DE102007032997A1

DE102007032997A1 - Fahrerassistenzvorrichtung

Info

Publication number: DE102007032997A1
Application number: DE102007032997A
Authority: DE
Inventors: Uwe Zimmermann; Michael Weilkes; Michael Scherl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2009-01-22
Also published as: WO2009010334A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrerassistenzvorrichtung 30, die eine Einrichtung für die Erfassung von Objekten 7.1, eine Einrichtung für die Erfassung von Fahrbahnmarkierungen 7.2 und eine Einrichtung für die Erfassung des Fahrbahnzustands 7.3 umfasst.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Fahrerassistenzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es sind Fahrerassistenzvorrichtungen bekannt, die den Fahrer bei der Führung des Fahrzeugs, insbesondere bei dem Einhalten einer gewählten Fahrspur, unterstützen. Die Fahrerassistenzvorrichtung umfasst dazu Assistenzfunktionen wie ACC (Automatic Cruise Control), RCS (Road Condition Sensing), LDW (Lane Departure Warning) und/oder LKS (Lane Keeping Support). Die Assistenzfunktion ACC ermöglicht die Einhaltung des Sicherheitsabstands zu einem voraus fahrenden Fahrzeug. Die Assistenzfunktion RCS ermöglicht die Erkennung des Straßenzustands. LDW warnt den Fahrer vor einem Verlassen der Fahrspur durch Erzeugung von optischen und/oder akustischen und/oder haptischen Signalen. Die Assistenzfunktion LKS greift aktiv in Bordsysteme des Fahrzeugs, wie beispielsweise das Lenksystem, und/oder das Bremssystem oder ein ESP-System ein, um ein von der Fahrspur abweichendes Fahrzeug in der Fahrspur zu halten. Die Fahrerassistenzvorrichtung mit Assistenzfunktionen wie LKS und/oder LDW umfasst dazu ein insbesondere mindestens einen Videosensor umfassendes Sensorsystem für die Erfassung von Fahrspurmarkierungen oder dergleichen.
Aus DE 101 37 292 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrer-Assistenzsystems eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, mit einer servounterstützten Lenkung bekannt. Dieses Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

– Erfassen oder Abschätzen von Umgebungsdaten einer, vorzugsweise momentanen, Verkehrssituation,
– Erfassen oder Abschätzen von, vorzugsweise momentanen, Bewegungsdaten des Fahrzeugs,
– Vergleichen der erfassten oder abgeschätzten Umgebungsdaten mit den Bewegungsdaten des Fahrzeugs,
– Änderung der Unterstützung einer Lenkhandhabe nach Maßgabe des Vergleichs.

Weiterhin sind Sensoren für die dreidimensionale Erfassung des Fahrzeugumfelds, wie zum Beispiel. PMD (Photon Mixing Devices) und so genannte Range- und Laserscanner, bekannt, mit denen die Entfernung und Intensität jedes Bildpunkts eines aus dem Fahrzeugumfeld erfassten Bilds bestimmt werden können.
Offenbarung der Erfindung
Vorteilhafte Wirkungen
Die erfindungsgemäße Fahrerassistenzvorrichtung ermöglicht die Erfassung von Objekten in dem Fahrzeugumfeld, insbesondere deren Geometrie, das heißt vorzugsweise Breite und Höhe, deren relative Position in Bezug auf das eigene Fahrzeug, und deren Geschwindigkeit. Als genannte Objekte kommen hier in erster Linie andere Fahrzeuge in Betracht, die sich den Verkehrsraum mit dem eigenen Fahrzeug teilen. Vorteilhaft ermöglicht die erfindungsgemäße Fahrerassistenzvorrichtung auch die Erfassung von der Verkehrslenkung dienenden Markierungen auf der Fahrbahnoberfläche, wie insbesondere von ununterbrochenen und unterbrochenen Linien oder von Verkehrszeichen. Durch die Auswertung von Reflektanz- bzw. Intensitätsbildern können diese Linien von der Fahrerassistenzvorrichtung erkannt werden. Weiterhin können ihre Lage und Orientierung auf der Fahrbahnoberfläche mit großer Genauigkeit vermessen werden. Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäß ausgestaltete Fahrerassistenzvorrichtung auch eine ortsaufgelöste Erfassung des Fahrbahnzustands. Dazu wird vorteilhaft Strahlung mit mindesten zwei unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt, wobei die Wellenlängen derart gewählt sind, dass Strahlung mindestens einer Wellenlänge bei feuchter Fahrbahnoberfläche stark absorbiert wird, während das Absorptionsverhalten auf trockener Fahrbahn im Wesentlichen übereinstimmt. Aus dem Reflektanzverhältnis der unterschiedlichen Strahlungskomponenten kann dann vorteilhaft auf den jeweiligen Straßenzustand geschlossen werden. So kann vorteilhaft festgestellt werden, ob und ggf. welche Bereiche der Fahrbahnoberfläche mit Niederschlag, wie Regen oder Schnee, bedeckt sind. Diese Erkennung des Straßenzustands kann vorteilhaft für Warnfunktionen oder die vorausschauende Konditionierung des Lenk- und/oder Bremssystems des Fahrzeugs angewendet werden.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine große Robustheit gegen Witterungseinflüsse aus und steht bei allen Lichtverhältnissen, also sowohl bei Tag als auch bei Nacht zur Verfügung.
Dabei wird für die verschiedenen Funktionen zur Fahrerunterstützung nur ein einziger aus Sender und Empfänger bestehender Sensor verwendet.
Weiterhin ist die erfindungsgemäß ausgestaltete Fahrerassistenzvorrichtung einfach skalierbar. So kann eine kostengünstige Variante durch Verwendung nur einer Wellenlänge realisiert werden. In diesem Fall würde die Erkennung des Straßenzustands wegfallen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Aufsicht auf einen Verkehrsraum;
2 eine Sensoreinrichtung in schematischer Darstellung;
3 ein Blockdiagramm einer Fahrerassistenzvorrichtung;
4 ein weiteres Blockdiagramm einer Fahrerassistenzvorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Kern der Erfindung ist eine Fahrerassistenzvorrichtung, die eine Einrichtung für die Erfassung von Objekten, eine Einrichtung für die Erfassung von Fahrbahnmarkierungen und eine Einrichtung für die Erfassung des Fahrbahnzustands erfasst. Dabei wird in einer Ausführung nur ein einziger Sensor verwendet.
Die genannten Einrichtungen umfassen wenigstens eine Sensoreinrichtung. Als eine solche Sensoreinrichtung wird vorteilhaft eine so genannte 3D-Sensorik verwendet, die winkelaufgelöste Abstandsinformationen und Intensitäten von rückstreuenden Objekten liefert. Hierfür sind zum Beispiel Einrichtungen wie ein Rangeimager oder ein Lidarscanner geeignet. In Verbindung mit einem Lidarscanner können vorteilhaft mikroelektromechanische Systeme für die Strahlablenkung zum Einsatz kommen. Ein besonderer Vorteil eines Lidarscanners im Vergleich zu einem PMD-Sensor besteht darin, dass die Robustheit gegenüber Witterungseinflüssen wesentlich höher ist. So wird beispielsweise ein bei starkem Regen von Gischt umgebenes Fahrzeug als ein einziges Zielobjekt erkannt und es kann nur ein mittlerer Abstand zu diesem von Gischt umgebenen Objekt ermittelt werden. Mit einem Lidarsensor können dagegen die Gischtwolke und das darin verborgene Fahrzeug voneinander getrennt erfasst und so auch voneinander unterschieden werden.
Für eine Fahrzeugfolgefunktion hat eine geeignete Auslegung des Detektionsbereichs hinsichtlich Reichweite, Öffnungswinkel, horizontaler und vertikaler Winkelauflösung zu erfolgen. So ist beispielsweise der Detektionsbereich so auszulegen, dass die Reichweite zur Erfassung eines stehenden Zielobjekts (ACC-FSR) in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen des Fahrzeugfolgesystems anzupassen ist. Beispielsweise beeinflussen die maximale Reichweite und die maximal mögliche Verzögerung des Systems die maximale Relativgeschwindigkeit und damit die Set-Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeugfolgesystem betrieben werden kann, um zum Beispiel komfortabel bis zum Stillstand zu bremsen.
Eine wichtige Größe für die Erkennung von auf der Fahrbahn aufgebrachten Linien ist die Anzahl der Strahlen, die auf in einer bestimmten Entfernung befindliche Linie auftreffen. Je mehr Strahlen auf die Linie auftreffen, desto besser kann diese von dem benachbarten Straßenbelag unterschieden und so sicher detektiert werden. Die Auflösung wird davon abhängen, bis zu welcher Entfernung Linien noch erkannt werden sollen.
Eine für die Bestimmung der Position, der Größe und ggf. der Geschwindigkeit eines Objekts wichtige Messgröße ist der Abstand des Objekts in Richtung des auf das Objekt gerichteten Strahls der 3D-Sensorik. Dieser Abstand wird zweckmäßig durch Bestimmung der Laufzeit des in Richtung des Objekts in einem bestimmten Raumwinkel ausgesandten, an dem Objekt reflektierten und wieder empfangenen Strahls bestimmt. Für die ortsaufgelöste Erfassung des Zustands der Fahrbahnoberfläche werden vorteilhaft mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen verwendet. Die Wellenlängen werden dabei zweckmäßig derart gewählt, dass die Strahlung der mindestens einen Wellenlänge durch auf der Fahrbahn befindliche Feuchtigkeit stark absorbiert wird, während bei trockener Fahrbahn im Wesentlichen kein Unterschied im Absorptions- bzw. Reflexionsverhalten der verwendeten Wellenlängen zu beobachten ist. Zum Beispiel werden pro Raumwinkeleinheit (Scanwinkel) zwei Strahlungsimpulse nacheinander abgegeben. Die Strahlung des ersten Strahlungsimpulses hat dabei eine Wellenlänge von etwa 900 nm (Nanometer) und die Strahlung des zweiten Strahlungsimpulses eine Wellenlänge von etwa 1550 nm. Auf diese Weise werden weitere Raumwinkeleinheiten abgetastet. Aus dem Reflektanzverhältnis der mindestens zwei verwendeten unterschiedlichen Wellenlängen der Strahlung kann dann auf den jeweiligen Zustand der die Strahlung reflektierenden Fahrbahnoberfläche geschlossen werden. So kann beispielsweise festgestellt werden, ob sich ein Feuchtigkeitsfilm auf der Fahrbahnoberfläche befindet oder nicht und über welchen Bereich der Fahrbahn sich dieser Feuchtigkeitsfilm erstreckt. Diese Information kann vorteilhaft für eine Warnung des Fahrers oder für eine vorausschauende Vorkonditionierung des Lenk- und oder Bremssystems des Fahrzeugs verwendet werden.
Die praktische Anwendung der Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf 1 erläutert. 1 zeigt eine Aufsicht auf einen Verkehrsraum 1 mit einer von einer Fahrspurmarkierung 3 begrenzten Fahrspur 1.1. Auf dieser Fahrspur 1.1 bewegt sich ein Fahrzeug 5 (Fremdfahrzeug) in Fahrtrichtung 6. Dem Fahrzeug 5 folgt mit Abstand das Egofahrzeug 2. Das Egofahrzeug 2 umfasst eine Sensoreinrichtung (3d-Sensorik) mit einem Erfassungsbereich 2.1. Die zweidimensionale Darstellung in 1 zeigt nur die horizontale Ausdehnung des Erfassungsbereichs 2.1. Die vertikale Ausdehnung des Erfassungsbereichs 2.1 ist zweckmäßig so bemessen, dass alle in dem Verkehrsraum 1 vorhandenen Objekte zuverlässig erfasst werden können. Mit Bezugsziffer 2.2 sind Strahlen der Sensoreinrichtung bezeichnet, die zur Erfassung von Fahrspurmarkierungen 3, insbesondere in der üblichen Form von Linien, dienen. Mit Bezugsziffer 2.3 sind Strahlen der Sensoreinrichtung bezeichnet, die mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen die Oberfläche der befahrenen Fahrspur abtasten. Mit Bezugsziffer 4 ist ein Fahrspurbereich bezeichnet, der ein von der übrigen Fahrspur unterschiedliches Reflexionsvermögen aufweist, weil er beispielsweise mit einem Feuchtigkeitsfilm überzogen ist. Mit Bezugsziffer 2.4 sind Strahlen der Sensoreinrichtung bezeichnet, die zur Erfassung von Objekten, wie insbesondere fremden Fahrzeugen in dem Verkehrsraum 1 dienen. Mit den Strahlen 2.4 wird im vorliegenden Beispielsfall das vorausfahrende Fahrzeug 5 erfasst. Durch eine Laufzeitmessung können Entfernung und Geschwindigkeit des Fahrzeugs 5 erfasst werden. Durch Abtastung des Erfassungsbereichs aus dem Fahrzeugumfeld mittels einer scannenden Strahlbewegung können die Abmessungen des Fahrzeugs 5 erfasst werden. So kann beispielsweise festgestellt werden, ob es sich bei dem in 1 dargestellten Fahrzeug 5 um einen PKW oder einen NKW handelt.
Im Folgenden wird, unter Bezug auf 2, eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer Sensoreinrichtung beschrieben, mit der das in 1 dargestellte Egofahrzeug 2 ausgerüstet ist. 2 zeigt, in schematischer Darstellung die wichtigsten Komponenten einer Sende-Empfangseinrichtung 7 der Sensoreinrichtung. Mit Bezugsziffer 9, 10 sind Sender bezeichnet, die Strahlung mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen aus dem optischen Bereich des Spektrums und ggf. angrenzenden Bereichen erzeugen. Mit Bezugsziffer 11 ist ein Strahlteiler bezeichnet. Mit Bezugsziffer 12 ist ein Empfänger bezeichnet.
Mit Bezugsziffer 13 ist ein der Strahlablenkung dienender Spiegel bezeichnet. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein mikromechanisches System. Mit Bezugsziffer 8 ist ein Objekt aus dem Verkehrsraum 1 bezeichnet, das mit Strahlung der Sender 9, 10 beaufschlagt wird, und das diese Strahlung reflektiert. Die von dem Objekt 8 reflektierte Strahlung wird von dem Empfänger 12 erfasst. Von der Stellung des Spiegels 13 hängt es ab, welcher Raumwinkelbereich mit Strahlung der Sender 9, 10 beaufschlagt wird und welcher Anteil der ausgesandten Strahlung dem Empfänger 12 zugeleitet wird.
Ein Blockdiagramm einer Fahrerassistenzvorrichtung ist in 3 dargestellt. Die Fahrerassistenzvorrichtung 30 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Sende-Empfangseinrichtungen 7.1, 7.2, 7.3. Die Sende- Empfangseinrichtung 7.1 erfasst vorzugsweise Objekte aus dem Umfeld des Egofahrzeugs 2, wie insbesondere fremde Fahrzeuge 5. Die Sende-Empfangseinrichtung 7.2 erfasst vorzugsweise Hinweise für die Verkehrslenkung, wie beispielsweise Verkehrszeichen und Fahrspurmarkierungen. Die Sende-Empfangseinrichtung 7.3 erfasst vorzugsweise kontinuierlich den Zustand der Fahrbahnoberfläche, wobei die Sende-Empfangseinrichtung 7.3 Strahlung mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen aussendet und von der Fahrbahn reflektierte Strahlung erfasst und auswertet. Mit Bezugsziffer 32 ist ein Funktionsmodul Steuergerät bezeichnet, das die Ausgangssignale der Sende-Empfangseinrichtungen 7.1, 7.2, 7.3 auswertet und aufbereitet. Mit Bezugsziffer 31 ist ein Funktionsmodul Schnittstelle bezeichnet, das die Verbindung des Fahrerassistenzsystems 30 mit weiteren Komponenten des hier nicht dargestellten Bordnetzes des Fahrzeugs 2 ermöglicht. Dieses aufwändige System bietet den Vorteil, dass Informationen über Objekte, Fahrbahnmarkierungen und den Zustand der Fahrbahnoberfläche praktisch zeitgleich und parallel gewonnen werden können.
In einer einfacheren und kostengünstigen Ausführungsvariante einer Fahrerassistenzvorrichtung (4) ist lediglich eine einzige Sende-Empfangseinrichtung 7 vorgesehen, die, in Abhängigkeit von dem jeweils mit Strahlung beaufschlagten Raumwinkelbereich, in zeitlicher Folge Informationen über Objekte aus dem Umfeld, Fahrspurmarkierungen und die Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche liefert. Die Funktionen der Einrichtungen 7.1, 7.2, 7.3 werden daher durch entsprechende Betriebsmodi der einzigen Sende-Empfangseinrichtung 7 realisiert. Auf diese Weise kann die Fahrerassistenzvorrichtung 30 zahlreiche, den Fahrer unterstützende Assistenzfunktionen, wie Traffic Assistant, Lane Departure Warning, Collision Avoiding Breaking, Durchfahrassistent, Road Condition Sensing, vorausschauendes Einparken, kostengünstig bereitstellen.
Da es sich um ein skalierbares Sensorkonzept handelt, kann weiterhin auch nur eine einzige Lichtwellenlänge verwendet werden, wenn dies aus Kostengründen erforderlich ist. Dabei wird dann allerdings auf eine Erkennung des Zustands der Fahrbahnoberfläche, und insbesondere auf die Unterscheidung zwischen einer trockenen und einer feuchten Fahrbahnoberfläche verzichtet.
Besonders vorteilhaft können mit der erfindungsgemäßen Fahrerassistenzvorrichtung auch der Wankwinkel des Fahrzeugs und/oder der Verlauf der Fahrbahnoberfläche bzw. das Straßenprofil erfasst werden. Diese Werte lassen sich aus dem Abstandsverlauf der auf die Fahrbahnoberfläche treffenden und von dieser reflektierten Strahlen ermitteln. Eine besonders vorteilhafte weitere Anwendung ergibt sich dabei noch durch die mögliche rechtzeitige Erkennung eines drohenden Kippvorgangs des Fahrzeugs (Rollover-Sensierung). Dies ist beispielsweise durch eine Überwachung von Änderungen des Wankwinkels möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10137292 A1 [0002]

Claims

Fahrerassistenzvorrichtung (30), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem (30) eine Einrichtung für die Erfassung von Objekten (7.1), eine Einrichtung für die Erfassung von Fahrbahnmarkierungen (7.2) und eine Einrichtung für die Erfassung des Fahrbahnzustands (7.3) umfasst.
Fahrerassistenzvorrichtung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (7.1, 7.2, 7.3) mindestens eine Sende-Empfangseinrichtung (7) umfassen, die Strahlung aussendet und reflektierte Strahlung empfängt.
Fahrerassistenzvorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-Empfangseinrichtung (7) im optischen Wellenlängenbereich liegende Strahlung aussendet.
Fahrerassistenzvorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-Empfangseinrichtung (7) Strahlung mit mindestens zwei Wellenlängen aussendet.
Fahrerassistenzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-Empfangseinrichtung (7) Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 900 nm und etwa 1550 nm aussendet.
Fahrerassistenzvorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-Empfangseinrichtung (7) Mittel für den wellenlängenselektiven Vergleich der von der Fahrbahnoberfläche reflektierten Strahlung umfasst.
Fahrerassistenzvorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-empfangseinrichtung (7) Mittel für die Bestimmung der Laufzeit der ausgesandten und reflektierten Strahlung umfasst.
Fahrerassistenzvorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-Empfangseinrichtung (7) mindestens einen Spiegel (13) für die Strahlablenkung umfasst.
Fahrerassistenzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen der Einrichtungen (7.1, 7.2, 7.3) als Betriebsmodi einer einzigen Sende-Empfangseinrichtung (7) realisiert sind.
Verwendung einer Fahrerassistenzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Erfassung des Fahrbahnprofils.
Verwendung einer Fahrerassistenzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Rollover-Sensierung.