DE102013207147A1 - Road surface profile detecting system for motor car, has time-of-flight cameras which detect road surface profile and determine distance and dimension of irregularities in overlapping monitored areas of cameras - Google Patents

Road surface profile detecting system for motor car, has time-of-flight cameras which detect road surface profile and determine distance and dimension of irregularities in overlapping monitored areas of cameras Download PDF

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Abstract

The system has time-of-flight cameras (20,210,220) at the front side of vehicle, which are connected to a control device. The cameras are configured to detect the road surface profile and to determine distance and dimension of irregularities in the overlapping monitored areas (E1, E2) of the cameras, so as to control the control system and active suspension of vehicle. An independent claim is included for method for detecting road surface profile.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Erfassung der Fahrbahnoberfläche mit einer Lichtlaufzeitkamera. The invention relates to a system and a method for detecting the road surface with a light time camera.

Aus der DE 100 50 569 A1 ist beispielsweise ein Fahrzeug bekannt, an dessen Vorderseite ein Messgerät zur Erfassung einer Vertikalerhebung eines Abschnitts einer Straße in einer vorbestimmten Entfernung angeordnet ist. Als Messgerät wird beispielsweise eine Videokamera vorgeschlagen, die anhand der Farb- oder Grauschattierungen der Fahrahnoberfläche Schlaglöcher oder Unebenheiten erkennt. Alternativ wird ein Lasersystem vorgeschlagen, dass mithilfe einer Triangulationstechnik die Höhe des gemessenen Oberflächenabschnitts bestimmt. Ferner ist es vorgesehen, das Aufhängungssystem des Fahrzeugs entsprechend der erfassten Daten anzusteuern. Beispielsweise können Federrate, Dämpfungsgrad, Durchsatz, Druck, Behältervolumen, Höhe etc. des Aufhängungssystems gesteuert werden, um ein ruhiges und stabiles Fahrverhalten sicherzustellen. From the DE 100 50 569 A1 For example, a vehicle is known on the front side of which a measuring device for detecting a vertical lift of a section of a road at a predetermined distance is arranged. As a measuring device, for example, a video camera is proposed, which recognizes potholes or bumps on the basis of the color or gray shades of Fahrahnoberfläche. Alternatively, a laser system is proposed that uses a triangulation technique to determine the height of the measured surface section. Furthermore, it is provided to control the suspension system of the vehicle according to the acquired data. For example, spring rate, degree of damping, flow rate, pressure, vessel volume, height, etc. of the suspension system can be controlled to ensure smooth and stable ride.

Aus der DE 41 19 494 A1 ist ein Aufhängungsregelsystem bekannt, bei dem mit einem nicht näher spezifizierten Vorausschausensor die Straßenoberfläche vor einem Kraftfahrzeug erfasst wird. Der Sensor ist hierbei so ausgelegt, dass ein Ausgangssignal entsprechend der Höhe der erfassten Unebenheiten erzeugt wird. Unebene Straßenabschnitte erzeugen Vibrationen am Rad, die sich über die Aufhängung auch auf das Kraftfahrzeug übertragen. Insbesondere große Unebenheiten verursachen starke und impulsartige Schwingungen auf Rad und Chassis. Bei einer einfachen adaptiven Einstellung der Stoßdämpfer besteht die Gefahr, dass die Dämpfung zu gering eingestellt wird, so dass die Stoßdämpfer zu einem Durchschlagen neigen. Es wird vorgeschlagen, eine flexible, adaptive Dämpfungssteuerung nur zuzulassen, wenn die Unebenheiten innerhalb vorbestimmter Schwellenwerte liegen. From the DE 41 19 494 A1 A suspension control system is known in which an unspecified look-ahead sensor detects the road surface in front of a motor vehicle. The sensor is designed so that an output signal is generated according to the height of the detected bumps. Uneven road sections generate vibrations on the wheel, which are also transmitted to the motor vehicle via the suspension. In particular, large bumps cause strong and pulsed vibrations on the wheel and chassis. With a simple adaptive adjustment of the shock absorbers there is a risk that the damping is set too low, so that the shock absorbers tend to strike through. It is proposed to allow flexible, adaptive damping control only when the bumps are within predetermined thresholds.

Die DE 10 2006 039 353 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beeinflussung der Federkraftcharakteristik eines aktiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, bei der im Frontbereich das Kraftfahrzeugs zwei Laserscanner zur Erfassung eines in der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs vorausliegenden Höhenprofils angeordnet sind. Hierbei ist es vorgesehen die Federkraftcharakteristik der Radfederung vorausschauend an den Verlauf des erfassten Höhenprofils anzupassen. Ferner ist eine Kontrolleinrichtung vorgesehen, die Zustandsgrößen auf Grundlage eines Vergleichs zeitlich aufeinander folgend erfasster Höhenprofile berechnet. The DE 10 2006 039 353 A1 discloses an apparatus and a method for influencing the spring force characteristic of an active chassis of a motor vehicle, in which two laser scanners for detecting a height profile ahead in the direction of travel of the motor vehicle are arranged in the front region of the motor vehicle. In this case, it is provided that the spring force characteristic of the wheel suspension can be adapted in advance to the course of the detected height profile. Furthermore, a control device is provided which calculates state variables on the basis of a comparison of temporally successively detected height profiles.

Als Tiefenbildkamera wird insbesondere eine PMD-Lichtlaufzeitkamera vorgeschlagen, , wie sie u.a. in den Anmeldungen EP 1 777 747 , US 6 587 186 und auch DE 197 04 496 als Photomischdetektoren beschrieben und beispielsweise von der Firma ‚ifm electronic gmbh’ als O3D-Kamera zu beziehen sind. Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können. Mit PMD-Lichtlaufzeitkamera sollen insbesondere auch äquivalente Systeme mit umfasst sein, die eine Entfernungsinformation aus einer Phasenverschiebung des gesendeten und empfangenen Lichts gewinnen. As a depth image camera in particular a PMD-Lichtlaufzeitkamera is proposed, as described inter alia in the applications EP 1 777 747 . US Pat. No. 6,587,186 and also DE 197 04 496 described as photonic mixer detectors and, for example, from the company, ifm electronic gmbh 'as O3D camera relate. In particular, the PMD camera allows a flexible arrangement of the light source and the detector, which can be arranged both in a housing and separately. With a PMD time of flight camera, in particular equivalent systems are also to be included, which obtain distance information from a phase shift of the transmitted and received light.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zur Erfassung einer Fahrbahnprofilierung zu verbessern. The object of the invention is to improve a system for detecting a roadway profiling.

Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch das erfindungsgemäße System und ein Verfahren zur Erfassung eines Fahrbahnprofils gelöst, indem an einer Vorderseite eines Fahrzeugs mindestens eine Lichtlaufzeitkamera angeordnet ist. Ein mit der Lichtlaufzeitkamera verbundenes Steuergerät ist ferner derart ausgestaltet, dass anhand der Daten der Lichtlaufzeitkamera ein Fahrbahnprofil und/oder Abstände und Abmessungen von Unebenheiten ermittelt und auf dieser Grundlage Komponenten des Fahrzeugs angesteuert werden. The object is achieved in an advantageous manner by the system according to the invention and a method for detecting a roadway profile by arranging at least one light cycle camera on a front side of a vehicle. A control device connected to the time of flight camera is further designed in such a way that, based on the data of the time of flight camera, a roadway profile and / or distances and dimensions of unevenness are determined and components of the vehicle are driven on this basis.

Der Einsatz einer Lichtlaufzeitkamera hat den Vorteil, dass nicht nur eine Abmessung eines Objekts bzw. Unebenheit auf der Fahrbahn erfasst werden kann, sondern zugleich auch ein Abstand und durch Aufnahme von aufeinander folgenden Bildern auch eine Geschwindigkeit des Objekts. So ist es möglich, ohne weitere Sensorik störende Unebenheiten allein aufgrund der Informationen der Lichtlaufzeitkamera zu identifizieren. The use of a light runtime camera has the advantage that not only a dimension of an object or unevenness on the roadway can be detected, but at the same time a distance and by taking successive images and a speed of the object. It is thus possible to identify disturbing unevenness on the basis of information from the light-time camera alone without further sensors.

Vorteilhaft sind insbesondere zwei Lichtlaufzeitkameras vorgesehen, deren Erfassungsbereich zumindest soweit überlappen, dass von jeder Lichtlaufzeitkamera beide Fahrspuren überwacht werden können. In particular, two light cycle cameras are advantageously provided whose coverage area overlap at least to the extent that each lane-time camera can monitor both lanes.

Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Steuergerät derart ausgelegt ist, dass die Abstände und Abmessungen von Unebenheiten anhand von Distanzwerten und einer Disparität beider Lichtlaufzeitkameras ermittelt werden. Durch diese vorteilhafte Ausnutzung einer Diversität der Ermittlung von Entfernungsdaten kann die Zuverlässigkeit der Abstand- und Abmessungsbestimmung der Unebenheiten weiter verbessert werden. In particular, it is advantageous if the control unit is designed in such a way that the distances and dimensions of irregularities are determined on the basis of distance values and a disparity of the two time-of-flight cameras. By this advantageous utilization of a diversity of the determination of distance data, the reliability of the distance and dimension determination of the unevenness can be further improved.

In weiteren Ausgestaltungen ist es vorgesehen, zwei oder gegebenenfalls auch vier Lichtlaufzeitkameras im vorderen Bereich des Fahrzeugs vorzusehen, die jeweils paarweise eine Fahrspur eines Rades vorausschauend erfassen. Bei der Variante mit vier Lichtlaufzeitkameras erfassen eine erste und zweite Fernbereichslichtlaufzeitkamera in der ihnen zugeordneten Fahrspur einen Fernbereich und eine dritte und vierte Nahbereichs-Lichtlaufzeitkamera einen entsprechend zugeordnetem Nahbereich. In further embodiments, it is provided to provide two or optionally also four light duration cameras in the front region of the vehicle, which each detect in pairs a lane of a wheel in a forward-looking manner. In the variant with four time-of-flight cameras, a first and a second capture Second Fernbereichslichtlaufzeitkamera in their assigned lane a long range and a third and fourth Nahbereichs-Lichtlaufzeitkamera a correspondingly assigned short range.

Dieses Vorgehen hat den besonderen Vorteil, dass durch die im Fernbereich erfassten Objekte bzw. Unebenheiten eine Prädiktion möglicher Fahrstörungen vorgenommen werden kann. Die Erfassung der Fahrbahn im Nahbereich unmittelbar vor den Rädern erlaubt es, die vorausberechneten Unebenheiten als tatsächlich wirksam für das Fahrwerk zu erkennen. This procedure has the particular advantage that a prediction of possible driving disturbances can be made by the objects or unevennesses detected in the far field. Detecting the lane at close range immediately in front of the wheels makes it possible to recognize the predicted unevenness as actually effective for the chassis.

Besonders vorteilhaft ist das Steuergerät des Systems so ausgelegt, dass in Abhängigkeit des erkannten Fahrbahnprofils und/oder der erkannten Unebenheiten ins Regelsystem einer aktiven Federung bzw. eines aktiven Fahrwerks eingegriffen werden kann. Vorteilhaft wird durch das Steuergerät mindestens eine Eigenschaft, beispielsweise die Dämpfung, einer aktiven Federung eingestellt. Particularly advantageously, the control unit of the system is designed so that it can be intervened in the control system of an active suspension or an active chassis depending on the recognized roadway profile and / or the detected bumps. Advantageously, at least one property, for example the damping, of an active suspension is set by the control unit.

Besonders vorteilhaft wird durch eine im Fernbereich erfassten Unebenheit eine Voreinstellung der aktiven Federung vorgenommen, wobei eine abschließende Einstellung der aktiven Federung erfolgt, sobald die erkannte Unebenheit auch im Nahfeld erfasst wird. A pre-adjustment of the active suspension is particularly advantageously carried out by an unevenness detected in the far range, a final adjustment of the active suspension taking place as soon as the recognized unevenness is also detected in the near field.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings.

Es zeigen: Show it:

1 schematisch das grundlegende Prinzip der Photomischdetektion, 1 schematically the basic principle of photomix detection,

2 ein Fahrzeug mit zwei Lichtlaufzeitkameras im Vorderbereich eines Fahrzeugs, 2 a vehicle with two light-time cameras in the front area of a vehicle,

3 eine Fernfelderfassung einer Unebenheit, 3 a far-field detection of a bump,

4a, 4b schematisch eine Abbildung einer Unebenheit auf einem Lichtlaufzeitsensor und einen entsprechenden Signalverlauf am Lichtlaufzeitsensor, 4a . 4b FIG. 2 schematically shows an image of a roughness on a light transit time sensor and a corresponding signal course on the transit time sensor; FIG.

5 eine Ausführungsform mit vier Lichtlaufzeitkameras im Vorderbereich eines Kraftfahrzeugs, 5 an embodiment with four light transit time cameras in the front region of a motor vehicle,

6 schematisch eine Erfassung von Unebenheiten in einem Fern- und Nahbereich, 6 schematically a detection of bumps in a distance and close range,

7 eine Anordnung mit zwei Lichtlaufzeitkameras und einer gemeinsamen Beleuchtung 7 an arrangement with two light time cameras and a common lighting

8 eine Anordnung mit zwei Lichtlaufzeitkameras und einem überlappenden Überwachungsbereich, 8th an arrangement with two light-time cameras and an overlapping surveillance area,

9 schematisch eine Lokalisierung eines Objektes mittels Querdisparation, 9 schematically a localization of an object by means of transverse disparity,

10 Erfassung eines Fern- und Nahfelds mittels einer Lichtlaufzeitkamera 10 Detection of a far and near field by means of a light runtime camera

11 eine asymmetrische Beleuchtung. 11 an asymmetrical lighting.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. In the following description of the preferred embodiments, like reference characters designate like or similar components.

1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeitkamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 bekannt ist. 1 shows a measurement situation for an optical distance measurement with a light time camera, as for example from the DE 197 04 496 is known.

Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. eine Beleuchtung 10, 100 mit einer Lichtquelle 12 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitfotosensor 22. Der Lichtlaufzeitfotosensor 22 bzw. Lichtlaufzeitsensor 22 weist mindestens ein Pixel, vorzugsweise jedoch ein Pixel-Array, auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 ist vorzugsweise als Reflektor ausgebildet. The light transit time camera system 1 includes a transmitting unit or a lighting 10 . 100 with a light source 12 and associated beam shaping optics 15 as well as a receiving unit or light runtime camera 20 with a receiving optics 25 and a light time photo sensor 22 , The light time photo sensor 22 or light transit time sensor 22 has at least one pixel, but preferably a pixel array, and is designed in particular as a PMD sensor. The receiving optics 25 typically consists of improving the imaging characteristics of multiple optical elements. The beam shaping optics 15 the transmitting unit 10 is preferably formed as a reflector.

Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit und somit die zurückgelegte Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitfotosensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einer bestimmten Modulationsfrequenz M(p1) mit einer ersten Phasenlage p1 beaufschlagt. Entsprechend der Modulationsfrequenz sendet die Lichtquelle 12 ein amplitudenmoduliertes Signal S(p1) mit der ersten Phaselage p1 aus. Dieses Signal bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben mit einer zweiten Phasenlage p2 als Empfangssignal S(p2) auf den Lichtlaufzeitfotosensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Modulationssignal M(p1) mit dem empfangenen Signal S(p2), gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird. The measurement principle of this arrangement is essentially based on the fact that, based on the phase shift of the emitted and received light, the transit time and thus the distance covered by the received light can be determined. For this purpose, the light source 12 and the light time photo sensor 22 via a modulator 30 applied together with a certain modulation frequency M (p1) with a first phase position p1. The light source sends according to the modulation frequency 12 an amplitude modulated signal S (p1) with the first phase position p1. This signal or the electromagnetic radiation is in the illustrated case of an object 40 Reflected and due to the distance covered coincident with a second phase position p2 as a received signal S (p2) on the light transit time photo sensor 22 , In the time of flight sensor 22 the modulation signal M (p1) is mixed with the received signal S (p2), wherein the phase shift or the object distance d is determined from the resulting signal.

2 zeigt eine Vorderseite eines Kraftfahrzeugs, bei der in den Randbereichen jeweils eine erste und zweite Lichtlaufzeitkamera 210, 220 angeordnet sind. Im dargestellten Beispiel sind die Lichtlaufzeitkameras unterhalb der Fahrzeugscheinwerfer angeordnet. Die Beleuchtung der ersten und zweiten Erfassungsbereiche kann zum einen über eine in die erste und zweite Lichtlaufzeitkamera integrierte Beleuchtung realisiert werden als auch über eine separate externe Beleuchtung oder gegebenenfalls auch durch Modulation der Beleuchtung im Fahrzeugscheinwerfer erreicht werden. Ebenso kann die Lichtlaufzeitkamera auch im Bauraum des Fahrzeugscheinwerfers untergebracht sein. Die Erfassungsbereiche E1, E2 sind so gewählt, dass die zu erwartende Fahrspur des Fahrzeugs durch diesen überwachten Bereich voraussichtlich führen wird. 2 shows a front side of a motor vehicle, in which in each of the peripheral areas a first and second light time camera 210 . 220 are arranged. In the example shown, the time of day cameras are arranged below the vehicle headlights. The illumination of the first and second detection areas can be realized on the one hand via an integrated into the first and second light time camera lighting as well as a separate external lighting or possibly also be achieved by modulation of the illumination in the vehicle headlight. Likewise, the light runtime camera can also be accommodated in the installation space of the vehicle headlight. The detection areas E1, E2 are selected so that the expected lane of the vehicle is expected to lead through this monitored area.

3 zeigt eine Seitenansicht dieser Anordnung mit einer Fahrbahn 450 und einer Unebenheit 400 im Erfassungsbereich zumindest einer Lichtlaufzeitkamera 210, 220. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein Steuergerät 300 anhand der Daten der Lichtlaufzeitkameras 210, 220 die Qualität des Straßenzustandes beurteilt und in ein Regelsystem 310 einer aktiven Federung 320 eingreift. Zum einen kann das Fahrbahnprofil als solches bestimmt werden, beispielsweise ob es sich um eine glatte, raue oder als Kopfsteinpflaster ausgebildete Fahrbahn handelt, um so beispielsweise eine Grundeinstellung des Fahrwerks bzw. der aktiven Federung 320 vorzunehmen. Zum anderen erlaubt die Anordnung auch eine Erfassung von größeren Unebenheiten 400 oder gegebenenfalls auch anderen störenden Objekten auf der Fahrbahn. 3 shows a side view of this arrangement with a roadway 450 and a rub 400 in the detection range of at least one light time camera 210 . 220 , According to the invention, it is provided that a control unit 300 based on the data of the time of day cameras 210 . 220 assessed the quality of road conditions and in a control system 310 an active suspension 320 intervenes. On the one hand, the roadway profile can be determined as such, for example, whether it is a smooth, rough or designed as cobblestone pavement, so as for example a basic setting of the chassis or the active suspension 320 make. On the other hand, the arrangement also allows detection of larger bumps 400 or possibly other disturbing objects on the roadway.

Die in 3 gezeigte Unebenheit 400 stellt in ihren Abmessungen eine erhebliche Beeinträchtigung des Fahrverhaltens und Komfortverhaltens des Fahrzeugs dar, auf das die erfindungsgemäße Anordnung in geeigneter Weise durch Regulierung des Fahrwerks reagieren soll. Durch die Lichtlaufzeitkamera 210, 220 werden sowohl Abstand als auch Höhe und gegebenenfalls Volumen der Unebenheit ermittelt. Durch Aufnahme mehrerer aufeinander folgender Tiefenbilder ist es weiterhin möglich, die Dimension der Unebenheit bzw. des Objektes 400 und auch die Geschwindigkeit des Objektes in Richtung auf das Fahrzeug abzuschätzen und einen möglichen Auftreffzeitpunkt mit einem Rad bzw. dem Fahrzeug zu bestimmen. Übersteigt das Objekt eine gefährliche Dimension, sodass auch eine Kollision des Fahrzeugs mit dem Objekt zu befürchten ist, so ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, beispielsweise den Fahrer zu alarmieren oder gegebenenfalls in Sicherheitsfunktionen des Fahrzeugs einzugreifen. Ansonsten reicht es aus ohne Alarmierung entsprechende Einstellungen am Fahrwerk bzw. einer aktiven Federung vorzunehmen. Anhand der ermittelten Dimensionen des Objektes bzw. der Unebenheit 400 können beispielsweise die Dämpfungsfaktoren des Fahrwerks so eingestellt werden, dass Insassen im Fahrzeug nur geringe Komforteinbußen erleiden müssen, wobei auf jeden Fall immer sichergestellt sein sollte, dass die Räder einen ausreichenden Bodenkontakt beibehalten und zum anderen auch keine Überbelastung oder ein Durchschlagen des Fahrwerks zu befürchten ist. Als eine weitere Maßnahme kann gegebenenfalls auch das Fahrwerk in seiner Höhe verstellt werden, sodass für besonders hohe Unebenheiten ein ausreichender Federweg vorhanden ist. In the 3 shown rub 400 represents in their dimensions a significant impairment of the driving behavior and comfort behavior of the vehicle to which the arrangement according to the invention should react in a suitable manner by regulating the suspension. Through the light runtime camera 210 . 220 Both the distance and height and possibly volume of unevenness are determined. By taking several successive depth images, it is still possible, the dimension of the unevenness or of the object 400 and also to estimate the speed of the object in the direction of the vehicle and to determine a possible point of impact with a wheel or the vehicle. If the object exceeds a dangerous dimension, so that a collision of the vehicle with the object is to be feared, it is also provided according to the invention, for example, to alert the driver or, if necessary, intervene in safety functions of the vehicle. Otherwise, it is sufficient to make appropriate settings on the chassis or an active suspension without alarm. Based on the determined dimensions of the object or the unevenness 400 For example, the damping factors of the chassis can be adjusted so that occupants in the vehicle have to suffer little loss of comfort, and in any case should always be ensured that the wheels maintain sufficient contact with the ground and on the other hand, no overloading or puncture of the chassis is to be feared , As an additional measure, if necessary, the chassis can be adjusted in height, so that for particularly high bumps sufficient spring travel is available.

Vorzugsweise ist die Optik 25 als Teleobjektiv ausgestaltet, um eine möglichst hohe laterale Auflösung zu erhalten. Preferably, the optics 25 designed as a telephoto lens to obtain the highest possible lateral resolution.

4a zeigt schematisch eine optische Abbildung einer Unebenheit 400 über eine Linse bzw. ein Linsensystem 25 auf den Lichtlaufzeitsensor 22 der Lichtlaufzeitkamera 200 und 4b einen der optischen Abbildung entsprechenden Signal- bzw. Distanzverlauf am Lichtlaufzeitsensor 22. Über die Fläche des Lichtlaufzeitsensors 22 bildet sich zwischen den Punkten u und v zunächst eine ebene Fahrbahn 450 ab. Im Distanzdiagramm gemäß 4b stellt sich die Fahrbahnebene 450 als ansteigende Distanz d dar. Die Unebenheit 400, die sich zwischen den Punkten v und w aufspannt, stellt quasi eine Unterbrechung in der stetig ansteigenden Distanz des Fahrbahnprofils dar. Im Distanzdiagramm nimmt im Bereich der Unebenheit die Entfernung d nur unwesentlich zu. An der Höhenkante w der Unebenheit 400 wird hingegen wieder die Fahrbahn 450 hinter der Unebenheit 400 erkannt und die Distanz springt auf einen höheren Entfernungswert d um hiernach bis zum Ende des Erfassungsbereichs stetig anzusteigen. Unebenheiten 400 können somit in erster Näherung anhand von Sprungstellen im Distanzbild erkannt werden. 4a schematically shows an optical image of a bump 400 via a lens or a lens system 25 on the light transit time sensor 22 the light runtime camera 200 and 4b one of the optical image corresponding signal or distance profile at the light transit time sensor 22 , Over the surface of the light transit time sensor 22 Forms between the points u and v initially a flat roadway 450 from. In the distance diagram according to 4b the road level turns 450 as increasing distance d dar. The unevenness 400 , which spans between the points v and w, represents an interruption in the steadily increasing distance of the roadway profile. In the distance diagram, the distance d only increases insignificantly in the area of unevenness. At the height edge w of the unevenness 400 on the other hand, the road becomes the road again 450 behind the rub 400 and the distance jumps to a higher distance value d in order to rise steadily thereafter until the end of the detection range. bumps 400 can thus be recognized as a first approximation by means of discontinuities in the distance image.

5 zeigt eine weitere Variante bei der im Vorderbereich des Fahrzeugs vier Lichtlaufzeitkameras 210, 220, 230, 240 angeordnet sind. Die erste und zweite Lichtlaufzeitkamera 210, 220 erfasst jeweils einen Fernbereich in der verlängerten Fahrspur des Fahrzeugs und die dritte und vierte Lichtlaufzeitkamera 230, 240 jeweils einen Nahbereich E3, E4 unmittelbar vor den Rädern des Fahrzeugs. 5 shows a further variant in the front of the vehicle four Lichtlaufzeitkameras 210 . 220 . 230 . 240 are arranged. The first and second time of flight camera 210 . 220 detects each a long range in the extended lane of the vehicle and the third and fourth time of flight camera 230 . 240 each a short-range E3, E4 immediately in front of the wheels of the vehicle.

6 zeigt eine Seitenansicht der Anordnung gemäß 5. Im dargestellten Fall wird im Fernbereich einer Lichtlaufzeitkamera 210, 220 eine Unebenheit 400 erfasst. Zu einem späteren Zeitpunkt hat diese Unebenheit 400 den Nahbereich der dritten oder vierten Lichtlaufzeitkamera 230, 240 erreicht. Durch die zweite Erkennung im Nahbereich können beispielsweise die Dimensionen, insbesondere Höhe und Volumen der Unebenheit, erneut bestimmt werden und das Fahrwerk gegebenenfalls weiter angepasst werden. 6 shows a side view of the arrangement according to 5 , In the case shown becomes in the long-range of a light time camera 210 . 220 a rub 400 detected. At a later date, this bumpiness has 400 the close range of the third or fourth light runtime camera 230 . 240 reached. For example, the dimensions, in particular the height and volume of the unevenness, can be determined anew by the second recognition in the near range, and the landing gear can be adapted further if necessary.

7 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einer globalen Lichtlaufzeitkamera 200, die nicht nur einen voraus liegenden Fahrspurbereich, sondern einen größeren Fernbereich erfasst. Ferner ist eine weitere Lichtlaufzeitkamera 210 vorgesehen die einen Nahbereich über die gesamte Fahrzeugbreite erfasst. Zumindest die Beleuchtung für den Fernbereich ist in einer separaten modulierbaren Beleuchtung 100 angeordnet, die Beleuchtung für den Nahbereich kann gegebenenfalls auch in der Lichtlaufzeitkamera 210 integriert sein. Wie in den vorgenannten Beispielen kann im Fernbereich sowohl das Fahrbahnprofil als auch Unebenheiten vorzugsweise in voraus liegendem Spurbereich erfasst werden, darüber hinaus bietet die Fernbereichserfassung auch die Möglichkeit vorausfahrende Fahrzeuge oder Hindernisse zu erfassen. Der Nahbereich der von der ersten Lichtlaufzeitkamera 210 erfasst wird, ist im dargestellten Bereich in drei Bereiche aufgeteilt, wobei ein erster und zweiter Bereich jeweils die voraus liegende Fahrspur des Fahrzeugs erfasst und ein dritter Bereich einen mittleren Bereich vor dem Fahrzeug erfasst. Der erste und zweite Bereich dient zur Verifizierung der Unebenheiten, wie es in den vorgenannten Beispielen dargestellt wurde. Der dritte Bereich dient vornehmlich der Erfassung von Unebenheiten oder Objekten, die eine Kollisionsgefahr darstellen. 7 shows another embodiment with a global time of flight camera 200 which detects not only a forward lane area but a larger far-end area. Furthermore, another light time camera 210 provided that detects a close range over the entire vehicle width. At least the lighting for the long-range is in a separate modulated lighting 100 If necessary, the lighting for the close range can also be used in the light-time camera 210 be integrated. As in the above examples, both the lane profile and unevenness in the long-range area can preferably be detected in a preceding lane area, moreover, the long-range area detection system also offers the possibility of detecting vehicles or obstacles ahead. The close range of the first light runtime camera 210 is detected in the area shown divided into three areas, wherein a first and second area respectively detects the lane ahead of the vehicle and a third area detects a central area in front of the vehicle. The first and second areas are used to verify the unevenness, as shown in the examples above. The third area primarily serves to detect unevenness or objects that pose a collision hazard.

In einer weiteren Ausgestaltung gemäß 8 sind die Überwachungsbereiche der ersten und zweiten Lichtlaufzeitkamera 210, 220 derart ausgelegt, dass beide Überwachungsbereiche überlappen und insbesondere beide Lichtlaufzeitkameras 210, 220 jeweils auch die andere Fahrspur mit erfassen. So ist es vorteilhaft möglich, zwei Distanz- und Profilinformationen über eine Unebenheit 400 im gemeinsamen Erfassungsbereich zu erhalten. In a further embodiment according to 8th are the monitoring areas of the first and second time of flight cameras 210 . 220 designed in such a way that both monitoring areas overlap and in particular both light cycle time cameras 210 . 220 in each case also capture the other lane. So it is advantageously possible, two distance and profile information about a bump 400 in the common coverage area.

In 9 ist dieses Vorgehen schematisch dargestellt. Die Unebenheit 400 wird im überlappenden Überwachungsbereich E1, E2 von der ersten und zweiten Lichtlaufzeitkamera 210, 220 erfasst. Beide Lichtlaufzeitkameras 210, 220 ermittelt einen Distanzvektor d1, d2 der einen Abstand und eine Richtung der Unebenheit 400 kennzeichnet. Bereits ein Distanzvektor wäre für eine Klassifizierung und Bestimmung des Objekts bzw. der Unebenheit 400 ausreichend. Durch die Erfassung mittels einer zweiten Lichtlaufzeitkamera wird jedoch die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Objektklassifizierung beispielsweise im Hinblick auf die Abmessungen des Objektes, insbesondere Volumen und Höhe, verbessert. Durch diese zusätzliche Information kann insbesondere auch die Fahrwerkseinstellung genauer angepasst werden und eine Gefahrensituation besser erkannt werden. In 9 this procedure is shown schematically. The rub 400 is in the overlapping monitoring area E1, E2 of the first and second light runtime camera 210 . 220 detected. Both light time cameras 210 . 220 determines a distance vector d1, d2 of a distance and a direction of the unevenness 400 features. Even a distance vector would be for a classification and determination of the object or the unevenness 400 sufficient. However, the detection by means of a second time of flight camera improves the reliability and accuracy of object classification, for example with regard to the dimensions of the object, in particular volume and height. By this additional information, in particular, the suspension setting can be adjusted more accurately and a dangerous situation can be better detected.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit zusätzlich zu den Distanzbildern Amplitudenbilder bzw. Grauwertbilder der Lichtlaufzeitsensoren 210, 220 heranzuziehen, um ein Stereobild des gemeinsamen Erfassungsbereichs zu gewinnen. In bekannter Weise lässt sich aus den Disparitäten der beiden Bilder eine Objektposition gewinnen. In addition, there is also the possibility in addition to the distance images amplitude images or gray scale images of the light transit time sensors 210 . 220 to obtain a stereo image of the common coverage area. In a known manner, an object position can be obtained from the disparities of the two images.

Selbstverständlich kann das Stereobild auch durch zusätzlich vorhandene 2D-Kameras gewonnen werden. Of course, the stereo image can also be obtained by additionally existing 2D cameras.

10 zeigt eine weitere Anordnung mit mindesten einer Lichtlaufzeitkamera 210, 220 in einer erhöhten Position am Fahrzeug. Analog zu dem Aufbau gemäß 3 sind die Lichtlaufzeitkameras 210, 220 mit einem Steuergerät 300 verbunden, dass anhand der erfassten Fahrbahneigenschaften auf das Regelsystem 310 und aktive Federung 320 einwirkt. Die Lichtlaufzeitkameras 210, 220 können beispielsweise in einem oberen Bereich der Windschutzscheibe angeordnet sein. Entsprechend dem Beispiel gemäß 7 wird die Beleuchtung 100 für die Lichtlaufzeitkameras 210, 220 vorteilhaft im vorderen Bereich des Fahrzeugs angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, Lichtlaufzeitkamera 210, 220 und Beleuchtung 100 in einer erhöhten Position anzuordnen. 10 shows a further arrangement with at least one light time camera 210 . 220 in an elevated position on the vehicle. Analogous to the structure according to 3 are the light time cameras 210 . 220 with a control unit 300 connected to that based on the detected lane properties on the control system 310 and active suspension 320 acts. The light time cameras 210 . 220 For example, they may be located in an upper area of the windshield. According to the example according to 7 will the lighting 100 for the time of day cameras 210 . 220 advantageously arranged in the front region of the vehicle. However, it is also conceivable, light-time camera 210 . 220 and lighting 100 to arrange in an elevated position.

Durch die erhöhte Anordnung lässt sich vorteilhaft der Erfassungsbereich der Lichtlaufzeitkamera 210, 220 auf einem Fern- und Nahbereich ausdehnen, so dass ein Objekt bzw. eine Unebenheit 400 durchgängig von einer Lichtlaufzeitkamera 210, 220 über alle Abstände erfasst werden kann. The increased arrangement can be advantageous the detection range of the light time camera 210 . 220 expand on a far and near area, leaving an object or a bump 400 consistently from a light runtime camera 210 . 220 can be detected over all distances.

11 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung, bei der die Lichtverteilung B der Beleuchtung 100 eine Asymmetrie aufweist. Die Lichtverteilung B zeigt vorzugsweise auf der dem Gegenverkehr abgewandten Seite eine höhere Intensität auf, so dass insbesondere ein Randbereich der Fahrbahn stärker und mit hoher Reichweite beleuchtet wird. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass Hindernisse 400 im Randbereich der Fahrbahn frühzeitig erfasst und erkannt werden können. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erlaubt es insbesondere Randsteine 420, Leitplanken, Gräben, Gulli-Vertiefungen 410 und ähnliches zu erkennen. 11 shows a preferred embodiment, in which the light distribution B of the illumination 100 has an asymmetry. The light distribution B preferably has a higher intensity on the side facing away from oncoming traffic, so that in particular an edge region of the roadway is illuminated more strongly and with a high range. This approach has the advantage of being obstacles 400 can be detected and detected early in the edge region of the roadway. The embodiment of the invention allows in particular curbs 420 , Guardrails, trenches, gulli depressions 410 and to recognize something similar.

Das Steuergerät 300 könnte vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass bei einer Lenkung des Fahrzeugs in Richtung des Fahrbahnrandes neben einer Fahrwerksanpassung auch ein Warnsignal an den Fahrer abgeben wird. Zudem kann es auch vorgesehen sein, in das Lenksystem des Fahrzeugs einzugreifen, indem beispielsweise die Lenkung des Fahrzeugs in Richtung eines kritischen Randbereichs der Fahrbahn erschwert wird. The control unit 300 could preferably be designed so that in a steering of the vehicle in the direction of the edge of the road in addition to a suspension adjustment will also give a warning signal to the driver. In addition, it can also be provided to intervene in the steering system of the vehicle, for example, by making the steering of the vehicle in the direction of a critical edge region of the roadway more difficult.

In einer weiteren Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug ausgehend von einer erkannten Fahrbahngrenze in einem ausreichenden Abstand vom Fahrbahnrand geführt wird, so dass ein Durchfahren von Unebenheiten 400 am Fahrbahnrand, insbesondere Gulli-Vertiefungen 410 vermieden wird. In a further embodiment, it may also be provided that the vehicle is guided on a recognized roadway boundary at a sufficient distance from the edge of the roadway, allowing a passing through of bumps 400 on the roadside, in particular Gulli depressions 410 is avoided.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, das Beleuchtungslicht polarisiert abzustrahlen. Insbesondere bei feuchten Fahrbahnoberflächen besteht die Gefahr, dass das Beleuchtungslicht nicht von der Fahrbahnoberfläche zurück in Richtung Empfänger reflektiert wird, sondern am Wasserfilm vom Empfänger weg. Die Reflektion lässt sich vorzugsweise durch ein senkrecht polarisiertes Licht verringern. Vorzugsweise ist auch die Lichtlaufzeitkamera 210, 220 für den Empfang eines senkrecht polarisierten Lichts optimiert, wodurch sich ein Signal-Rausch-Verhältnis weiter verbessern lässt. Der genaue Polarisationswinkel ist vorzugsweise für die jeweils vorliegende Anordnung von Beleuchtung 100 und Lichtlaufzeitkamera 200, 210, 220 zu optimieren.In a further embodiment, it is proposed to emit the illumination light polarized. Especially with wet road surfaces there is a risk that the illumination light is not reflected from the road surface back towards the receiver, but away from the receiver on the water film. The reflection can preferably be reduced by a perpendicularly polarized light. Preferably, the light runtime camera is also 210 . 220 optimized for the reception of a vertically polarized light, whereby a signal-to-noise ratio can be further improved. The exact polarization angle is preferably for the particular arrangement of illumination 100 and light-time camera 200 . 210 . 220 to optimize.

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Claims (6)

System zur Erfassung eines Fahrbahnprofils, bei dem an einer Vorderseite eines Fahrzeugs mindestens zwei PMD-Lichtlaufzeitkameras (210, 220, 230, 240) angeordnet sind, mit einem Steuergerät, das mit den mindestens zwei Lichtlaufzeitkameras (200, 210, 220) verbunden ist und ein Fahrbahnprofil und/oder Abstand und Abmessungen von Unebenheiten (400) ermittelt und auf dieser Grundlage Komponenten (310, 320) des Fahrzeugs ansteuert, wobei mindestens zwei Lichtlaufzeitkameras (210, 220), einen überlappenden Erfassungsbereich E1, E2 aufweisen und beide Lichtlaufzeitkameras beide Fahrspuren überwachen. A system for detecting a lane profile, in which at least two PMD time-of-flight cameras ( 210 . 220 . 230 . 240 ) are arranged, with a control unit that with the at least two light time cameras ( 200 . 210 . 220 ) and a roadway profile and / or distance and dimensions of bumps ( 400 ) and on this basis components ( 310 . 320 ) of the vehicle, wherein at least two light cycle cameras ( 210 . 220 ), have an overlapping detection range E 1 , E 2 , and both light cycle cameras monitor both lanes. System nach Anspruch 1, bei dem das Steuergerät derart ausgelegt ist, dass die Abstände und Abmessungen von Unebenheiten (400) anhand von Distanzwerten und einer Disparität beider Lichtlaufzeitkameras (210, 220) ermittelt werden. System according to claim 1, wherein the control unit is designed such that the distances and dimensions of unevenness ( 400 ) based on distance values and a disparity of both time-of-flight cameras ( 210 . 220 ) be determined. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Steuergerät (300) in ein Regelsystem (310) einer aktiven Federung (320) unter Berücksichtigung des erkannte Fahrbahnprofils und/oder der erkannten Unebenheiten eingreift. System according to one of the preceding claims, in which the control unit ( 300 ) into a control system ( 310 ) of an active suspension ( 320 ) intervening in consideration of the recognized roadway profile and / or the detected bumps. Verfahren zum Betreiben eines vorgenannten Systems zur Erfassung eines Fahrbahnprofils, bei dem ein Fahrbahnprofil sowie Abstand und Abmessungen von Unebenheiten (400) ermittelt und auf dieser Grundlage Komponenten (310, 320) des Fahrzeugs ansteuert werden. Method for operating an aforementioned system for detecting a roadway profile, in which a roadway profile and the distance and dimensions of unevenness ( 400 ) and on this basis components ( 310 . 320 ) of the vehicle are controlled. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem in Abhängigkeit eines erkannten Fahrbahnprofils und/oder in Abhängigkeit des Abstands und Abmessung einer Unebenheit (400), mindestens eine Eigenschaft einer aktiven Federung (320) eingestellt wird. Method according to Claim 4, in which, as a function of a recognized roadway profile and / or as a function of the distance and dimension of a unevenness ( 400 ), at least one characteristic of an active suspension ( 320 ) is set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, bei dem für jede Fahrspur ein Fernbereich und ein Nahbereich vorausschauend mit einer Lichtlaufzeitkamera (210, 220, 230, 240) erfasst wird, und bei einer im Fernbereich erfassten Unebenheit (400) eine Voreinstellung der aktiven Federung (320) vorgenommen wird, und ein abschließende Einstellung der aktiven Federung (320) erfolgt, sobald die erkannte Unebenheit (400) im Nahfeld erfasst wird. Method according to one of the preceding method claims, in which, for each traffic lane, a long-range and a short-range area are provided with a time-of-flight camera ( 210 . 220 . 230 . 240 ) and in the case of a roughness ( 400 ) a presetting of the active suspension ( 320 ) and a final adjustment of the active suspension ( 320 ) takes place as soon as the detected unevenness ( 400 ) is detected in the near field.
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