrocontroller 121a direkt an die Busleitungen des
LIN-Netzwerks 140 angeschlossen werden und sämtliche Funktionen
zur Realisierung des in dem LIN-Netzwerk 140 verwendeten
Protokolls können
beispielsweise in Form von in dem Mikrocontroller 121a vorgesehenen
Programmcode realisiert sein.
-
Alternativ
hierzu ist es möglich,
einen separaten Transceiver (nicht gezeigt) vorzusehen, der die Busanbindung
des Mikrocontrollers 121a realisiert und mit dem Mikrocontroller 121a beispielsweise über eine
serielle Schnittstelle wie z.B. über
eine SPI (Serial Peripheral Interface)-Schnittstelle oder dergleichen
verbunden ist.
-
In
dem vorliegenden Beispiel übernimmt
ein in der Auswerteinrichtung 130 vorgesehener Mikrocontroller
die Master-Funktion in dem LIN-Netzwerk 140 (2a).
Dabei fragt der Master der Auswerteinrichtung 130 vorzugsweise
zyklisch die von den Sensormodulen 120a, ... 120e ermittelten
Sensordaten ab.
-
Zur
Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens für das Spurerkennungssystem 100 ist
eine Verfahrensvariante in Form eines Flussdiagramms in 4 angegeben.
In Schritt 200 werden dabei vorzugsweise parallel von den
verschiedenen Sensormodulen 120a, .., 120e ermittelte Sensordaten
erfasst und temporär
gespeichert, und anschließend
werden diese Sensordaten in Schritt 210 von dem Master
in der Auswerteinrichtung 130 abgefragt. Die Abfrage kann
beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Master eine besonders
gekennzeichnete Abfragenachricht über das LIN-Netzwerk 140 an alle Sensormodule 120a,
.., 120e aussendet.
-
Als
Reaktion hierauf senden die in den Sensormodulen 120a,
.., 120e vorgesehenen Slaves die jeweils von ihnen temporär gespeicherten
Sensordaten in einer vorgegebenen Reihenfolge in dem Verfahrensschritt 220 über das
LIN-Netzwerk 140 an den Master der Auswerteinrichtung 130.
Die Sendereihenfolge kann hierbei beispielsweise durch die Abfragenachricht 210 des
Masters vorgegeben sein.
-
Nachdem
die Auswerteinrichtung 130 die Sensordaten aller Sensoren 110a,
.., 110j erhalten hat, führt sie in Schritt 230 des
erfindungsgemäßen Verfahrens
eine Filterung durch, um unplausible Sensordaten zu erkennen und
zu verwerfen. Hierbei wird insbesondere geprüft, ob ermittelte Sensordaten einer
seitlichen Fahrbahnbegrenzung wie z.B. einer Mittellinie entsprechen
oder ob die Sensordaten von sonstigen Markierungen bzw. Beschriftungen
der Fahrbahn herrühren.
Der Verfahrensschritt 230 der Filterung wird später anhand
der 3a bis 3c genauer
erläutert.
-
Besonders
vorteilhaft kann die Auswerteinrichtung 130 bei der Auswertung
der Sensordaten durch die in den Sensormodulen 120a, .., 120e vorgesehenen
lokalen Sensorsteuereinheiten 121a (vgl. 2b)
dadurch entlastet werden, dass die von den Sensoren 110a,
.., 110j erhaltenen Sensordaten in der jeweiligen lokalen
Sensorsteuereinheit 121a einer Vorverarbeitung unterzogen
werden.
-
Eine
derartige Vorverarbeitung der Sensordaten umfasst für jeden
einzelnen Sensor 110a, .., 110j die folgenden
Schritte:
Einlesen der Sensordaten, Bilden eines über mehrere,
vorzugsweise aufeinanderfolgende, Sensordaten gemittelten Sensordatenmittelwerts
und Bewerten einer Differenz zwischen einem aktuell eingelesenen Sensordatenwert
und dem Sensordatenmittelwert.
-
Vorzugsweise
wird der Sensordatenmittelwert als gleitender Mittelwert mithilfe
einer Rekursionsformel berechnet. In dem erfindungsgemäßen Schritt
des Bewertens wird der aktuell eingelesene Sensordatenwert mit dem
Sensordatenmittelwert verglichen, und beim Überschreiten einer vorgegebenen
maximalen Abweichung wird auf eine unter dem jeweiligen Sensor 110a,
.., 110j befindliche Fahrbahnmarkierung geschlossen, die
sich aufgrund ihres erhöhten
Reflexionsvermögens
von einem umgebenden Fahrbahnbelag unterscheidet. Die Information,
ob aufgrund des aktuellen Sensordatenwerts eine Fahrbahnmarkierung
erkannt worden ist oder nicht, kann beispielsweise binär codiert
an die Auswerteinrichtung 130 übertragen werden.
-
Gemäß einer
weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann auch eine noch weitergehende Vorverarbeitung
der Sensordaten in der jeweiligen lokalen Sensorsteuereinheit 121a (2b)
erfolgen. Die lokale Sensorsteuereinheit 121a kann nämlich durch
eine Analyse einer Mehrzahl zeitlich aufeinanderfolgender Sensordaten
eines bestimmten Sensors 110a, .., 110j eine Länge einer
erkannten Fahrbahnmarkierung ermitteln und nur diese Länge an die
Auswerteinheit 130 übertragen.
Hierdurch ergibt sich eine weitere Entlastung der Auswerteinheit 130.
-
Besonders
vorteilhaft werden die Sensordaten in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit
des Fahrzeugs eingelesen, wodurch sich auch in unterschiedlichen
Fahrsituationen eine gleichbleibende Genauigkeit bei der Ortsauflösung zur
Erkennung von Fahrbahnmarkierungen realisieren lässt. Auf diese Weise ist es
möglich,
bei verhältnismäßig geringen
Fahrzeuggeschwindigkeiten Sensordaten mit einer entsprechend geringen
Abtastrate aufzunehmen, wodurch eine z.B. über das LIN-Netzwerk 140 zu übertragende
Datenmenge reduziert wird.
-
Gemäß einer
weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist bei dem Spurerkennungssystem 100 aus 2a das Bussystem 140 neben
der Datenübertragung
auch zur elektrischen Energieversorgung der Sensormodule 120a,
.., 120e beziehungsweise auch zur Versorgung der Auswerteinrichtung 130 mit
elektrischer Energie vorgesehen. Hierfür können für das Bussystem 140 vorgesehene
Busleitungen beispielsweise um entsprechende Leitungen zur elektrischen
Energieversorgung ergänzt
werden.
-
Alternativ
ist es auch möglich, über die
zur Datenübertragung
vorgesehenen Busleitungen zusätzlich
elektrische Energie in Form einer Gleichspannung bzw. eines Gleichstroms
an die Sensormodule 120a, .., 120e bzw. an die
Auswerteinrichtung 130 zu übertragen. In diesen Fällen kann
eine lokale Spannungsversorgungsschaltung oder Einrichtung zur Spannungsstabilisierung
in den Sensormodulen 120a, 120b, .. besonders
einfach z.B. in Form eines Pufferkondensators ausgebildet sein,
während
insgesamt nur ein einziger, zentraler Spannungsregler vorgesehen
ist.
-
Die
bereits beschriebene Filterung 230 (4) der Sensordaten
in der Auswerteinheit 130 (2a) ist
nachfolgend anhand verschiedener Beispiele näher erklärt.
-
3a zeigt
eine Tabelle, die in ihrer linken Spalte A diskrete Werte einer
in 3a von oben nach unten verlaufenden Zeitskala
angibt, zu denen von den in 1 gezeigten
Sensoren 110a, .., 110j jeweils Sensordaten ermittelt
worden sind und die nach der bereits beschriebenen Vorverarbeitung
zu der in Spalte B der 3a abgebildeten binären Information
umgewandelt worden sind.
-
Die
in Spalte B der 3a abgebildeten Punkte '.' symbolisieren hierbei einen Sensordatenwert,
bei dem keine Fahrbahnmarkierung erkannt worden ist, während ein 'X' einen Sensordatenwert repräsentiert,
bei dem eine Fahrbahnmarkierung erkannt worden ist. Entsprechend
den zehn Sensoren 110a, .., 110j, vgl. 1,
sind jedem diskreten Zeitwert der Tabelle A aus 3a,
d.h. jeder Zeile der Tabelle A bzw. B, zehn Sensordatenwerte '.' bzw. 'X' zugeordnet.
Der in der Spalte B links abgebildete Sensordatenwert stammt also
von dem Sensor 110a, während
der in der Spalte B rechts abgebildete Sensordatenwert von dem Sensor 110j stammt,
vgl. 1.
-
In
der dritten, mit dem Bezugszeichen C markierten Spalte aus 3a ist
ein von dem betrachteten Fahrzeug zurückgelegter Weg aufgeführt.
-
Aus
der ersten Zeile der in 3a abgebildeten
Tabelle ist beispielsweise zu erkennen, dass zur Zeit 47,1640s die
beiden in der Fahrzeugmitte angebrachten Sensoren 110e, 110f,
vergleiche 1, eine Fahrbahnmarkierung erkannt
haben, während die
restlichen Sensoren 110a, .., 110d, 110g,
.., 110j jeweils keine Fahrbahnmarkierung erkannt haben.
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden von den Sensoren 110a, .., 110j ermittelte
Sensordaten verworfen, wenn zuerst von einem oder mehreren in der
Fahrzeugmitte gelegenen Sensoren 110e, 110f eine
Fahrbahnmarkierung erkannt wird. Dies ist vorliegend bei der in 3a gezeigten
Situation der Fall, weil bis zur Zeit 497,4468s nur die mittleren
Sensoren 110e, 110f eine Fahrbahnmarkierung anzeigen.
Dementsprechend kann die Auswerteinheit 130 die in 3a gezeigte
pfeilförmige
Fahrbahnmarkierung deutlich von seitlichen Fahrbahnbegrenzungen
wie zum Beispiel Seitenstreifen und dergleichen unterscheiden und
die Ausgabe eines Warnsignals, vergleiche Schritt 250 aus 4,
unterdrücken.
In dem Fall gemäß 3a wird
nach der Abfrage aus Schritt 240, ob die Sensordaten zu
verwerfen sind, direkt ein neuer Durchlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
beginnend mit Schritt 200 gestartet.
-
Ein
weiterer Fall, in dem von den Sensoren 110a, .., 110j ermittelte
Sensordaten verworfen werden, ohne in Schritt 250 aus 4 ein
Warnsignal auszugeben, ist in 3b gezeigt.
Die dort in Spalte B abgebildete Fahrbahnmarkierung stellt ebenfalls keinen
Seitenstreifen beziehungsweise eine Mittellinie oder dergleichen
dar. Eine Erkennung der in Spalte B abgebildeten Sensordaten als
unplausibel wird bei der erfindungsgemäßen Filterung nach Schritt 230
zum Beispiel dadurch bewerkstelligt, dass mehrere Sensoren 110a, 110b, 110j,
deren Einbauabstand zueinander größer ist als ein vorgebbarer
maximaler Abstand von beispielsweise vier benachbarten Sensoren,
gleichzeitig eine Fahrbahnmarkierung erkennen. Dieses Filterkriterium
wird von den zu erkennenden Seitenstreifen bzw. Mittelstreifen nicht
erfüllt.
-
Ein
weiteres Szenario, welches ebenfalls nicht zu einer Erkennung eines
unbeabsichtigten Spurwechsels führen
darf, ist in 3c wiedergegeben. Die dort abgebildete
Spalte B enthält
eine Vielzahl von Sensordatenwerten, die einer erkannten Fahrbahnmarkierung
entsprechen, wobei die Sensordatenwerte in einem komplexen Muster über nahezu
die gesamte Fahrzeugbreite verteilt sind. Eine derartige Konstellation
von Sensordaten kann zum Beispiel dadurch als unplausibel erkannt
werden, wenn mehr als eine vorgebbare Maximalzahl von Sensoren gleichzeitig
oder innerhalb eines vorgebbaren Zeitfensters eine Fahrbahnmarkierung
erkennen.
-
Bei
noch einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden Sensordaten verworfen, falls eine erkannte Fahrbahnmarkierung
eine vorgebbare minimale Länge
unterschreitet.
-
Falls
die erfindungsgemäße Filterung,
vgl. Schritt 230 aus 4, und die
anschließende
Auswertung im Schritt 240 die ermittelten Sensordaten jedoch
nicht als unplausibel bewerten, so führt dies in Schritt 250 zur
Ausgabe eines akustischen und/oder optischen Warnsignals an den
Fahrer des Fahrzeugs, um diesen auf einen möglicherweise unbeabsichtigten
Spurwechsel hinzuweisen.
-
Anschließend wiederholt
sich der beschriebene Verfahrensablauf durch einen erneuten Start mit
Schritt 200.
-
Bei
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die Funktionalität des Masters des LIN-Netzwerks 140 (2a) auch
in einer lokalen Sensorsteuereinheit 121a eines Sensormoduls 120a realisiert
sein.
-
In
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, alle
Sensoren 110a, .., 110j in einem einzigen Sensormodul
zu integrieren, wobei ein solches Sensormodul gleichzeitig die Auswerteinrichtung 130 aufnehmen
kann. Bei dieser Erfindungsvariante ist es ebenfalls möglich, eine
oder mehrere lokale Sensorsteuereinheiten zur Vorverarbeitung der
Sensordaten vorzusehen, um die Auswerteinrichtung 130 zu
entlasten. Falls eine genügend
leistungsfähige
Auswerteinrichtung 130 vorgesehen ist, können die
Sensoren alternativ auch direkt an die Auswerteinrichtung 130 angeschlossen
werden. Die Integration aller Sensoren 110a, .., 110j in
ein einziges Sensormodul erlaubt eine besonders einfache Installation
des erfindungsgemäßen Spurerkennungssystems 100 an
einem Fahrzeug.