DE102005056976A1

DE102005056976A1 - Einrichtung zur Umfelderfassung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102005056976A1
Application number: DE102005056976A
Authority: DE
Inventors: Nikolas Dr. Wagner
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-06-06

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Umfelderfassung für ein Fahrzeug (1) mit einer Sensoreinrichtung (11, 12), die derart ausgerichtet ist, dass sie Informationen über den bezüglich der Fahrtrichtung zum jeweiligen Zeitpunkt seitlich neben dem Fahrzeug gelegenen Teil des Umfeldes erfasst und mit einer Verarbeitungseinrichtung (16), bei der ein erster Verarbeitungsmodus vorgesehen ist, der die Informationen zu Abstandswerten des Fahrzeugs von Hindernissen im Umfeld verarbeitet, sowie ein zweiter Verarbeitungsmodus, der die Informationen zu einem Vorhersagewert dafür verarbeitet, ob das Fahrzeug droht, vom Fahrweg abzukommen. Hierdurch werden die beiden genannten Funktionen zusammengefasst, wobei nur eine einzige Sensoreinrichtung (11, 12) benötigt wird.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Sensoren, die zur Unterstützung des Führens eines Fahrzeugs dienen und die ihm Informationen liefern, die er entweder aufgrund der Beschränkung der Erfassungsmöglichkeiten des menschlichen Auges selbst nicht erfassen kann oder die eine Vorverarbeitung in einer Verarbeitungseinrichtung des Fahrzeuges erlauben, um das Führen des Fahrzeugs komfortabler oder sicherer zu machen.

Derartige Einrichtungen sind beispielsweise in Form von Einparkhilfen bekannt, bei denen Sensoren an der Außenkontur des Fahrzeugs angebracht sind, um eine Abstandsmessung zu Hindernissen zu erlauben, die der Fahrer nicht unmittelbar sehen kann oder übersehen könnte. Derartige Einrichtungen können beispielsweise auf Ultraschallbasis funktionieren.

Auf der anderen Seite existieren über solche Komforteinrichtungen hinaus auch sicherheitsrelevante Umfelderfassungseinrichtungen wie beispielsweise auch sogenannte „lane-departure-warning"-Einrichtungen, die ein Abkommen des Fahrzeugs vom Fahrweg verhindern sollen. So ist beispielsweise aus dem Deutschen Patent DE 43 328 36 C1 eine Vorrichtung zur spurhaltungsgeregelten Lenkung eines Fahrzeugs bekannt, bei der kleinere Lenkbewegungen von einer Regelung bewältigt werden, während der Fahrer gleichzeitig eine Eingriffsmöglichkeit für größere Lenkbewegungen, beispielsweise für einen Fahrspurwechsel und Ausweichmanöver, behält. Zu diesem Zweck erfasst eine Fahrzeuglageerkennungseinrichtung die Fahrspur, insbesondere randseitig angeordnete Markierungen auf optische Weise und wertet die erhaltenen Daten aus. Das Ausgangssignal der Einrichtung enthält die Information über den Ist-Abstand von der Fahrspurberandung sowie die momentane Fahrbahnkrümmung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Umfelderfassung für ein Fahrzeug. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen Einrichtung mit möglichst geringem konstruktiven Aufwand einen möglichst hohen Fahrkomfort sowie ein hohes Sicherheitsniveau zu verwirklichen.

Dazu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Einrichtung eine Sensoreinrichtung umfasst, die derart ausgerichtet ist, dass sie Informationen über den bezüglich der Fahrtrichtung zum jeweiligen Zeitpunkt seitlich neben dem Fahrzeug gelegenen Teil des Umfeldes erfasst und mit einer Verarbeitungseinrichtung, bei der ein erster Verarbeitungsmodus vorgesehen ist, der die Informationen zu Abstandswerten des Fahrzeugs von Hindernissen im Umfeld verarbeitet sowie ein zweiter Verarbeitungsmodus, der die Informationen zu einem Vorhersagewert dafür verarbeitet, ob das Fahrzeug droht, vom Fahrweg abzukommen.

Durch die Erfindung ist realisiert, dass mit einer einzigen Sensoreinrichtung Daten erfasst werden, die einerseits das unmittelbare Umfeld des Fahrzeugs mit Hindernissen, Abständen zu anderen Fahrzeugen sowie Parklücken repräsentieren und dem Fahrer beispielsweise beim Einparken oder Abstellen des Fahrzeugs assistieren, andererseits aber auch dazu dienen können, ein allmähliches Abkommen des Fahrzeugs von der Fahrbahn zu prognostizieren, um hieraus Warnsignale für den Fahrer ableiten zu können.

Der Verarbeitungsmodus, der dazu dient, ein „lane-departure-warning" zu erzeugen, kann beispielsweise laufend den Abstand des Fahrzeugs von seitlichen Fahrbahnrandmarkierungen erfassen, kontrollieren, speichern und Tendenzen durch Analyse der zeitlich sich ändernden Abstandswerte angeben. Aufgrund typischer Kurvenverläufe, beispielsweise eines stetig abnehmenden Abstands zum Fahrbahnrand oder eines plötzlich zu- oder abnehmenden Abstands beim Verreißen des Lenkrades können auch aufgrund des Vergleichs mit gespeicherten Datensätzen Aussagen über die Art der vorliegenden Situation und Warnungen bezüglich einer bevorstehenden Situation abgeleitet werden. Dabei ist gegebenenfalls auch eine erfasste Kurvenkrümmung der vorliegenden Fahrbahnmarkierung zu erfassen, um Sondersituationen wie Kurvenfahrten von der Geradeausfahrt unterscheiden zu können. Dies kann beispielsweise durch zusätzliche Erfassung des Lenkeinschlagswertes er folgen, der ebenfalls erfasst und einer Verarbeitungseinrichtung zugeführt werden kann.

Gleichzeitig kann mit der erfindungsgemäßen Einrichtung das direkte seitliche Umfeld des Fahrzeugs zum jeweiligen Zeitpunkt erfasst und eine Repräsentation des Umfeldes in einem Speicher erzeugt werden. Fährt das Fahrzeug beispielsweise an einer Parklücke vorbei, so ergibt sich eine vorübergehende Vergrößerung des seitlichen Abstandes zum nächsten Hindernis, die gespeichert werden kann. Auf diese Weise kann in der Speichereinrichtung quasi eine Landkarte des Umfeldes des Fahrzeugs erzeugt werden. Dazu ist es sinnvoll, gleichzeitig mit der Erfassung der Umfeldinformationen auch den Fahrweg bezüglich der zurückgelegten Strecke zu erfassen. Zu diesen Zweck können der Verarbeitseinrichtung gleichzeitig die Informationen über die zurückgelegte Fahrstrecke zugeführt werden, die dort mit den übrigen erfassten Informationen verknüpft werden.

Die erfassten Umfeldinformationen können gleichzeitig in dem ersten Verarbeitungsmodus zu Abstandswerten weiterverarbeitet und im zweiten Verarbeitungsmodus für das „lane-departure-warning"-System verarbeitet werden. Dazu können unterschiedliche Module in der Verarbeitungseinrichtung vorhanden sein, es kann sich jedoch auch um verschiedene Verarbeitungsprogramme handeln, die auf demselben Mikroprozessor ausgeführt werden.

Grundsätzlich ist es jedoch meistens nicht notwendig, beide Informationen gleichzeitig zur Verfügung zu haben, da ein Warnhinweis über das Abkommen des Fahrzeugs von der Fahrbahn eher bei höheren Geschwindigkeiten, beispielsweise oberhalb von 50 km/h wichtig ist, während die Vermessung der Abstände des Fahrzeugs zu Hindernissen eher bei geringen Geschwindigkeiten wie beispielsweise bei Einparkvorgängen wichtig ist. Aus diesem Grunde kann auch eine Umschaltung zwischen den beiden Verarbeitungsmodi vorgesehen sein, die manuell, beispielsweise vom Fahrer, oder auch automatisch, zum Beispiel geschwindigkeitsabhängig vorgenommen werden kann.

Besonders günstig kann die Sensoreinrichtung seitlich am Fahrzeug, beispielsweise an einem Außenrückspiegel beziehungsweise an beiden Seiten des Fahrzeugs in den Außenrückspiegeln eingebaut werden oder auch im Rücklicht oder in Blinkeinrichtungen. Auch die Türgriffe sind für den Einbau der Sensoreinrichtungen denkbar.

Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise auf dem Nachweis elektromagnetischer Wellen basieren. Sie kann dann beispielsweise eine Laserlichtquelle enthalten, die Licht aussendet, sowie einen Empfänger, der eine Reflexion des ausgesandten Lichtes erfasst. Sender und Empfänger können eng beieinander liegen, jedoch auch einen gewissen Abstand aufweisen, um den Empfänger vor dem direkt ausgesandten Licht zu schützen, so dass der Nachweis des reflektierten Lichts unabhängig von einer Blendung des Sensors durch das ausgesandte Licht wird. Der Empfänger kann auch eine gewisse Ausdehnung haben und als Array vorliegen, so dass eine optische Auflösung und somit eine Abbildung der das Licht reflektierenden Gegenstände möglich wird. Dies kann soweit gehen, dass eine Kamera verwendet wird.

Die Sensoreinrichtung kann im Bereich des sichtbaren Lichts arbeiten, jedoch auch im Bereich des UV-Lichts oder des Radar.

Grundsätzlich kann die Sensoreinrichtung auch aufgrund akustischer Wellen funktionieren, also im Schall- oder Ultraschallbereich.

Dabei, wie auch bei den optischen Systemen ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinrichtung jeweils nur einen schmalen vertikalen Streifen detektiert, so dass der überstrichene Raumwinkel in vertikaler Richtung eine weitaus größere Ausdehnung aufweist als in horizontaler Richtung. Dies erlaubt gewissermassen ein Abscannen des Umfeldes in horizontaler Richtung durch die Sensoreinrichtung. Hierdurch wird eine gute horizontale Auflösung bei der Erzeugung des Abbildes des Umfeldes in der Verarbeitungseinrichtung erreicht.

Durch die Erfindung wird erreicht, dass mittels einer einzigen Sensoreinrichtung der Fahrkomfort und die Fahrsicherheit erheblich erhöht werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für beide Systeme eine Erfassung des seitlich des Fahrzeugs liegenden Umfeldes ausreichen kann.

Auf diese Weise wird eine Einrichtung geschaffen, die die gesteckten Ziele in kostengünstiger und konstruktiv einfacher Weise realisiert.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt:
1 die schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Sensoreinrichtung von oben;
2 die Darstellung eines entsprechenden Fahzeuges von hinten;
3 das entsprechende Fahzeug neben einem parkenden Fahrzeug;
4 das entsprechende Fahrzeug neben einer Fahrbahnmarkierung;
5 den Einbau einer Sensoreinrichtung in einen Außenrückspiegel auf der rechten Seite des Fahrzeuges;
6 den schematischen Aufbau der Einrichtung mit der Verarbeitungseinrichtung.
1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 in einer Ansicht von oben, bei dem auf der rechten Seite im Außenrückspiegel 2 eine Sensoreinrichtung eingebaut ist. Die von einer Lichtquelle ausgesandte Strahlung ist durch den Strahl 3 schematisch dargestellt. Der Strahl ist von oben gesehen relativ eng und wenig aufgefächert, so dass bei einer Bewegung des Kraftfahrzeugs in Vorwärtsrichtung seitlich die Umgebung abgescannt werden kann mit einer relativ hohen, jedenfalls ausreichenden, Auflösung.
Die 1 zeigt außerdem mögliche weitere Einbaustellen für die Sensoreinrichtung und zwar den vorderen Blinker 4, einen Türgriff 5 sowie einen hinteren Blinker 6 beziehungsweise ein Rücklicht.
Die 2 zeigt dasselbe Fahrzeug in der Ansicht von hinten, wobei deutlich wird, dass der Strahl 3 in vertikaler Richtung, die durch den Pfeil 7 angedeutet ist, wesentlich weiter aufgefächert ist als in horizontaler Richtung, die in der 1 durch den Pfeil 8 repräsentiert ist. Hierdurch ist die Auflösung in vertikaler Richtung prinzipiell begrenzt (wenn nicht eine optische Auflösung in der Sensoreinrichtung beispielsweise durch eine Kamera erfolgt), jedoch ist dadurch sichergestellt, dass alle Hindernisse in dem gesamten in vertikaler Richtung erfassten Bereich registriert werden.
Es könnten auch mehrere derartige Sensoreinrichtungen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs versetzt angebracht werden. Dadurch könnte, da der Abstand zwischen den Sensoreinrichtungen bekannt ist, eine genauere Messung der horizontalen Ausdehnung von Hindernissen durchgeführt werden. Es würde somit eine höhere Genauigkeit erzielt und dabei eine höhere Ausfallsicherheit für den Fall, dass eine der Sensoreinrichtungen nicht funktioniert.
3 zeigt schematisch die Situation, dass neben dem Fahrzeug 1 parkende Fahrzeuge 9 positioniert sind, die mittels der Sensoreinrichtung erfasst werden.
4 zeigt neben dem Fahrzeug 1 eine Fahrbahnmarkierung 10, die durch ihre Form oder Farbe mittels der Sensoreinrichtung erkennbar ist und die sich entlang des Fahrweges erstreckt.
5 zeigt einen rechten Außenrückfahrspiegel 2 eines Kraftfahrzeuges mit einem Lasersensor, der eine Laserdiode 11 und einen Empfänger 12 aufweist. Der von der Laserdiode 11 überstrichene Abstrahlwinkel 3 entspricht im wesentlichen dem von dem Empfänger 12 abgetasteten Erfassungswinkel 13.
Der Empfänger 12 kann mehrere lichtempfindliche Elemente 14, 15 aufweisen, die ein Array bilden können und eine optische Auflösung des einfallenden Lichtes erlauben. Wenn zusätzlich eine Abbildungsoptik vorgesehen ist, wird daraus eine kameraähnliche Einrichtung.
Jedoch ist der in horizontaler Richtung überstrichene Raumwinkel, wie bereits im Zusammenhang mit der 1 erläutert, mit Absicht gering.
Von dem Außenrückspiegel 2 verlaufen entsprechende Datenleitungen, beispielsweise in einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung oder auch mittels eines Bussystems zu einer Verarbeitungseinrichtung, die in der 6 ausführlicher dargestellt ist.
Die 6 zeigt eine Verarbeitungseinrichtung 16, die Daten von der Empfangseinrichtung 12 sowie gegebenenfalls von einer Einrichtung 24 empfängt, die ihr Informationen über den Radeinschlag bei Kurvenfahrt und über die von dem Fahrzeug zurückgelegte Strecke sowie die augenblickliche Fahrtgeschwindigkeit zuleitet. Außerdem ist der optional vorgesehene Schalter 17 dargestellt, der in dem ausgeführten Beispiel in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit betätigt wird und der die Verarbeitungseinrichtung von einem ersten Verarbeitungsmodus, in dem Hindernisse im Umfeld des Fahrzeugs erfasst werden, in einen zweiten Verarbeitungsmodus umschaltet, in dem die „lane-departure-warning"-Funktion realisiert wird und umgekehrt. Die erste Funktion wird bei Geschwindigkeiten unterhalb von 30 km/h aktiviert, die zweite Funktion oberhalb von 60 km/h.
In der 6 ist schematisch dargestellt, dass der Umschalter 17 mittels des Pfeils 18 auf das Verarbeitungselement 19, welches für den ersten Verarbeitungsmodus zuständig ist, sowie auf das Verarbeitungsmodul 20 wirkt, welches für den zweiten Verarbeitungsmodus verantwortlich ist.
Die Sensoreinrichtung 12 liefert ständig, das heißt periodisch, mit fester oder einstellbarer Frequenz Abstandswerte zum nächsten Hindernis oder zur nächsten Fahrbahnmarkierung an die Verarbeitungseinrichtung 16. In einer Speichereinrichtung 21 werden diese Werte zusammen mit ihren Zeitmarkierungen gespeichert. Gleichzeitig werden dort Informationen von der Einheit 24 über den jeweils zurückgelegten Fahrweg mit den Daten verknüpft. Das entstehende Bild beziehungsweise die Repräsentation des Fahrzeugumfeldes wird in dem Verarbeitungsmodul 19 erzeugt und analysiert. Wird ein bestimmter Abstand zu einem Hindernis unterschritten, so wird über die Ausgabeeinrichtung 22 ein entsprechender Hinweis optisch oder akustisch an den Fahrer gegeben. Gleiches geschieht beispielsweise, wenn eine Parklücke am Fahrbahnrand detektiert wird.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass durch die Ausgabeeinrichtung 22 für den Fahrer eine Landkarte des Umfeldes des Fahrzeugs sichtbar gemacht wird, beispielsweise in einer Ansicht von oben, in der gleichzeitig die Außenkontur des Fahrzeugs und as Umfeld dargestellt ist, so dass der Fahrer beurteilen kann, welche Bewegungsmöglichkeiten für das Fahrzeug zur Verfügung stehen.
Die Informationen können von der Sensoreinrichtung 12 über die Speichereinrichtung 21 auch an das zweite Verarbeitungsmodul 20 geleitet werden, das eine Vorhersage über ein mögliches Abkommen von der Fahrbahn erarbeitet. Zu diesem Zweck werden die seitlichen Abstände zu Hindernissen oder Fahrbahnmarkierungen ebenfalls gespeichert und es werden Tendenzen erkannt und zu der augenblicklichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Beziehung gesetzt. Davon ausgehend wird prognostiziert, ob und wenn ja, für welche Zeit beziehungsweise welche Fahrstrecke das Fahrzeug voraussichtlich noch auf der Fahrbahn verbleibt. Droht ein Abkommen von der Fahrbahn, so wird durch die Warneinrichtung 23 ein entsprechender Hinweis gegeben. Dies kann ein akustisches oder optisches Signal sein.
Eine entsprechende Sensoreinrichtung, wie sie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel geschildert ist, ist vorteilhaft auf beiden Seiten des Kraftfahrzeuges einzusetzen, um für das gesamte Umfeld des Fahrzeuges entsprechende Informationen zu erhalten. Jedoch ist, wenn der Aufwand reduziert werden soll, auch auf einer einzigen Seite der Einsatz der Umfelderfassungseinrichtung hilfreich, in diesem Fall sollte die Seite gewählt werden, die der Fahrerseite gegenüber liegt.
Wenn eine Sensoreinrichtung in Form einer Kamera verwendet wird, können einige der in dem Ausführungsbeispiel geschilderten Funktionen durch eine digitale Bildanalyse ersetzt werden. Selbstverständlich wird dann die horizontale Auflösung des Bildes nicht notwendigerweise durch eine spitzwinklige Erfassung der Informationen, wie in der 1 dargestellt, erreicht, sondern über die Bildverarbeitung.

1: Fahrzeug
2: Außenrückspiegel
3: Strahl
4: Vorderer Blinker
5: Türgriff
6: Hinterer Blinker
7: Vertikale Richtung des Strahls
8: Horizontale Richtung des Strahls
9: Parkende Fahrzeuge
10: Fahrbahnmarkierung
11: Laserdiode
12: Empfänger
13: Erfassungswinkel
14, 15: Lichtempfindliche Elemente
16: Verarbeitungseinrichtung
17: Schalter
18: Einwirkungsrichtung des Umschalters
19, 20: Verarbeitungselemente
21: Speichereinrichtung
22: Ausgabeeinrichtung
23: Warneinrichtung
24: Einheit

Claims

Einrichtung zur Umfelderfassung für ein Fahrzeug, mit einer Sensoreinrichtung (11, 12), welche zum Erfassen von Informationen über den bezüglich der Fahrtrichtung zum jeweiligen Zeitpunkt seitlich neben dem Fahrzeug (1) gelegenen Teil des Umfeldes ausgerichtet ist, und mit einer Verarbeitungseinrichtung (16), bei der ein erster Verarbeitungsmodus vorgesehen ist, welcher die Informationen zu Abstandswerten des Fahrzeugs (1) von Hindernissen (9, 10) im Umfeld verarbeitet, sowie ein zweiter Verarbeitungsmodus vorgesehen ist, welcher die Informationen zu einem Vorhersagewert verarbeitet, inwiefern das Fahrzeug vom Fahrweg abzukommen droht.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den ersten Verarbeitungsmodus ein erstes Verarbeitungselement (19) und für den zweiten Verarbeitungsmodus ein zweites Verarbeitungselement (20) in der Verarbeitungseinrichtung (16) vorgesehen ist.
Einrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschalteinrichtung (17) vorgesehen ist, durch die entweder der erste Verarbeitungsmodus und/oder der zweite Verarbeitungsmodus ein- oder ausschaltbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (17) willkürlich betätigbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (17) selbstätig in Abhängigkeit vom Fahrzustand des Fahrzeugs betätigt wird.
Einrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (17) mit einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung des Fahrzeugs verbunden ist und in Abhängigkeit vom Messwert der Geschwindigkeit betätigt wird.
Einrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11, 12) in einem Außenrückspiegel (2) des Fahrzeugs (1) eingebaut ist.
Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11, 12) in eine Beleuchtungselement des Fahrzeugs (1), insbesondere das Rücklicht eingebaut ist.
Einrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11, 12) auf dem Nachweis elektromagnetischer Wellen, insbesondere Licht- oder Radarwellen basiert.
Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11, 12) auf dem Nachweis akustischer Signale basiert.
Einrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11, 12) eine Laserlichtquelle (11) aufweist, die Licht aussendet sowie einen Empfänger (12, 14, 15), der eine Reflexion des ausgesandten Lichtes erfasst.
Einrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Laserlichtquelle (11) überstrichene Raumwinkel (3) in vertikaler Richtung eine Winkelausdehnung (7) aufweist, die um wenigstens den Faktor 5, insbesondere den Faktor 10 größer ist als die Winkelausdehnung (8) in horizontaler Richtung.