DE102013221696A1

DE102013221696A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Höhenverlaufes einer vor einem Fahrzeug liegenden Straße

Info

Publication number: DE102013221696A1
Application number: DE201310221696
Authority: DE
Inventors: Oliver Heim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2015-04-30
Also published as: US9598086B2; CN104554275B; CN104554275A; US20150120153A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (300) zum Ermitteln eines Höhenverlaufes (115) einer vor einem Fahrzeug (100) befindlichen Straße (120). Dabei umfasst das Verfahren (300) einen Schritt des Einlesens (310) eines von einem Bildsensor (130a, 130b) gelieferten Bewegungsverlaufes eines Objekts (125), wobei der Bewegungsverlauf als eine Mehrzahl von Bildern (140A, 140B) eingelesen wird und des Einlesens zumindest eines Parameters (172, 140B) bezüglich des Objekts (125) von einem vom Bildsensor (130A, 130B) unabhängigen Parametersensor (170, 130B). Ferner umfasst das Verfahren (300) einen Schritt des Bestimmens (320) des Höhenverlaufs (115) der vor dem Fahrzeug (100) befindlichen Straße (120) unter Verwendung zumindest einer vertikalen Position des Objektes (125) im Bild (140A, 140B) und dem Parameter (140B, 172), um den Höhenverlauf (115) der vor dem Fahrzeug (100) befindlichen Straße (120) zu ermitteln.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln eines Höhenverlaufes einer vor einem Fahrzeug befindlichen Straße, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Aktive Fahrerassistenzsysteme, die mittels Radar oder Video (Stereo oder Mono), autonom in Gefahrensituationen bremsen (PSS) oder die Fahrgeschwindigkeit regeln (ACC), kommen in immer mehr Fahrzeugen zum Einsatz.
Ein großer Vorteil von den mittlerweile weitverbreiteten oder serienmäßig in Fahrzeugen verbauten Stereo-Videosystemen oder Systemen bestehend aus einem Radar und einer Mono-Videokamera gegenüber reinen Radarsystemen ist darin zu sehen, dass nicht nur der frontale Abstand zu Objekten und deren horizontaler Winkel, sondern auch räumliche Abmessungen des Objektes (wie beispielsweise eine Größe des Objektes) oder ein Abstand des Objektes zu einem Fahrzeug oder einem anderen Referenzpunkt gemessen werden kann. Dies kann für unterschiedliche Sicherheits- oder Komfortfunktionen eingesetzt werden.
Die DE 10 2004 017 115 A1 beschreibt ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung für ein Fahrzeug mit automatischem oder automatisiertem Getriebe.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines Höhenverlaufes einer vor einem Fahrzeug befindlichen Straße, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Ermitteln eines Höhenverlaufes einer vor einem Fahrzeug befindlichen Straße, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

– Einlesen eines von einem Bildsensor gelieferten Bewegungsverlaufes eines Objekts, wobei der Bewegungsverlauf als eine Mehrzahl von Bildern eingelesen wird und Einlesen zumindest eines Parameters bezüglich des Objekts von einem vom Bildsensor unabhängigen Parametersensor; und
– Bestimmen des Höhenverlaufs der vor dem Fahrzeug befindlichen Straße unter Verwendung zumindest einer vertikalen Position des Objektes im Bild und dem Parameter, um den Höhenverlauf der vor dem Fahrzeug befindlichen Straße zu ermitteln.

Unter einem Höhenverlauf kann beispielsweise ein räumlicher Verlauf einer topographischen Höhe verstanden werden, über die eine Straße führt, insbesondere auf der das Fahrzeug zukünftig fahren wird. Der Höhenverlauf umfasst dabei mehrere Punkte bzw. eine Abfolge von Stützstellen in je einem unterschiedlichen Abstand vor dem Fahrzeug, denen jeweils eine topographische Höhe, entweder absolut oder in Relation zu einer aktuellen topographischen Höhe, auf der sich das Fahrzeug befindet, zugeordnet ist. Unter einem Bewegungsverlauf kann eine Trajektorie eines Objektes (das heißt eine Veränderung der Position des Objektes) in mehreren aufeinanderfolgend aufgenommenen Bildern verstanden werden. Unter einem Parameter kann ein Wert verstanden werden, der eine Eigenschaft des Objekts oder eine Relation des Objekts zu einem anderen Objekt wie einem Fahrzeug. Unter einem Bildsensor kann beispielsweise ein Sensor verstanden werden, der ein zweidimensionales optisch erfassbares Abbild des Objekts liefert. Unter einem Parametersensor kann beispielsweise ein Sensor verstanden werden, der ebenfalls ein zweidimensionales optisch erfassbares Abbild des Objekts liefert oder der beispielsweise unter Verwendung einer hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung (beispielsweise einer Radarstrahlung) eine Information über das Objekt oder den Abstand des Objekts zum Fahrzeug liefert.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass ein Höhenverlauf einer von dem Fahrzeug befindlichen Straße durch die vorteilhafte Auswertung oder Verknüpfung von Daten von mehreren kostengünstig verfügbaren Sensoren möglich wird. Hierbei kann der Ausfall eines satellitengestützten Ortungssystems oder das Fehlen einer geeigneten Karte für den Bereich, in dem sich das Fahrzeug aktuell befindet, mit technisch einfachen Mitteln kompensiert werden. Der Höhenverlauf der vor dem Fahrzeug befindlichen Straße lässt sich dabei unter Verwendung von zumindest eines optisch erfassten Bildes des Objekts und einem Abstand des Objekts vom Fahrzeug bestimmen, wobei der Abstand des Objekts vom Fahrzeug beispielsweise von einem speziellen Abstandsensor wie einem Radarsensor oder aus einer Stereokamera bereitgestellt werden kann.
Vorteilhaft ist der hier vorgestellte Ansatz insbesondere dadurch, dass er durch technisch einfach umsetzbare Verknüpfung von meist bereits vorhandenen Daten oder Signalen weitere Informationen über ein topographisches Höhenprofil liefert, welches als Ersatz oder zur Verifikation eines Kartenmaterials für ein von dem Fahrzeug aktuell befahrenes Gebiet bietet. Auch kann durch den hier vorgestellten Ansatzes auf sehr einfache Weise ein Ausfall des satellitengestützten Ortungssystems zumindest teilweise kompensiert werden.
Günstig ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Schritt des Einlesens der Parameter von einem Radarsensor eingelesen wird, insbesondere wobei als Parameter ein Abstand des Objektes von dem Fahrzeug eingelesen wird. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass ein in modernen Fahrzeugen meist bereits serienmäßig verbauter Radarsensor eine hochgenaue Information, insbesondere über den Abstand des Objekts von dem Fahrzeug liefert, sodass die Bestimmung des Höhenverlaufs ebenfalls sehr präzise ermittelt werden kann.
Denkbar ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Schritt des Einlesens der Parameter von einem weiteren Bildsensor eingelesen wird, insbesondere der zusammen mit dem Bildsensor eine Stereo-Kamera im Fahrzeug bildet. Auch eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass mit in modernen Fahrzeugen oftmals bereits serienmäßig verfügbaren Komponenten eine sehr präzise Bestimmung des Höhenverlaufs einer vor dem Fahrzeug befindlichen Straße möglich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Einlesens ein Bewegungsverlauf eines vor dem Fahrzeug fahrenden Fremdfahrzeugs als Objekt eingelesen werden und wobei als Parameter ein Parameter bezüglich des Fremdfahrzeugs als Objekt eingelesen werden kann. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass ein vor dem (Ego-)Fahrzeug fahrendes Fremdfahrzeug meist gut als solches erkannt werden kann, sodass eine eindeutige Ermittlung eines Referenzpunkts für die Bestimmung des Höhenverlaufs möglich ist. Die Bewegung dieses Fremdfahrzeugs kann dabei beispielsweise unter Auswertung einer Dopplerverschiebung eines Radarsignals und/oder unter Auswertung der Farbe von Lichtern dieses Fremdfahrzeugs identifiziert werden.
Besonders günstig ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Schritt des Bestimmens der Höhenverlauf unter Verwendung eines Abstandes von einer Kante des Objektes in zwei zeitlich nacheinander aufgenommenen Bildern des Objektes aus dem Bewegungsverlauf und/oder aus einem Abstand des Objektes von Fahrzeug bestimmt wird. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine schaltungstechnisch oder numerisch sehr einfach zu realisierende Umsetzung der Bestimmung des Höhenverlaufs möglich ist.
Besonders präzise kann ein Höhenverlauf dargestellt werden, wenn im Schritt des Bestimmens der Höhenverlauf unter Verwendung einer Neigungsinformation bestimmt wird, wobei die Neigungsinformation einer Neigung des Fahrzeugs um eine Nickachse repräsentiert. Insbesondere dann, wenn das (eigene) Fahrzeug über einen schrägen Bereich der Straße fährt, kann diese aktuelle Neigung des eigenen Fahrzeugs bei der Bestimmung des Höhenverlaufs der Straße mitberücksichtigt werden, sodass dieser zu bestimmende Höhenverlauf sehr präzise ermittelt werden kann.
Eine Bestimmung eines Höhenverlaufs auf der Basis von besonders kleinen Bereichen in einem Bild kann zu einer ungenauen Bestimmung dieses Höhenverlaufs führen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann daher im Schritt des Bestimmens der Höhenverlauf unter Verwendung einer Fläche des Objektes bestimmt wird, insbesondere wobei der Höhenverlauf unter Verwendung einer Änderung der Fläche des Objektes bestimmt wird. Unter einer Fläche des Objekts kann beispielsweise eine Fläche verstanden werden, durch die das Objekt im Bild repräsentiert ist. Diese Fläche kann beispielsweise eine Querschnittsfläche des Objekts sein, die vom Bildsensor aus dem Blickwinkel des Bildsensors in Richtung Objekt erfasst wird. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Veränderung der Fläche des Objekts wesentlich präziser ermittelt werden kann, als beispielsweise eine Verschiebung einer schmalen Linie in einem Bild. Zugleich bietet eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch den Vorteil, dass das Objekt noch zur Bestimmung des Höhenverlaufs verwendet werden kann, wenn Teile des Objekts durch Unebenheiten des Bodens bzw. der Straße bereits verdeckt sind.
Ferner schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

– die Schritte des Verfahrens zum Ermitteln eines Höhenverlaufes einer vor einem Fahrzeug liegenden Straße entsprechend einer Variante des hier vorgestellten Ansatzes; und
– Bereitstellen eines Getriebeschaltsignals, wenn im ermittelten Höhenverlauf in einer vorbestimmten Entfernung vom Fahrzeug eine topografische Höhe ermittelt wurde, die in einer vorbestimmten Beziehung zur topografischen Höhe in der aktuellen Position des Fahrzeugs steht und/oder Regeln eines Abstandes zwischen dem Fahrzeug und einem Fremdfahrzeug unter Verwendung des ermittelten Höhenverlaufs und/oder Regeln einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter Verwendung des ermittelten Höhenverlaufs.

Unter einem Getriebeschaltsignal kann beispielsweise ein Signal verstanden werden, welches direkt als an Steuersignal für ein Getriebe verwendbar ist, oder welches als (beispielsweise optische oder akustische) Information für einen Fahrer des Fahrzeugs verwendbar ist, das Fahrzeug in einem bestimmten Gang zu fahren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Schritt des Ansteuerns eines Getriebes mit dem Getriebeschaltsignal vorgesehen sein, wobei das Getriebe derart angesteuert wird, dass eine Kraftübertragung von einem Motor des Fahrzeugs an zumindest ein Rad des Fahrzeugs unterbrochen wird, wenn eine Differenz zwischen der in dem vorbestimmten Abstand aus dem ermittelten Höhenverlauf ermittelten topografischen Höhe und der topografischen Höhe an der aktuellen Position des Fahrzeugs größer als ein Schwellwert ist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass auch in Situationen ohne Datenempfang eines satellitengestützten Ortungssystems und/oder ohne eine Karte des vom Fahrzeug aktuell befahrenen Gebietes eine sehr energieeffiziente Fahrweise des Fahrzeugs komfortabel ermöglicht wird.
Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Vorrichtung zum Ermitteln eines Höhenverlaufes einer vor einem Fahrzeug befindlichen Straße, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:

– eine Schnittstelle zum Einlesen eines von einem Bildsensor gelieferten Bewegungsverlaufes eines Objekts, wobei der Bewegungsverlauf in einer Mehrzahl von Bildern eingelesen wird und zum Einlesen zumindest eines Parameters bezüglich des Objekts von einem vom Bildsensor unabhängigen Parametersensor; und
– eine Einheit zum Bestimmen des Höhenverlaufes der vor dem Fahrzeug befindlichen Straße unter Verwendung einer vertikalen Position des Objektes im Bild und dem Parameter, um den Höhenverlauf der vor dem Fahrzeug befindlichen Straße.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Insofern schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einer hier vorgestellten Variante, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines auf einer Straße fahrenden Fahrzeugs mit einer als Blockschaltbild dargestellten Vorrichtung zum Ermitteln eines Höhenverlaufs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B je eine schematische Darstellung unterschiedlicher Bilder für eine Auswertungsmöglichkeit der Erkennung eines topografischen Verlaufes einer Straße bei Gefälle mit der Steigung α vor dem Fahrzeug; und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln eines Höhenverlaufs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer als Blockschaltbild dargestellten Vorrichtung 110 zum Ermitteln eines Höhenverlaufs 115. Der Höhenverlauf 115 kann als Höhenprofil einer Straße 120 verstanden werden, auf der das Fahrzeug 100 in einem zukünftigen Zeitfenster fahren wird. Auf der Straße 120 ist in 1 ein Fremdfahrzeug 125 dargestellt, welches gerade eine Steigung der Straße 120 vor dem eigenen (Ego-)Fahrzeug 100 befährt. Um nun den (topographischen) Höhenverlauf 115 auf der Straße 120 zu erfassen, weist die Vorrichtung 110 zumindest zwei voneinander unabhängige Sensoren auf. Die Sensoren sind dabei insoweit unabhängig, als das die von ihnen gemessene Größe in jedem Sensor unabhängig von der im anderen Sensor gemessenen Größe erfasst werden kann. Die Vorrichtung 110 umfasst dabei gemäß der Darstellung aus 1 eine Stereokamera 130, die jeweils zwei voneinander unabhängig aufnehmende (Mono-)Kameras 130A und 130B aufweist. Die Bilder 140A bzw. 140B jeder der beiden Kameras 130A und 130B können dann über eine (Einlese-)Schnittstelle 132 in eine Einrichtung 135 zum Bestimmen übertragen werden und dahingehend ausgewertet werden, dass in der Einrichtung 135 zum Bestimmen die Position des Fremdfahrzeugs 125 sowohl vom Abstand her als auch in Bezug auf eine topographische Höhe 137 gegenüber einer aktuellen topographischen Höhe 138 des Fahrzeugs 100 bestimmt wird. Wird die Bestimmung der topographischen Höhe 137 des Fremdfahrzeugs 125 innerhalb eines Zeitfensters mehrfach nacheinander ausgeführt, lässt sich der Höhenverlauf 115 als Kette von topographischen Höhenstellen 137 bestimmen und dieser ermittelte Höhenverlauf 115 für das Fahrzeug 100 für weitere Funktionen verwenden. Beispielsweise kann ein auf dem ermittelten Höhenverlauf 115 basierendes Getriebeschaltsignal 145 von der Einrichtung 135 zum Bestimmen (oder einer entsprechend ausgebildeten Untereinheit) ausgegeben werden, welches an einer Anzeigeeinheit 150 einem in der 1 nicht dargestellten Fahrer des Fahrzeugs 100 eine Information über eine günstige Gangwahl oder welches als Steuersignal für ein (beispielsweise Automatik-)Getriebe 155 verwendbar ist. Beispielsweise kann im Getriebe 155 auf der Basis des Getriebeschaltsignals 145 eine Trennung der Übertragung einer Kraft von einem Motor 160 des Fahrzeugs auf zumindest ein Rad 165 des Fahrzeugs erfolgen. Auch ist es denkbar, dass das Getriebesignal 145 bei einem Elektrofahrzeug direkt an den Motor 160 übertragen wird und zur Steuerung des Drehmoments oder der Leistungsabgabe des Motors 160 an die Räder 165 (nun beispielsweise ohne Vermittlung des Getriebes 155) verwendet wird. Insofern braucht das Getriebeschaltsignal 145 nicht nur ein Signal zur Steuerung des Getriebes 155 oder zur Anzeige einer bevorzugten Gangwahl auf einen Fahrer des Fahrzeugs 100 verstanden werden, sondern es kann auch direkt als Steuersignals für den Motor verstanden werden. Auch kann mit dem Getriebeschaltsignal 145 das Getriebe 15 oder der Motor 160 derart angesteuert werden, dass beispielsweise das Fahrzeug 100 eine vorgegebene Geschwindigkeit innerhalb eines Toleranzbereichs hält und/oder das das Fahrzeug 100 einen vorgegebenen Abstand zum Fremdfahrzeug 125 innerhalb eines Toleranzbereichs hält.
Zusätzlich oder alternativ zu einer der Kameras 130A bzw. 130B kann die Vorrichtung 110 zum Ermitteln des Höhenverlaufs 115 auch einen Radar- und/oder Lidarsensor 170 aufweisen, der als Parameter 172 an die Bilder bei der Kameras die Einrichtung 135 zu bestimmen einen Abstand 175 zwischen einem Vorderbereich des Fahrzeugs 100 einem Heckbereich des Fremdfahrzeugs 125 liefert. Die Einrichtung 135 zum Bestimmen kann dann eben der vorstehend beschriebenen Weise auch aus einem der Bilder 140A oder 140B der Kameras 130A oder 130B und dem Parameter 172 den Höhenverlauf 115 bestimmen.
Denkbar ist auch, dass die Einrichtung 135 zu bestimmen die Bilder beider Kameras 130A und 130B sowie dem Parameter 172 verwendet, um den Höhenverlauf 115 zu berechnen. Im Wesentlichen sollte die Einrichtung 135 zum Bestimmen zumindest ein Bild 140A einer Kamera 130A und einen weiteren Parameter erhalten, um das Höhenprofil 115 der Straße 120 zu bestimmen, wobei der Parameter nun der von dem Radar- und/oder Lidarsensor 170 gelieferte (Radar- und/oder Lidar-)Parameter 172 oder das Bild 140B der weiteren Kamera 130B repräsentiert.
Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht somit eine prädizierte Straßentopografie mittels Stereovideo oder Mono-Video und Radar- und/oder Lidarsensor. Dabei stellt das hier vorgeschlagene Verfahren eine Möglichkeit dar, den topografischen Verlauf der vorausliegenden Straße 120 aus Objektdaten (beispielsweise eines vorausfahrenden Fremdfahrzeugs 125) zu schätzen, die mittels Stereo-Video 130 oder einen Radarsensor 170 und einer Mono-Kamera 130A bzw. 130B aufgenommen wurden.
Die mittels Stereo-Video oder Mono-Video und einem Radar- und/oder Lidarsensor aufgenommenen Objektdaten 140 bzw. 172, werden verwendet, um daraus die Topografie des zukünftigen Straßenverlaufs 120 zu prädizieren. Damit kann entsprechend des vorliegenden zukünftigen Straßenverlaufs 120 die Geschwindigkeitsregelung, die Schaltung des Getriebes 155 oder Abschaltung des Verbrennungsmotors 160 während der Fahrt (insbesondere im Fall eines bei Hybridfahrzeugs als dem Fahrzeug 100) energieeffizienter gestaltet werden. Falls für bestimmte Fahrstrecken keine topografischen GPS-Daten verfügbar sind (beispielsweise aufgrund von fehlenden Karten oder bei einem gestörten GPS-Empfang), kann dadurch dennoch ein vorausschauendes energieeffizientes Fahren des Fahrzeugs ermöglicht werden.
Eine Berechnung der vorausliegenden Straßen-Topografie ohne GPS-Daten kann beispielsweise in der Einrichtung 135 zum Bestimmen durch Auswertung der vertikalen Bewegung entgegenkommender und/oder vorausfahrender Fahrzeuge 125 erfolgen.
Vorausfahrende Fahrzeuge 125 werden beispielsweise bezüglich der Änderung ihrer Ausmaße in x-Richtung (d. h. horizontale Bewegung) und y-Richtung (vertikale Bewegung) ausgewertet. Das Maß der Änderung der Fahrzeug-Ausmaße (beispielsweise bei einem Fahrzeug das „im Boden zu versinken" scheint) bzw. der Verschiebung (z. B. der Fahrzeugoberkante) in y-Richtung (dy) zwischen zwei aufgenommenen Videobildern und des dazwischen zurückgelegten Weges des vorausfahrenden Fahrzeugs entsprechend der nachfolgenden Gleichung (1) dx ≈ dEgo(t0–1) + dEgo2Target(t1) – dEgo2Target(t0) (1) gibt Aufschluss über die vorausliegende Steigungsänderung.

Dabei beschreiben die in Gleichung (1) verwendeten Variablen die folgenden Zusammenhänge:

dEgo(t0–1):	Zurückgelegte Wegstrecke des Ego-Fahrzeugs 100 zwischen
	zwei Messpunkten
dEgo2Target(t1):	Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug 125 zum Zeitpunkt
	t1
dEgo2Target(t0):	Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug 125 zum Zeitpunkt
	t0

Für entgegenkommende Fahrzeuge kann dx (bei Verwendung der gleichen Variablen wie in Gleichung (1)) wie folgt berechnet werden: dx = dEgo2Target(t0) – dEgo(t0–1) – dEgo2Target(t1)
Voraussetzung für die Verwendbarkeit ist, dass der Abstand zum Objekt bekannt ist, also entweder mittels Radarabstandsmessung 175 bestimmt wird oder aus den Stereo Videodaten 140 entnommen oder berechnet wird. Aus dem Abstand und beispielsweise einer Anzahl der Pixel, die das Objekt (beispielsweise das Fremdfahrzeug 125) im Mono-Video-Bild 140A hat, kann die reale Objektgröße errechnet werden und daraus auch die Verschiebung des Objekts in vertikaler Richtung in Metern bestimmt werden.
2A und 2B zeigen in je einer schematischen Darstellung die Auswertungsmöglichkeit der Erkennung eines topografischen Verlaufes einer Straße 120 bei Gefälle 200 mit der Steigung α (Fahrbahnneigung) vor dem (Ego-)Fahrzeug 100. Auf diesem Gefälle fährt das Fremdfahrzeug 125, welches ab einem Beginn 210 des Gefälles 200 in die Straße „abzutauchen“ scheint. In der 2A ist die Fläche des Fremdfahrzeugs 125 am Beginn 210 des Gefälles 200 zu erkennen, wie sie von einem optischen Sensor im Fahrzeug 100 aufgenommen wird. Das Fremdfahrzeug 125 erscheint dabei in einer horizontalen Abmessung xc (Ausmaße vorausfahrendes Fahrzeug in x-Richtung) und einer vertikalen Abmessung yc (Ausmaße vorausfahrendes Fahrzeug in y-Richtung). Fährt nun das Fremdfahrzeug 125 auf dem Gefälle 200 die Strecke dx (dx = zurückgelegte Wegstrecke zwischen 2 Messpunkten) weiter, wird eine Positions- bzw. Größenänderung des vorausfahrenden Fahrzeugs 125 in y Richtung von dy im Kamerabild 140 einer der Kameras 130 des Fahrzeugs 100 zu erkennen sein. Dies ist in der 2B dargestellt, wobei aus der Darstellung der 2B erkennbar ist, dass sich die das Fremdfahrzeug 125 repräsentierende Fläche 230 in negative y-Richtung verschoben hat. Dabei ist davon ausgegangen worden, dass das Fahrzeug 100 auf einem Bereich ohne Neigung α (d. h. α = 0°) steht bzw. fährt (d.h. es gilt α(Ego) =0) und somit die Änderung der Neigung bei der Erkennung des Höhenverlaufs der Straße 120 durch ein bereits auf einem geneigten Straßenabschnitt fahrenden Fahrzeug 100 nicht mitzuberücksichtigen ist (dα = α). Die Fahrzeugeigenneigung und die aus den Objektdaten 140, bzw. 172 bestimmte Steigungsänderung ergeben somit eine Schätzung für die vorausliegende Fahrbahnneigung.
Für eine Schätzung der Steigungsänderung (α(prädiziert)) zwischen dem als Objekt erkannten Fremdfahrzeug 125 und dem (eigenen Ego-)Fahrzeug 100 lassen sich dabei folgende Zusammenhänge bzw. Gleichungen verwenden: dα = arcsin(dy/dx) (2) dα + α(Ego) = α(prädiziert) (3) α(prädiziert) = arcsin(dy/dx) + α(Ego) (4)
Das unter Verwendung der vorstehenden Zusammenhänge ermittelte Höhenprofil bzw. der Höhenverlauf 115 lässt sich dann zur Steuerung des Getriebes 155 des Fahrzeugs 100 verwenden (bzw. als Information für einen Fahrer des Fahrzeugs 100). Dadurch ergeben sich unterschiedliche mögliche Betriebsstrategien für die Geschwindigkeits- und/oder Abstandskontrolle (ACC = adaptive Cruise Control = adaptive Fahrtregelung) des Fahrzeugs 100:

1. Hat das Fahrzeug 100 einen Hybridantrieb, kann der Verbrennungsmotor 160 früher ausgeschaltet werden bzw. gar nicht erst eingeschaltet werden, wenn zukünftige Steigung α der Straße 120 ausreicht, um eine zu definierende Regelabweichung (d. h. ein Unter- oder Überschreiten einer gewünschten Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 oder eines gewünschten Abstandes des Fahrzeugs 100 zum Fremdfahrzeug 125) wieder aufzuholen.
2. Handelt es sich bei dem Fahrzeug 100 um ein reines Elektrofahrzeug, kann auf eine Beschleunigung verzichtet werden, wenn eine Regelabweichung klein genug ist und die zukünftige Steigung α ausreicht, um diese Regelabweichung wieder aufzuholen.
3. Im Falle, dass das Fahrzeug 100 ein konventionelles Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 160 und einem manuell schaltbaren Getriebe ist, kann am Display 150 eine Information angezeigt werden, die angibt, dass es sinnvoll wäre, den Neutralgang einzulegen und das Fahrzeug im Segelbetrieb zu führen.
4. Ist das Fahrzeug 100 ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor 160 und Automatikgetriebe 155 mit einer Segelfunktion, kann vor einem prädizierten Hang der Segelbetrieb aktiviert werden, wenn eine zukünftige Steigung α ausreicht, um eine zu definierende Regelabweichung wieder aufzuholen.

Die vorstehend genannten Betriebsstrategien können in der Einrichtung 135 zum Bestimmen (oder beispielsweise als entsprechende Untereinheiten der Einrichtung 135 zum Bestimmen) implementiert sein und entsprechend über das Getriebeschaltsignal 145 die Ansteuerung des Getriebes 155 bzw. des Motors 160 für den gewünschten Betriebsmodus (Segelbetrieb oder Kraftschluss zwischen Motor 160 und Rad 165) vornehmen.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren 300 zum Ermitteln eines Höhenverlaufes einer vor einem Fahrzeug liegenden Straße. Das Verfahren 300 weist einen Schritt 310 des Einlesens eines von einem Bildsensor gelieferten Bewegungsverlaufes eines Objekts, wobei der Bewegungsverlauf als eine Mehrzahl von Bildern eingelesen wird und des Einlesens zumindest eines Parameters bezüglich des Objekts von einem vom Bildsensor unabhängigen Parametersensor. Weiterhin umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 320 des Bestimmens des Höhenverlaufs der vor dem Fahrzeug liegenden Straße unter Verwendung zumindest einer vertikalen Position des Objektes im Bild und dem Parameter, um den Höhenverlauf der vor dem Fahrzeug liegenden Straße zu ermitteln.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004017115 A1 [0004]

Claims

Verfahren (300) zum Ermitteln eines Höhenverlaufes (115) einer vor einem Fahrzeug (100) befindlichen Straße (120), wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte aufweist: – Einlesen (310) eines von einem Bildsensor (130a, 130b) gelieferten Bewegungsverlaufes eines Objekts (125), wobei der Bewegungsverlauf als eine Mehrzahl von Bildern (140A, 140B) eingelesen wird und Einlesen zumindest eines Parameters (172, 140B) bezüglich des Objekts (125) von einem vom Bildsensor (130A, 130B) unabhängigen Parametersensor (170, 130B); und – Bestimmen (320) des Höhenverlaufs (115) der vor dem Fahrzeug (100) befindlichen Straße (120) unter Verwendung zumindest einer vertikalen Position des Objektes (125) im Bild (140A, 140B) und dem Parameter (140B, 172), um den Höhenverlauf (115) der vor dem Fahrzeug (100) befindlichen Straße (120) zu ermitteln.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (310) des Einlesens der Parameter (172) von einem Radarsensor (170) eingelesen wird, insbesondere wobei als Parameter (172) ein Abstand (175) des Objektes (125) von dem Fahrzeug (100) eingelesen wird.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (310) des Einlesens der Parameter (140B) von einem weiteren Bildsensor (130B) eingelesen wird, insbesondere der zusammen mit dem Bildsensor (130A) eine Stereo-Kamera (130) im Fahrzeug (100) bildet.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (310) des Einlesens ein Bewegungsverlauf eines vor dem Fahrzeug (100) fahrenden Fremdfahrzeugs (125) als Objekt eingelesen wird und wobei als Parameter (172, 140B) ein Parameter bezüglich des Fremdfahrzeugs (125) als Objekt eingelesen wird.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (320) des Bestimmens der Höhenverlauf (115) unter Verwendung eines Abstandes von einer Kante des Objektes (125) in zwei zeitlich nacheinander aufgenommenen Bildern des Objektes (125) aus dem Bewegungsverlauf und/oder aus einem Abstand (175) des Objektes (125) von Fahrzeug (100) bestimmt wird.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (320) des Bestimmens der Höhenverlauf (115) unter Verwendung einer Neigungsinformation (α(Ego)) bestimmt wird, wobei die Neigungsinformation (α(Ego)) einer Neigung des Fahrzeugs (100) um eine Nickachse repräsentiert.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (320) des Bestimmens der Höhenverlauf (115) unter Verwendung einer Fläche (yc, xc) des Objektes (125) bestimmt wird, insbesondere wobei der Höhenverlauf (115) unter Verwendung einer Änderung der Fläche des Objektes (125) bestimmt wird.
Verfahren zum Betrieben eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – die Schritte des Verfahrens (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche; und – Bereitstellen eines Getriebeschaltsignals (145), wenn im ermittelten Höhenverlauf (115) in einer vorbestimmten Entfernung vom Fahrzeug (100) eine topografische Höhe ermittelt wurde, die in einer vorbestimmten Beziehung zur topografischen Höhe in der aktuellen Position des Fahrzeugs (100) steht und/oder Regeln eines Abstandes (175) zwischen dem Fahrzeug (100) und einem Fremdfahrzeug (125) unter Verwendung des ermittelten Höhenverlaufs (115) und/oder Regeln einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) unter Verwendung des ermittelten Höhenverlaufs (115).
Verfahren gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet, durch einen Schritt des Ansteuerns eines Getriebes (155) mit dem Getriebeschaltsignal (145), wobei das Getriebe (155) derart angesteuert wird, dass eine Kraftübertragung von einem Motor (160) des Fahrzeugs (100) an zumindest ein Rad (165) des Fahrzeugs (100) unterbrochen wird, wenn eine Differenz zwischen der in dem vorbestimmten Abstand aus dem ermittelten Höhenverlauf (115) ermittelten topografischen Höhe (137) und der topografischen Höhe (138) an der aktuellen Position des Fahrzeugs (100) größer als ein Schwellwert ist.
Vorrichtung (110) zum Ermitteln eines Höhenverlaufes (115) einer vor einem Fahrzeug (100) befindlichen Straße (120), wobei die Vorrichtung (110) die folgenden Merkmale aufweist: – eine Schnittstelle (132) zum Einlesen eines von einem Bildsensor (130A, 130B) gelieferten Bewegungsverlaufes eines Objekts (125), wobei der Bewegungsverlauf in einer Mehrzahl von Bildern (140A, 140B) eingelesen wird und zum Einlesen zumindest eines Parameters (172, 140B) bezüglich des Objekts (125) von einem vom Bildsensor (130A, 130B) unabhängigen Parametersensor (170); und – eine Einheit (135) zum Bestimmen des Höhenverlaufes (115) der vor dem Fahrzeug (100) befindlichen Straße unter Verwendung einer vertikalen Position des Objektes (125) im Bild (140A, 140B) und dem Parameter (140B, 172), um den Höhenverlauf (115) der vor dem Fahrzeug (100) befindlichen Straße (120).
Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird.