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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrerunterstützung.
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In
der
DE 10311518 A1 wird
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrerunterstützung beschrieben,
bei welchem mittels eines Sensorsystems, beispielsweise eines Videokamerasystems, der
Verlauf von Fahrspurrandmarkierungen erfasst wird und der Fahrer
gewarnt wird, wenn ein Verlassen der Fahrspur vorliegt beziehungsweise
droht. Zu diesem Zweck wird der Verlauf der Fahrbahnrandmarkierung
mathematisch dargestellt, beispielsweise als Polynom, die zukünftige Bahntrajektorie
des Fahrzeugs berechnet und in einem vorgegebenen Entfernungsbereich
vor dem Fahrzeug untersucht, ob ein Schnittpunkt der beiden Funktionalitäten vorliegt.
Ist dies der Fall, so ist ein Verlassen der Fahrspur zu erwarten
und der Fahrer wird darauf hingewiesen beziehungsweise gewarnt,
in einer Ausführung
die Bahn des Fahrzeugs derart korrigiert, dass ein Verlassen der
Fahrspur vermieden wird.
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Offenbarung
der Erfindung
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Im
Zusammenhang mit dem bekannten Assistenzsystem ist es wünschenswert,
nicht nur die Tatsache zu kennen, dass ein Verlassen der Fahrspur
zu erwarten ist, sondern auch möglichst
präzise den
genauen Zeitpunkt zu errechnen, zu dem das Verlassen der Fahrspur
stattfindet (Zeit, bis zum Überschreitung
der Randmarkierung bzw. Verlassen der Fahrspur, die so genannte „time to
line crossing" (TCL)).
Durch die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise wird eine einfache
und effektive Methode zur Bestimmung dieser Zeit vorgeschlagen.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass bei der Berechnung der Zeitdauer bis zum Überschreiten
der Fahrspurrandmarkierung Informationen über den tatsächlichen
Spurverlauf und über
den wahrscheinlichsten Kurs des Fahrzeugs herangezogen werden. Zusätzliche
Kosten entstehen nicht, wenn eine Fahrspur-erfassende Sensoreinheit,
beispielsweise eine Videokamera, bereits im Fahrzeug eingesetzt
wird.
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Es
hat sich in Validierungsbeispielen gezeigt, dass die nachfolgende
vorgeschlagene Ermittlung der Zeitdauer bis zum Kreuzen der Fahrbahnrandmarkierung
sehr gute Ergebnisse liefert, insbesondere dann, wenn sehr früh (1-2 sec
vor dem tatsächlichen
Kreuzen bzw. Spurverlassen) die Zeitdauer zu berechnen ist. Ferner
hat es sich gezeigt, dass die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise
zu sehr exakten, die Realität
genau abbildenden Ergebnissen führt.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen beziehungsweise
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert.
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1 zeigt
dabei ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erkennung des Verlassens
einer Fahrspur durch das Fahrzeug.
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2 zeigt
eine Prinzipskizze, anhand derer die Berechnung der Zeitdauer bis
zum Verlassen der Fahrspur erläutert
wird.
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In 3 schließlich ist
ein Ablaufdiagramm dargestellt, welches eine Realisierung der dargestellten
Vorgehensweise als Rechnerprogramm skizziert.
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1 zeigt
eine Vorrichtung, welche zur Fahrspurerkennung, insbesondere zur
Warnung des Fahrers beziehungsweise zur Reaktion bei Verlassen beziehungsweise
zukünftigem
Verlassen der Fahrspur des Fahrzeugs dient. Gezeigt ist eine Steuerbeziehungsweise
Auswerteeinheit 10, welche eine Eingangsschaltung 12,
einen Mikrocomputer 14 sowie eine Ausgangsschaltung 16 aufweist.
Diese Elemente sind mit einem Bussystem 18 zum gegenseitigen Datenaustausch
miteinander verbunden. Der Eingangsschaltung 12 werden
Eingangsleitungen von verschiedenen Messeinrichtungen zugeführt, über die
Messsignale beziehungsweise Messinformationen übermittelt werden. Eine erste
Eingangsleitung 20 verbindet die Eingangsschaltung 12 mit
einem Bildsensorsystem 22, welches die Szene vor dem Fahrzeug
aufnimmt. Entsprechende Bilddaten werden über die Eingangsleitung 20 übermittelt.
Ferner sind Eingangsleitungen 24-28 vorgesehen,
welche die Eingangsschaltung 12 mit Messeinrichtungen 30-34 verbinden.
Bei diesen Messeinrichtungen handelt es sich beispielsweise um Messeinrichtungen zur
Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Lenkwinkels sowie weiterer
Betriebsgrößen des Fahrzeugs,
welche im Zusammenhang mit der nachfolgend beschriebenen Vorgehensweise
Bedeutung haben. Über
die Ausgangsschaltung 16 und die Ausgangsleitung 36 wird
wenigstens eine Warneinrichtung 38 angesteuert, beispielsweise
eine Warnlampe und/oder einen Lautsprecher für eine akustische Warnung oder
für eine
Sprachausgabe und/oder ein Display für die Anzeige einer visuellen
Information, mit deren Hilfe der Fahrer vor dem Verlassen der Fahrspur
nach Maßgabe
der nachfolgend dargestellten Vorgehensweise informiert beziehungsweise
gewarnt wird. Darüber
hinaus oder alternativ dazu ist in einigen Ausführungsbeispielen vorgesehen, über die Ausgangsschaltung 16 und
eine Ausgangsleitung 40 ein Stellsystem 42 anzusteuern,
welches automatisch, beispielsweise durch Eingriff in die Lenkung des
Fahrzeugs, das Fahrzeug wieder in die Spur zurück führt und so das Verlassen der
Fahrspur verhindert. In einem anderen Ausführungsbeispiel dient dieses
Stellsystem zu einer haptischen Information beziehungsweise Warnung
des Fahrers, indem ein Lenkmoment auf das Lenkrad aufgebracht wird,
so dass der Fahrer zur Lenkung in die richtige Richtung gedrängt wird.
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Die
Auswerteeinheit 10 extrahiert aus den übermittelten Bilddaten die
Fahrbahnrandmarkierungen und bestimmt den Verlauf der Spurmarkierungen als
Polynome, wie aus dem Eingangs genannten Stand der Technik bekannt.
Insbesondere werden der Verlauf der rechten und der Verlauf der
linken Spurmarkierung als Polynome dritter Ordnung angegeben. Ferner
wird die zukünftige
Bahn des Fahrzeugs auf der Basis des eingestellten Lenkwinkels beziehungsweise
der ermittelten Querbeschleunigung des Fahrzeugs berechnet. Kern
der Ermittlung der Zeitdauer bis zum Spurwechsel ist, dass der zukünftige Kurs
des Fahrzeugs ebenfalls als mathematische Funktion, insbesondere
als Kreisfunktion dargestellt wird, ein möglicher Schnittpunkt zwischen dem
Verlauf der zukünftigen
Fahrt des Fahrzeugs und dem Verlauf der Fahrbahnrandmarkierung (oder eines
daraus abgeleiteten Verlaufs z.B. durch Verschiebung um einen vorgegebenen
Betrag zur Fahrbahnmitte hin) ermittelt wird. Dieser Schnittpunkt
wird dann unter Berücksichtigung
der aktuellen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in eine Zeitdauer
umgerechnet, die der Zeitdauer bis zum Kreuzen bzw. Überschreitung
der Fahspurrandmarkierung bzw. einer daraus abgeleiteten Grenzlinie
oder mit anderen Worten bis zum Verlassen der Fahrspur entspricht.
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Alternativ
zur Kreisbahn für
den zukünftigen Fahrweg
des Fahrzeugs kann eine Gerade oder eine andere geometrische Funktion
angenommen werden. Es hat sich jedoch in einer Ausführung gezeigt, dass
die Ergebnisse mit einer Kreisbahn am besten ausfallen.
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Auf
der Basis des ermittelten Zeitwerts wird dann bei Unterschreiten
eines vorgegebenen Grenzwerts für
diese Zeit die oben genannte Warnung des Spurverlassenswarners ausgelöst.
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Ferner
findet die genannte Methode Einsatz in Fahrerassistenzsystemen,
wie einem adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregler, einem Spurwechselassistenten,
etc, das heißt,
in allen Fahrerassistenzsystemen, in denen ein Spurwechsel eine
Rolle spielt und auf der Basis der Zeitdauer bis zum Verlassen einer
Fahrspur eine Wahrscheinlichkeit für einen Spurwechsel ermittelt
werden kann.
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Das
Schaubild in 2 zeigt auf der waagerechten
Achse die Längsrichtung
der Fahrzeugbewegung in der Fahrspur, in vertikaler Achse die Querrichtung
dazu. In 2 ist ein Fahrzeug 100 dargestellt,
welches einen bestimmten Lenkeinschlag aufweist, der einen bestimmten
Lenkwinkel ergibt. Die sich durch diesen Lenkwinkel ergebende Kreisbahn 102 ist
ebenfalls eingezeichnet. Ferner ist eine Kurve 104 eingezeichnet,
welche den Verlauf einer Fahrbahnrandmarkierung als Polynom darstellt.
Auf der Basis der beiden Gleichungen (Kreis und Ploynom in gezeigten
Koordinatensystem) wird der Schnittpunkt XLC berechnet, zu welchem
mit großer
Wahrscheinlichkeit ein Verlassen der Fahrspur stattfinden wird. Der
Schnittpunkt zwischen dem angenommenen Fahrweg und dem approximierten
Verlauf der Fahrbahnbegrenzungslinie stellt den angenommenen Ort des
Spurverlassens dar. Der Schnittpunkt muss in einer konkreten Realisierung
in einen Entfernungsbereich zwischen 0 und 200 m von der aktuellen
Fahrzeugposition liegen, d.h. die Berechnung für diesen Schnittpunkt wird
auf diesen Entfernungsbereich eingeschränkt. Die Entfernung ergibt
sich dabei aus den Daten des Polynoms, wobei der Bezug zur Entfernung
in der Realität
z.B. durch eine Koordinatentransformation der Bildebene auf die
fahrbahnebene hergestellt wird.
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Die
Zeitdauer, zu der das Spurverlassen stattfinden wird, wird dann
aus dem Quotienten der Kreisbogenlänge, das heißt des vom
Fahrzeug zurückgelegten
Wegs bis zum Schnittpunkt und der aktuellen Geschwindigkeit des
Fahrzeugs errechnet.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm, welches die Realisierung der beschriebenen Vorgehensweise
als Rechnerprogramm darstellt. Das gezeigte Programmmodul wird in
vorgegebenen Zeitintervallen durchlaufen.
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Im
ersten Schritt 200 werden die den Verlauf der Randmarkierungen
auf der linken und/oder rechten Seite der Fahrspur repräsentierende
Gleichungen eingelesen beziehungsweise die Parameter für diese
Gleichungen. Im darauf folgenden Schritt 202 wird ein Signal
eingelesen, welches den Lenkwinkel repräsentiert. Dies kann beispielsweise
der Lenkwinkel selbst sein oder ein in den Lenkwinkel umzurechnenden
Lenkradwinkel. Im darauf folgenden Schritt 204 wird die
aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit eingelesen. Dann wird im Schritt 206 auf
der Basis des Lenkwinkels der zukünftige Kurs des Fahrzeugs bestimmt.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der zukünftige
Kurs des Fahrzeugs als Kreisfunktion auf der Basis des aktuellen
Lenkwinkelwerts ermittelt. Alternativ hierzu wäre eine Abschätzung mittels
einer Geraden, deren Richtung von dem aktuellen Lenkwinkel vorgegeben
wird.
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Auf
der Basis der Gleichung für
den Verlauf der Randmarkierung und der Gleichung für den Verlauf
des zukünftigen
Kurses des Fahrzeugs wird im Schritt 208 untersucht, ob
ein Schnittpunkt der beiden Geraden vorliegt. Im konkreten Ausführungsbeispiel
wird dies durch Suche zuerst für
die linke, dann für
die rechte Randmarkierung in einem Bereich zwischen 0 und 200 m
ermittelt. Die Entfernungen werden dabei aus einer Transformationvorschrift
(abgeleitet aus der Kameraposition und ihrer geometrischen Daten)
der Koordinaten in der Ebene (Fahrbahn) auf die Bildebene bzw. umgekehrt
ermittelt. Auf diese Weise wird eine Korrelation der X-Richtung (Vergleiche 2)
der Funktion und der Entfernung in der Realität gebildet.
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Im
darauf folgenden Schritt 210 wird überprüft, ob ein Schnittpunkt innerhalb
eines vorgegebenen Entfernungsbereichs berechnet werden konnte. Ist
dies nicht der Fall, wird das Programmmodul beendet und zum Zeitintervall
erneut durchlaufen. Wird ein solcher Schnittpunkt errechnet, wird
im Schritt 212 die Länge
XLC berechnet, die das Fahrzeug auf dem Kreisbogen zwischen seiner
aktuellen Position Fahrzeugs und dem errechneten Schnittpunkt zurücklegt.
Daraufhin wird im Schritt 214 dann die Zeit berechnet,
die vergeht, bis das Fahrzeug von der aktuellen Position zum Schnittpunkt
gelangt (TLC). Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Zeit
durch die Division der im Schritt 212 berechneten Wegstrecke
und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. Dieser Wert
(time to line crossing) wird dann Fahrerassistenzfunktionen wie
beispielsweise einem lane departure warning (Spurverlassenswarner)
oder einem Spurwechselassistenten zur Verfügung gestellt. Nach Schritt 214 wird
das Programmmodul beendet und zum nächsten Zeitintervall mit Schritt 200 erneut
durchlaufen.