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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen der Abweichung
eines Fahrzeugs von einer Sollfahrbahn. Derartige Vorrichtungen
kommen insbesondere im Automobilbereich in Fahrerassistenzsystemen
zum Einsatz.
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Stand
der Technik
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Aus
dem Stand der Technik sind eine Mehrzahl von sogenannten "Lane Departure Warning
Systems" (LDWS,
Spurabweichungs-Warnsysteme) bekannt. Derartige Spurabweichungs-Warnsysteme sind
Fahrerassistenzsysteme, welche eine unbeabsichtigte Abweichung eines
Kraftfahrzeugs von einer vorgegebenen Spur detektieren und gegebenenfalls den
Fahrer warnen. Ein erstes, beispielsweise aus WO2002071363A1 bekanntes
LDWS-System verwendet punktförmig
messende Infrarotsensoren mit aktiver Beleuchtung, welche üblicherweise
einer Frontschürze
des Automobils untergebracht sind. Diese Infrarotsensoren mit aktiver
Beleuchtung erfassen den Bodenbereich unterhalb der Frontschürze. Bewegt
sich das Kraftfahrzeug über
Straßenmarkierungen,
ohne dass ein Fahrtrichtungsanzeiger betätigt wurde, so wird dies von
den Infrarotsensoren erfasst. Dem Fahrer wird entsprechend ein Warnsignal
in Form einer Vibration im Fahrersitz übermittelt.
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Dieses
System ist jedoch für
den praktischen Einsatz mit einer Mehrzahl von Nachteilen verbunden.
Insbesondere bestehen diese Nachteile darin, dass die Erfassung
von Fahrbahnmarkierungen lediglich unterhalb der Frontschürze erfolgt,
so dass keine Vorausschau erfolgen kann. Dementsprechend kurz sind
die Warnzeiten, innerhalb derer der Fahrer auf den Warnhinweis reagieren
kann. Auch werden Richtungswechsel der vorausliegenden Fahrbahn (Kurven)
nicht rechtzeitig erkannt. Ein weiterer Nachteil besteht darin,
dass die Infrarotsensoren unterhalb der Frontschürze einer verstärkten Verschmutzungsbelastung
ausgesetzt sind.
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Andere
aus dem Stand der Technik bekannte Systeme basieren üblicherweise
auf Videokameras mit einer Grauwertbildverarbeitung. Derartige Systeme
erfassen mittels einer oder mehrerer Videokameras einen Bereich
vor dem sich bewegenden Fahrzeug, wobei Fahrbahnmarkierungen im
Kamerabild mittels einer Bildverarbeitungssoftware erkannt werden.
Wiederum wird dabei eine unbeabsichtigte Abweichung von der Fahrspur
(d.h. wiederum im Falle eines nicht betätigten Fahrtrichtungsanzeigers)
detektiert und dem Fahrer ein entsprechendes Warnsignal übermittelt.
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Derartige
Systeme weisen jedoch für
den praktischen Einsatz ebenfalls einige Probleme auf. Ein erstes
Problem besteht darin, dass die für diese Systeme verwendeten
Kameras üblicherweise
möglichst
weit oben im Kraftfahrzeug integriert werden, um möglichst
dicht vor dem Kraftfahrzeug messen zu können. Üblicherweise werden daher derartige
Kameras im Dachbereich untergebracht. Um den Sichtbereich der Kamera
frei von Einflüssen
durch Regenwasser zu halten, besteht eine Randbedingung darin, die
Kamera im Wischerfeld unterzubringen. Diese beiden Randbedingungen
der Unterbringung möglichst
weit oben und der Unterbringung im Wischerfeld lassen sich jedoch
bei vielen Scheibenwischerarten nur schwer vereinbaren (z. B. bei
gegenläufigen Butterfield-Wischern), insbesondere
da der günstige Einbaubereich
in der Nähe
des Innenspiegels häufig wegfällt, da
er nicht überwischt
wird. Weiterhin muss die Kamera möglichst dicht hinter der Frontscheibe eingesetzt
werden, da sonst aufgrund des optischen Öffnungswinkels des Objektivs
voluminöse
Streulichtblenden erforderlich sind, um das Kamerabild vor Streulichteinflüssen zu
schützen.
Ein weiteres Problem besteht in der Erwärmung derartiger Systeme. Insbesondere
der Bereich am oberen Ende der Frontscheibe unterhalb des Kraftfahrzeugdachs
ist üblicherweise
besonderen Temperaturbelastungen, insbesondere durch Sonnenstrahlung,
ausgesetzt. Temperatursenken mit günstigen Temperaturen (zum Beispiel
einer Anbindung an die Karosserie, insbesondere im Bodenbereich
der Karosse) sind jedoch nicht vorhanden. Damit reduziert sich in
der Regel die Verfügbarkeit
des Systems bei hohen Umgebungstemperaturen.
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Weiterhin
wird in vielen Fällen
aus Platzgründen
die Integration eines Licht-Regensensors
in LDW-Systeme gefordert. Ein Regensensor ist jedoch bei den bekannten
Kamerasystemen in der Regel nur schwer realisierbar, da üblicherweise
der Tiefenschärfebereich
der (typischerweise auf Unendlich fokussierten) Kamera nicht ausreicht,
um die Scheibenoberfläche
scharf abzubilden. Weiterhin werden in den aus dem Stand der Technik
bekannten Systemen häufig
Kameras mit begrenztem Öffnungswinkel eingesetzt.
Dies führt
jedoch dazu, dass üblicherweise
enge Kurven nur schlecht aufgelöst
werden, da diese vom Kameraöffnungswinkel
nur unzureichend erfasst werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass
ein Beschlag der Scheibe, insbesondere der Frontscheibe, die Verfügbarkeit
der Kamera reduziert. So wird der Fahrer die Lüftung üblicherweise nur dann aktivieren,
wenn sein eigenes Sichtfeld beschlagen ist. Da die Kamera bei Einsatz
unterhalb des Daches höher
montiert ist, kann jedoch dort das Sichtfeld zumindest partiell
beschlagen sein. Auch dies reduziert die Verfügbarkeit des beschriebenen Systems.
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DE 101 31 840 A1 offenbart
eine Vorrichtung zur Verbesserung der Sicht in Fahrzeugen. Die Vorrichtung
weist einen oder mehrere Laserseheinwerfer auf, deren Wellenlänge außerhalb
des sichtbaren Spektrums liegt. Mittels dieser Laserscheinwerfer wird
ein vorgegebener Raumwinkelbereich vor dem Fahrzeug ausgeleuchtet.
Der Raumwinkelbereich wird mittels einer Kamera, welche in dem Spektralbereich
des Laserscheinwerfers sensitiv ist, aufgenommen und mittels einer
Anzeigeoptik im Fahrzeug wiedergegeben. Die Laserscheinwerfer und
das Kamerasystem sind im Dachbereich des Fahrzeugs untergebracht.
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DE 198 22 142 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines vor einem Kraftfahrzeug
auf die Fahrbahn treffenden Lichtbündels. Die Vorrichtung weist
eine Umlenkeinrichtung zur Veränderung
der Liehtstärkeverteilung
innerhalb des Lichtbündels
sowie eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Lichtverhältnisse
vor dem Kraftfahrzeug auf. Weiterhin ist eine Verarbeitungseinrichtung
vorgesehen, die mit der Umlenkeinrichtung und mit der Sensoreinrichtung
gekoppelt ist und mit der die Lichtstärkeverteilung innerhalb des
Lichtbündels
in Abhängigkeit
von den Lichtverhältnisses
vor dem Kraftfahrzeug steuerbar und/oder regelbar ist. Dabei wird ein
Scheinwerfer eingesetzt, welcher eine Glühlampe aufweist. In dem Scheinwerfer
ist ein CCD-Chip untergebracht, welcher derart angeordnet und ausgerichtet
ist, dass mit diesem die Lichtverhältnisse weit vor dem Kraftfahrzeug
erfasst werden können.
Es sollen insbesondere Lichtbündel,
die von einem entgegenkommenden Fahrzeug ausgesandt werden, erfasst
werden. Die Kamera ist also näherungsweise waagrecht
ausgerichtet und weist einen kleinen Öffnungswinkel (z.B. 20° horizontal)
auf, um auch weit entfernte Scheinwerfer (z.B. in 100 m) noch ausreichend
auflösen
zu können.
Der Tiefenschärfebereich solcher
Kameras bewegt sich typischerweise zwischen 2 m und unendlich. Beispielsweise
kann die mindestens eine Kamera mindestens eine Matrixkamera und/oder
mindestens eine Zeilenkamera aufweisen. Mittels einer Umlenkeinrichtung
(digitaler Mikrospiegel) wird die Lichtintensität in dem vom Scheinwerfer erzeugten
und abgestrahlten Lichtbündel
entsprechend eingestellt.
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EP 1 457 384 A1 offenbart
ein Mehrzweck-Fahrerassistenzsystem für Kraftfahrzeuge mittels eines
stereoskopischen Kamerasystems. Das System weist mindestens zwei
am Kraftfahrzeug angeordnete Kameraelemente auf, die mit einer zur Früherkennung
von Unfallsituationen geeigneten Auswerteeinheit koppelbar sind.
Die Kameraelemente bilden Sensoren für Parkhilfesysteme und/oder Abstandsregelsysteme
und/oder Spurabweichungswarnsysteme des Kraftfahrzeugs. Das stereoskopische
Kamerasystem wird für
die Nachführung
der Scheinwerfer abhängig
vom Spurverlauf benutzt.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik offenbaren die
DE 198 22 142 A1 und
EP 1 457 384 A1 also
Systeme, bei welchen Kameras oder Bildsensoren in einem Scheinwerfermodul
eingesetzt werden. Bei der
DE
198 22 142 A1 ist jedoch die Kamera derart ausgerichtet,
dass mit dieser die Lichtverhältnisse weit
vor dem Kraftfahrzeug erfasst werden können. Die Ausrichtung der Kamera
erfolgt also nicht in Richtung Straße und nicht in Richtung eines
Nahbereichs, wie es für
eine Spurüberwachungsfunktion
benötigt würde, sondern
im Wesentlichen waagerecht nach vorne und in große Entfernung, um entgegenkommende
Scheinwerfer anderer Fahrzeuge zu erfassen. Die in
EP 1 456 384 A1 offenbarte
Vorrichtung weist hingegen den Nachteil auf, dass Sensorik (Stereo-Kamera)
und Aktorik (Schwenkeinheit im Scheinwerfer) räumlich weit voneinander entfernt
sind und daher zunächst
kein eigenes System bilden. Scheinwerfer und Stereokamera müssen in
ihrer Charakteristik aufeinander abgestimmt werden, datenmäßig verbunden
werden und im Automobilwerk aufeinander justiert werden, was aufwendige
Kommunikationsmittel, Prüfstände und
entsprechend geschultes Personal erfordert.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
wird daher eine Vorrichtung zum Erkennen der Abweichung eines Fahrzeugs
von einer Sollfahrbahn offenbart, welche die Nachteile der aus dem Stand
der Technik bekannten Vorrichtungen vermeidet. Insbesondere soll
die Vorrichtung zur Abweichungserkennung im Nahbereich (d. h. direkt
vor dem Fahrzeug) geeignet sein. Die Vorrichtung weist mindestens
ein Scheinwerfermodul auf, in welches mindestens eine Halbleiterlichtquelle
zur Beleuchtung eines Fahrbahnbereichs mit sichtbarem und/oder nah-infrarotem
Licht integriert ist. Diese Halbleiterlichtquelle kann beispielsweise
eine oder mehrere Leuchtdioden oder Laserdioden, insbesondere in
einer Matrixanordnung, sowie gegebenenfalls ein entsprechendes Reflektorensystem
aufweisen. Diese mindestens eine Halbleiterlichtquelle ersetzt die üblicherweise
in Scheinwerfern eingesetzte Glühlampe.
Zur Kühlung
der Halbleiterlichtquelle ist mindestens ein Kühlelement vorgesehen, beispielsweise ein
Kupferblock, ein Wärmetauscher
oder andere dem Fachmann bekannte Kühlelemente. Das Kühlelement
sollte Temperaturen von < 45°C garantieren.
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Weiterhin
ist in das mindestens eine Scheinwerfermodul mindestens eine den
von der mindestens einen Haltleiterlichtquelle beleuchteten Fahrbahnbereich
zumindest teilweise erfassende Kamera integriert, welche ein Kamerabild
aufnimmt. Bei dieser Kamera kann es sich beispielsweise wiederum um
eine Videokamera mit einem CCD- oder CMOS-Chip oder einem anderen bildsensitiven
Element handeln. Weiterhin weist die Kamera üblicherweise eine entsprechende
bildgebende Optik auf. Optische Auslegung und Ausrichtung der Kamera sind
dabei vorzugsweise so gewählt,
dass Fahrbahnbereiche erfasst werden können, die deutlich näher am Fahrzeug
liegen als es bei einer Montage der Kamera im Dachbereich möglich ist.
Die Kamera ist mit dem mindestens einen Kühlelement, welches bereits die
Halbleiterlichtquelle kühlt,
thermisch gekoppelt. Dadurch wird die Wärmebelastung der Kamera, gegenüber einer
Anbringung hinter der Windschutzscheibe im Dachbereich mit Temperaturen
von >90°C signifikant
verringert, wodurch die Verfügbarkeit
des Systems stark erhöht
wird.
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Weiterhin
weist die Vorrichtung mindestens eine elektronische Auswertungsvorrichtung
zur Auswertung der Kamerabilder und zum Erkennen der Abweichung
des Fahrzeugs von einer Sollfahrbahn auf, welche beispielsweise
durch Fahrbahnmarkierungen vorgegeben ist. Dabei kann es sich beispielsweise um
elektronische Auswertungsvorrichtungen handeln, welche Fahrbahnmarkierungen
mittels eines Bilderkennungsalgorithmus detektieren. Aus diesen Fahrbahnmarkierungen
kann dann auf eine Sollfahrbahn geschlossen werden, wobei bei Abweichung von
dieser Sollfahrbahn wiederum eine Warnung an einen Fahrer übermittelt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann weiterhin dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass zusätzlich mindestens
eine Kurvenlichtvorrichtung integriert wird. Diese mindestens eine
Kurvenlichtvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass diese eine
Schwenkbewegung der Haltleiterlichtquelle, welche zur Beleuchtung
des Fahrbahnbereichs eingesetzt wird, entsprechend einer Veränderung
der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs steuert. Derartige Kurvenlichtvorrichtungen
sind aus dem Stand der Technik bekannt. Erfindungsgemäß ist die
Kurvenlichtvorrichtung jedoch so ausgestaltet, dass die mindestens
eine Kamera, welche in das mindestens eine Scheinwerfermodul integriert
ist, schwenkbar mit der Halbleiterlichtquelle gekoppelt ist. Dementsprechend kann
der Sichtbereich der Kamera, innerhalb dessen ein Kamerabild aufgenommen
wird, dem durch die mindestens eine Halbleiterlichtquelle beleuchteten Fahrbahnbereich
folgen. Optimalerweise erfolgt die Kopplung zwischen Kamera und
Halbleiterlichtquelle dabei unmittelbar im Scheinwerfermodul selbst und/oder
direkt durch die in das Scheinwerfermodul integrierte mindestens
eine Kamera. Dies sorgt für kurze
Kommunikationswege und gewährleistet
eine gute informationstechnische Kapselung, da alle Information
lokal vorhanden ist und nicht erst beispielsweise an eine zentrale
Auswertungseinheit weitergegeben werden muss. Zusätzlich oder
alternativ kann jedoch auch eine externe Steuerung und Kopplung eingesetzt
werden.
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Diese
Kopplung kann insbesondere dergestalt erfolgen, dass die Ausrichtung
der Halbleiterlichtquelle entsprechend der Informationen, welche die
Auswertung des Kamerabildes liefert, gesteuert wird. So kann die
Kurvenlichtvorrichtung durch die mindestens eine elektronische Auswertungsvorrichtung
an die von der elektronischen Auswertungsvorrichtung erkannte Sollfahrbahn
angepasst werden. Die von der mindestens einen elektronischen Auswertungsvorrichtung
erkannte Sollfahrbahn wird somit, gegebenenfalls zusätzlich zu
anderen Informationen (wie zum Beispiel Lenksignalen) bei dieser
Weiterbildung der Erfindung zur Steuerung des Kurvenlichts herangezogen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Integration
eines Regensensors. So kann das Scheinwerfermodul eine transparente
Abdeckung, beispielsweise ein Deckglas, aufweisen. Dabei soll die
mindestens eine Kamera derart im Scheinwerfermodul integriert sein,
dass diese transparente Abdeckung im Tiefenschärfebereich der mindestens einen
Kamera liegt. Weiterhin ist mindestens eine Regenerkennungsvorrichtung
vorgesehen, welche Flüssigkeitstropfen
oder -spuren auf der transparenten Abdeckung durch Auswertung des
Kamerabildes erkennt. Diese Regenerkennungsvorrichtung kann beispielsweise
genutzt werden, um die Scheibenwischer der Windschutzscheibe zu
aktivieren oder um evtl. elektronische Einstellungen des Kraftfahrzeugs
an die veränderte
Fahrbahnsituation anzupassen. Weiterhin kann, insbesondere im Falle einer
Erkennung von Feuchtigkeit durch das vorgenannte Regenerkennungssystem,
eine entsprechende Reinigung der transparenten Abdeckung in Gang gesetzt
werden. So kann beispielsweise das Scheinwerfermodul bei Erkennung
von Verschmutzungen durch Spritzdüsen oder Wischerblätter gereinigt
werden. Alternativ kann erfindungsgemäß die transparente Abdeckung
des Scheinwerfermoduls derart ausgestaltet sein, dass diese zum
Abschleudern von Flüssigkeit
in Drehung versetzt wird. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise
aus der Schifffahrt bekannt. Zum Zwecke der Rotation der transparenten Abdeckung
kann zum Beispiel ein Elektromotor eingesetzt werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin,
in das Scheinwerfermodul zusätzlich
mindestens eine zusätzliche
Lichtquelle zu integrieren, welche mindestens einen Kamerasichtbereich
der mindestens einen Kamera ganz oder teilweise ausleuchtet. Insbesondere
kann es sich bei dieser mindestens einen zusätzlichen Lichtquelle um eine
Halbleiterlichtquelle handeln, und die mindestens eine zusätzliche
Lichtquelle emittiert vorzugsweise im infraroten Spektralbereich,
insbesondere im nahen infraroten Spektralbereich. Auf diese Weise kann
der Kamerasichtbereich auch Bereiche vor dem Fahrzeug erfassen,
welche durch die mindestens eine Halbleiterlichtquelle nur schlecht
oder gar nicht ausgeleuchtet werden. Somit kann beispielsweise der
Kamerasichtbereich auch weitwinkliger sein als der von der Halbleiterlichtquelle
ausgeleuchtete Bereich. So können
auch Fahrbahnmarkierungen näher am
Fahrzeug erfasst werden. Bei der zusätzlichen Lichtquelle kann es
sich beispielsweise wiederum um infrarote Leuchtdioden und/oder
infrarote Laserdioden handeln. Um andere Verkehrsteilnehmer vor
der Emission dieser zusätzlichen
Lichtquelle zu schützen,
kann die mindestens eine zusätzliche
Lichtquelle beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass die Intensität und/oder
die Ausrichtung der mindestens einen zusätzlichen Lichtquelle in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs stufenweise oder kontinuierlich
einstellbar ist. Beispielsweise kann die mindestens eine zusätzliche
Lichtquelle erst ab einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit eingeschaltet
werden, beispielsweise erst ab einer Geschwindigkeit von 15 km/h.
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Eine
weitere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung
mindestens zwei der oben beschriebenen Scheinwerfermodule aufweist. In
diesem Fall können
die beiden Scheinwerfermodule mit den jeweiligen Kameras zusätzlich zur
Fahrbahnerkennung für
eine stereoskopische Objekterkennung im Fahrbahnbereich herangezogen
werden. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung zusätzlich ein Anfahrabsicherungssystem
auf, welches ausgestaltet ist, um, beispielsweise wiederum mittels
Bilderkennungsalgorithmen, Objekte im Fahrbahnbereich zu erkennen
und entsprechende Maßnahmen
einzuleiten. Derartige Maßnahmen
können
beispielsweise wiederum in einer Warnung an den Fahrer bestehen, oder
es können
entsprechende elektronische Schritte eingeleitet werden, z.B. die
Freigabe oder Blockierung eines Anfahrbefehls im Rahmen einer ACC-Stop-and-Go-Funktion.
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Die
beschriebene Vorrichtung gemäß einem der
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
weist gegenüber
den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zahlreiche
Vorteile auf. So wird zum einen die mindestens eine Kamera im Scheinwerfermodul
untergebracht, wobei das Scheinwerfermodul mit einer Halbleiterlichtquelle
arbeitet. Abgesehen davon, dass die Halbleiterlichtquelle ohnehin eine
geringere Wärmeentwicklung
aufweist, wird die Kamera thermisch zusätzlich dadurch entlastet, dass diese
oder beispielsweise ein wärmeempfindlicher Bestandteil
der Kamera (zum Beispiel ein Imager-Chip) an das Kühlelement
der Halbleiterlichtquelle angekoppelt wird. Da sowohl die Halbleiterlichtquelle
als auch typische Kamera-Chips üblicherweise
eine Arbeitstemperatur von < ca.
40°C benötigen, ergibt
sich hieraus eine nahezu 100%ige Verfügbarkeit der Vorrichtung ohne
Zusatzaufwand für
die Kamerakühlung.
Durch die Konstanthaltung der Temperatur kann evtl. eine aufwendige
temperaturabhängige
Fixed-Pattern-Noise-Korrektur bei CMOS-Kameras entfallen.
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Weiterhin
wird durch die Unterbringung im Kameramodul auf der Scheinwerferinnenseite
ein Beschlag durch Feuchtigkeit ausgeschlossen, da das Scheinwerfermodul üblicherweise
ein hermetisch geschlossenes Gehäuse
aufweist. Weiterhin sind die Scheinwerfermodule in üblichen
Kraftfahrzeugen vergleichsweise tief angeordnet, so dass die Kameras
bei dem vorgeschlagenen System dichter über der Straße und somit
näher an
den Fahrbahnmarkierungen positioniert sind als bei der konventionellen hohen
Position im Dachbereich nahe des Innenspiegels (d.h. weit weg von
der Straße)..
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Fahrbahnmarkierungen insbesondere
bei schlechtem Wetter besser aufgelöst werden als bei einer Unterbringung
der Kamerasysteme an der Windschutzscheibe. Somit ist auch eine geringere
Auflösung
(Pixelanzahl) und eine billigere Optik für die Kamera einsetzbar, da überwiegend
Objekte im näheren
Bereich erkannt werden müssen.
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Vorteilhaft
für die
Realisierung des Regensensors ist die Bautiefe der Scheinwerfermodule
zusammen mit der weitwinkligen optischen Auslegung der Kamera mit
einem Tiefenschärfebereich
von beispielsweise 20 cm bis 10 m. Gegenüber der konventionellen Auslegung
der Kamera mit einem Tiefenschärfebereich
von 2 m bis unendlich liegt das von Regentropfen benetzte Scheinwerferglas
damit im Tiefenschärfebereich
der Kamera.
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Ein
besonderer Vorteil ergibt sich auch bei Verwendung der mindestens
einen zusätzlichen Lichtquelle.
Zwar wird bereits durch die Unterbringung der Kamera im Scheinwerfermodul
die Abstimmung zwischen Ausleuchtung und Kamerasichtbereich stark
verbessert. Durch Verwendung der zusätzlichen Lichtquelle kann die
Fahrbahnmarkierung hingegen weiterhin gezielt ausgeleuchtet werden, was
insbesondere bei Nacht eine bessere Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bewirkt. Auch die zusätzliche
Lichtquelle kann beispielsweise an das mindestens eine Kühlelement
thermisch gekoppelt sein. Wenn im Gegensatz zur im sichtbaren Spektralbereich
emittierenden Halbleiterlichtquelle für die zusätzliche Lichtquelle ein Infrarot-Emitter
eingesetzt wird, so hat dies eine Reihe zusätzlicher Vorteile. Ein Vorteil
besteht insbesondere darin, dass der Fahrer des Fahrzeugs die Lichtemission
der zusätzlichen Lichtquelle
nicht oder nur geringfügig
wahrnimmt, wodurch eine Ablenkung des Fahrers vermieden wird. Weiterhin
sind viele Bildsensoren im infraroten Spektralbereich, insbesondere
im nahen infraroten Spektralbereich, besonders effizient.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Die
einzige Figur (1) zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Erkennen der Abweichung eines Fahrzeugs von einer Sollfahrbahn.
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In 1 ist
zunächst
symbolisch ein Fahrzeug 110, in diesem Fall ein Kraftfahrzeug,
dargestellt, welches sich in einer Bewegungsrichtung 112 auf
einer Sollfahrbahn bewegt. Die Sollfahrbahn wird in diesem Ausführungsbeispiel
bestimmt durch eine zwischen zwei Fahrbahnmarkierungen 114, 116 befindliche
Fahrbahn. Das Fahrzeug 110 umfasst zwei Scheinwerfermodule 118, 120,
welche in eine Karosserie 122 des Fahrzeugs 110 eingelassen
sind. Die Scheinwerfermodule 118, 120 umfassen
im Wesentlichen hermetisch gegen Feuchtigkeit abgedichtete Scheinwerfergehäuse 124, 126 mit
jeweils einer transparenten Abdeckung 128, 130.
Dabei ist in diesem einfachen Ausführungsbeispiel das Scheinwerfergehäuse 124, 126 jeweils
einstückig
und mit einer einzelnen Innenkammer ausgestaltet. Alternativ kann das
Scheinwerfergehäuse 124, 126 auch
in mehrere Kammern unterteilt sein, wobei die einzelnen im Folgenden
erläuterten
Elemente z. B. jeweils in separaten Kammern untergebracht sind.
Entsprechend ist auch die transparente Abdeckung 128, 130 hier
als einzelnes Deckglas ausgestaltet, wobei wiederum jedoch auch
eine unterteilte Ausgestaltung möglich
ist.
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In
den Scheinwerfergehäusen 124, 126 sind jeweils
Halbleiterlichtquellen 132, 134 angeordnet. Diese
Halbleiterlichtquellen 132, 134 sind hier symbolisch
als Leuchtdioden-Module
ausgestaltet. Die Halbleiterlichtquellen 132, 134 können jedoch
zusätzlich
oder alternativ auch Laserlichtquellen umfassen. Weiterhin können die
Halbleiterlichtquellen 132, 134 Reflektoren umfassen,
um das abgestrahlte Licht der Halbleiterlichtquellen 132, 134,
insbesondere der Leuchtdioden oder Laserdioden, zu bündeln. Die
Halbleiterlichtquellen 132, 134 emittieren Lichtkegel 136 bzw. 138,
welche in 1 symbolisch dargestellt sind
und welche eine Fahrbahn 140 vor dem Fahrzeug 110 teilweise
ausleuchten. In diesem einfachen Ausführungsbeispiel sind die Lichtkegel 136, 138 beziehungsweise
deren Abstrahlrichtungen 142, 144 bei einer Geradeausfahrt
des Fahrzeugs 110 im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung 112. Alternativ
sind jedoch auch andere Ausgestaltungen möglich, beispielsweise eine
winklige Anordnung der Abstrahlrichtung 142, 144 zur
Bewegungsrichtung 112. Auch ist eine ungleiche Ausgestaltung
der Lichtkegel 136, 138 möglich und in der Praxis sinnvoll, beispielsweise
indem der Lichtkegel 136 auf der Fahrerseite eine längere Ausdehnung
in Bewegungsrichtung 112 aufweist als der Lichtkegel 138 auf
der Beifahrerseite.
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Die
Halbleiterlichtquellen 132, 134 werden durch in
den Scheinwerfergehäusen 124, 126 angeordnete
Kühlelemente 146, 148 gekühlt. Bei
diesen Kühlelementen
kann es sich beispielsweise um Kupferblöcke, Aluminiumblöcke mit
großer
Oberfläche und/oder
auch um aktiv (z. B. mit einem flüssigen Kühlmittel) gekühlte Kühlelemente 146, 148 handeln, deren
jeweilige Ausgestaltung dem Fachmann bekannt ist. Auch kann eine
aktive Kühlung
vorgesehen sein, beispielsweise eine Kühlung mit einer Temperaturregelung,
beispielsweise mittels eines oder mehrerer Pelletier-Elemente. Auf
diese Weise kann die Arbeitstemperatur in der Nähe der Halbleiterlichtquellen 132, 134 mittels
der Kühlelemente 146, 148 beispielsweise
auf einer konstanten Temperatur von ≤ 40°C gehalten werden. Eine elektronische
Ansteuerung der Kühlelemente 146, 148 und
der Halbleiterlichtquellen 132, 134 ist in der
Darstellung gemäß 1 nicht
abgebildet.
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Weiterhin
weist die Vorrichtung gemäß 1 in
den Scheinwerfermodulen 118, 120 jeweils eine Kamera 150, 152 auf.
Diese Kameras 150, 152 umfassen eine Bildgebungsoptik
und ein bildsensitives Element in Form eines CCD-Chips (Imagers).
Dabei kann der CCD-Chip als Zeilen- oder Matrix-Chip ausgestaltet
sein. Die Bildgebungsoptik der Kameras 150, 152 ist
jeweils so ausgestaltet, dass die Kameras 150, 152 Kamerasichtbereiche 154, 156 erfassen,
welche in 1 symbolisch dargestellt sind.
Dabei sind in dieser vereinfachten Darstellung gemäß 1 die
Kamerasichtbereiche 154, 156 wiederum näherungsweise
symmetrisch zur Bewegungsrichtung 112 des Fahrzeugs 110.
Alternativ können
die Kameras 150, 152 jedoch auch von der Bewegungsrichtung 112 weg
verkippt sein, so dass der Kamerasichtbereich 154 der linken
Kamera 150 der linken Fahrbahnmarkierung 114 und der
Kamerasichtbereich 156 der rechten Kamera 152 der
rechten Fahrbahnmarkierung 116 hin zugewandt ist.
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Insbesondere
in letzterem Fall, also wenn nicht der vollständige Kamerasichtbereich 154, 156 durch
den jeweiligen Lichtkegel 136 beziehungsweise 138 ausgeleuchtet
wird, ist es von Vorteil, jeweils eine zusätzliche Lichtquelle in den
Scheinwerfermodulen 118, 120 anzuordnen, welche
jedoch in 1 nicht dargestellt sind. Diese
zusätzlichen
Lichtquellen, bei welchen es sich beispielsweise wiederum um Halbleiterlichtquellen
handeln kann, können
dem maximalen Empfindlichkeitsbereich der Kameras 150, 152 angepasst
sein (zum Beispiel insbesondere durch Emission von Infrarotlicht)
und können
speziell auf die Kamerasichtbereiche 154, 156 abgestimmt sein.
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Die
Kameras 150, 152 sind thermisch an die Kühlelemente 146, 148 angekoppelt,
was in 1 jeweils symbolisch dargestellt ist. Dabei können die Kühlelemente 146, 148,
welche hier als einfache Plattenelemente dargestellt sind, selbstverständlich auch
einen komplexeren Aufbau aufweisen, beispielsweise eine Erstreckung
durch mehrere Kammern der Scheinwerfermodule 118, 120.
Wie oben beschrieben, kann es sich bei den Kühlelementen 146, 148 auch
um aktiv geregelte Kühlelemente
handeln. Dadurch ist insgesamt sichergestellt, dass die Kameras 150, 152 üblicherweise
die gleiche Betriebstemperatur aufweisen wie die Halbleiterlichtquellen 132, 134.
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Die
Kameras 150, 152 sind elektronisch verbunden mit
einer elektronischen Auswertungsvorrichtung 158. Dabei
ist in der vereinfachten Darstellung gemäß 1 eine einzelne,
zentrale elektronische Auswertungsvorrichtung 158 dargestellt.
Alternativ kann die elektronische Auswertungsvorrichtung 158 jedoch
auch dezentralisiert aufgebaut sein, indem beispielsweise einzelne
Komponenten oder die komplette Auswertungsvorrichtung 158 in
den Scheinwerfermodulen 118, 120 untergebracht
sind. Die Kameras 150, 152 nehmen Kamerabilder
auf, welche an die elektronische Auswertungsvorrichtung 158 geliefert
werden. In der elektronischen Auswertungsvorrichtung 158 (beziehungsweise
in den einzelnen Modulen dieser elektronischen Auswertungsvorrichtung 158)
werden diese Kamerabilder entsprechend verarbeitet. Diese Verarbeitung
umfasst einerseits eine Bilderkennung der Fahrbahnmarkierungen 114 beziehungsweise 116.
Auf diese Weise wird in der elektronischen Auswertungsvorrichtung 158 die
Sollfahrbahn berechnet und Abweichungen des Fahrzeugs 110 von
dieser Sollfahrbahn werden (beispielsweise durch ein akustisches,
optisches und/oder haptisches Warnsignal) an den Fahrer weitergegeben,
was in 1 symbolisch durch Bezugszeichen 160 dargestellt
ist.
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Weiterhin
weist die elektronische Auswertungsvorrichtung 158 in 1 ein
Anfahrabsicherungssystem 162 auf. Dieses Anfahrabsicherungssystem 162 nutzt
gleichzeitig die Signale beider Kameras 150, 152 und
wertet beide Kamerabilder kontinuierlich aus. Dabei wird eine stereoskopische
Objekterkennung im Bereich der Fahrbahn 140 durchgeführt, also
insbesondere in einem Bereich der Fahrbahn 140, welcher
von beiden Kamerasichtbereichen 154, 156 erfasst
wird. Auf diese Weise können
mittels einer Objekterkennungssoftware in den Kamerabildern Objekte
erkannt werden, wobei aus einem Vergleich der Positionen der erkannten
Objekte in den einzelnen Kamerabildern über eine stereoskopische Berechnung
unter Berücksichtigung
der Positionierung der Kameras 150, 152 auch eine
Berechnung der Position der Objekte erfolgen kann. Auf diese Weise
kann beispielsweise der Abstand der Objekte vom Fahrzeug 110 berechnet
werden. Entsprechend kann wiederum bei einem zu geringen Abstand
(beispielsweise zu einem vorausfahrenden Fahrzeug) und/oder bei
einem sich rasch dem Fahrzeug 110 nähernden Objekt (z.B. auch einem
Fußgänger ein
Warnsignal 160 an einen Fahrer des Fahrzeugs 110 weitergegeben
werden oder die Go-Freigabe eines ACC-Stop-and-Go-Systems blockiert werden.
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Weiterhin
weist die Vorrichtung gemäß 1 eine
Kurvenlichtvorrichtung 164 auf. Diese Kurvenlichtvorrichtung 164 ist
hier ebenfalls wiederum vereinfacht als zentrales Modul dargestellt,
kann jedoch auch, wie auch die elektronische Auswertungsvorrichtung 158,
dezentralisiert aufgebaut sein. Beispielsweise können separate Module der Kurvenlichtvorrichtung 164 in
jedem der Scheinwerfermodule 118, 120 vorgesehen
sein. Die Kurvenlichtvorrichtung 164 steuert primär die Abstrahlrichtungen 142, 144 der
Lichtkegel 136, 138. Zu diesem Zweck werden die
gesamten Scheinwerfermodule 118, 120 oder, vorzugsweise,
lediglich die Ausrichtungen der Halbleiterlichtquellen 132, 134 beziehungsweise
entsprechend zugeordneter Reflektoren geschwenkt. Dementsprechend
sind in den Scheinwerfermodulen 118, 120 entsprechende
mechanische und/oder elektrische Vorrichtung zur Ausrichtung der
Scheinwerfermodule 118, 120 beziehungsweise der
Halbleiterlichtquellen 132, 134 vorgesehen. Dabei
sind die Scheinwerfermodule 118, 120 derart ausgestaltet, dass
die Kameras 150, 152 mechanisch oder über synchronisierte
Antriebe mit den Schwenkvorrichtungen gekoppelt sind. Dementsprechend
werden die Kameras 150, 152 beziehungsweise deren
Kamerasichtbereiche 154, 156 entsprechend mit
der Abstrahlrichtung 142, 144 der Lichtkegel 136, 138 mitgeschwenkt.
Dieses Mitschwenken kann ganz oder teilweise erfolgen.
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Zur
Steuerung der Kurvenlichtvorrichtung 164 werden verschiedene
Signale verwendet. Beispielsweise wird die Kurvenlichtvorrichtung 164 durch
ein Steuersignal 166 von der elektronischen Auswertungsvorrichtung 158 gesteuert.
In dieses Steuersignal 166 können beispielsweise Informationen
einer Motorsteuerung 168 (welche zum Beispiel die elektronische
Auswertungsvorrichtung 158 ganz oder teilweise umfassen
kann) verwendet, beispielsweise Informationen über ein Lenksignal. Das Signal der
Motorsteuerung 168 ist in 1 symbolisch
mit 170 bezeichnet. Weiterhin werden jedoch für das Steuersignal 166 der
Kurvenlichtvorrichtung 164 auch die Kamerasignale 172, 174 berücksichtigt.
Da die elektronische Auswertungsvorrichtung 158 aus den
Kamerasignalen 172, 174, wie oben beschrieben,
eine Sollfahrbahn berechnet, kann die Kurvenlichtvorrichtung 164 beziehungsweise
die Abstrahlrichtung 142, 144 der Lichtkegel 136, 138 unmittelbar an
diese Sollfahrbahn angepasst sein. Somit wird die Ausrichtung der
Halbleiterlichtquellen 132, 134 und der Lichtkegel 136, 138 unmittelbar
durch die Informationen der Kameras 150, 152 gesteuert.
Ist die Kurvenlichtvorrichtung 164 dezentral aufgebaut,
so kann dies insbesondere unter Ausnutzung kurzer Informationswege
erfolgen, wobei beispielsweise sämtliche
Informationen, die zur Steuerung des Kurvenlichts erforderlich sind,
innerhalb der Scheinwerfermodule 118, 120 verbleiben.
Die Auswertungsvorrichtung 158 und die Kurvenlichtvorrichtung 164 können komplett
in einen Scheinwerfer integriert sein.
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Die
Scheinwerfermodule 118, 120 weisen, wie oben beschrieben,
transparente Abdeckungen 128, 130 auf. Dabei sind
in diesem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 die
Kameras 150, 152 derart in den Scheinwerfergehäusen 124, 126 angeordnet, dass
die Beabstandung von den transparenten Abdeckungen 128, 130 vergleichsweise
hoch ist. Weiterhin sind die Bildgebungsoptiken der Kameras 150, 152 derart
ausgestaltet, dass die transparenten Abdeckungen 128, 130 im
Tiefenschärfebereich
der Kameras 150, 152 liegen. Die elektronische
Auswertungsvorrichtung 158 weist weiterhin eine Regenerkennungsvorrichtung 176 auf
welche ebenfalls die Signale 172, 174 der Kameras 150, 152 auswertet. Diese
Regenerkennungsvorrichtung 176 umfasst wiederum eine Bilderkennungssoftware,
welche (zum Beispiel durch Erkennung einzelner Regentropfen oder
Erkennung von durch Regentropfen bedingten Schärfeminderungen oder "Verschmierungen") Regentropfen auf
den transparenten Abdeckungen 128, 130 detektiert.
Alternativ oder zusätzlich
können auch
andere Verunreinigungen auf den transparenten Abdeckungen 128, 130 durch
die Regenerkennungsvorrichtung 176 detektiert werden. Entsprechend
des Ergebnisses dieser Detektion werden geeignete Gegenmaßnahmen
eingeleitet. Beispielsweise kann bei Erkennung von Regen eine automatische Betätigung von
Wischvorrichtungen der Windschutzscheibe und auf den transparenten
Abdeckungen 128, 130, gegebenenfalls unterstützt durch
entsprechende Spritzvorrichtungen, erfolgen. Vorzugsweise sind die
transparenten Abdeckungen 128, 130 auf den Scheinwerfermodulen 118, 120 drehbar
montiert und mit einem oder mehreren Elektromotoren verbunden (in 1 nicht
dargestellt). Auf diese Weise kann beispielsweise auch bei Erkennung
von Regen durch die Regenerkennungsvorrichtung 176 die transparenten
Abdeckungen 128, 130 in schnelle Rotation versetzt
werden, wodurch Regentropfen von den transparenten Abdeckungen 128, 130 abgeschleudert
werden, so dass die Kameras für LDW/LKS
weiterhin gute Sicht aufweisen.