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Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Kamera, eine Steuer- und Auswerteeinheit sowie eine Anzeige.
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Aktuell werden sehr große Anstrengungen unternommen, um den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, zu reduzieren. Ein Ansatzpunkt besteht hierbei darin, die klassischen Außenspiegel, die typischerweise ein Gehäuse sowie eine im Gehäuse platzierte Glasscheibe mit Metallbeschichtung umfassen, durch sogenannte elektronische oder digitale Außenspiegel zu ersetzen.
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Hierzu werden kleine Kameras an der Fahrzeugkarosserie derart befestigt, dass mit diesen der rückwärtige Verkehr erfasst werden kann und die mit diesen Kameras generierten Bilddaten werden dann an zumindest einem Bildschirm im Kraftfahrzeug angezeigt. Die typischen Abmessungen solcher Kameras, oder zumindest die Abmessungen der Komponenten, die außen an der Kraftfahrzeugaußenhaut platziert werden, sind wesentlich geringer als die Abmessungen klassischer Außenspiegel, sodass auf diese Weise der Luftwiderstand und infolge dessen der Kraftstoffbedarf von Kraftfahrzeugen signifikant reduziert werden kann.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Fahrerassistenzsystem anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten.
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Ein entsprechendes Fahrerassistenzsystem ist hierbei für ein Kraftfahrzeug ausgelegt und umfasst eine Kamera, eine Steuer- und Auswerteeinheit sowie eine Anzeige. Dabei ist die Position der Kamera relativ zum Kraftfahrzeug mittels eines Verstellmechanismus verstellbar, sodass durch eine Positionsänderung der Kamera relativ zum Kraftfahrzeug auch der Erfassungsbereich der Kamera veränderbar ist.
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Mit Hilfe eines derartigen Fahrerassistenzsystems lassen sich zwei tendenziell gegenläufige Zielsetzungen verfolgen, ohne einen bisher üblichen ungünstigen Kompromiss eingehen zu müssen. Eine Zielsetzung besteht darin, den Luftwiderstand des Kraftfahrzeug zu reduzieren, was dadurch erreicht wird, dass die Kamera möglichst klein ausgeführt und möglichst eng anliegend an der Kraftfahrzeugaußenhaut positioniert oder in die Fahrzeugstruktur integriert wird.
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Dies wirkt sich jedoch meist ungünstig auf die zweite Zielsetzung aus, gemäß der der mittels der Kamera erfasste und somit überwachte Raumbereich möglichst günstig vorgegeben werden soll. Gemäß Stand der Technik wird nun ein Kompromiss dahingehend eingegangen, dass die Kamera an einer kleinen starren Halterung befestigt und somit leicht abgesetzt von der Kraftfahrzeugaußenhaut oder der Kraftfahrzeughülle positioniert wird. Dies bedingt jedoch wiederum eine Erhöhung des Luftwiderstandes, wodurch der positive Effekt, der durch das Ersetzen der klassischen Außenspiegel durch ein System aus Kameras und Bildschirm erzielt werden soll, weniger ausgeprägt ist.
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Bei einem hier vorgestellten Fahrerassistenzsystem wird daher ein anderer Lösungsansatz verfolgt, gemäß dem für die Kamera keine einfache starre Halterung sondern ein Verstellmechanismus vorgesehen ist, mit dem die Position der Kamera insbesondere situationsabhängig variierbar ist. Einige Positionen bedingen dabei einen sehr niedrigen Luftwiderstand und somit einen deutlich verringerten Kraftstoffbedarf. Andere Positionen bedingen zwar einen höheren Luftwiderstand, werden jedoch nur genutzt, wenn der daraus resultierende positionsabhängige Erfassungsbereich der Kamera in der entsprechenden Situation einen signifikanten Vorteil bietet und dadurch den jeweiligen Fahrer bei der sicheren Führung des Kraftfahrzeuges unterstützt. Im Mittel wird auf diese Weise eine höhere Kraftstoffeinsparung erreicht, als bei einer Lösung mit einer einfachen starren Halterung.
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Darüber hinaus ist das Fahrerassistenzsystem bevorzugt derart ausgestaltet und eingerichtet, dass dieses nicht nur als Ersatz für die klassischen Außenspiegel fungiert, sondern darüber hinaus einen Fahrer in verschiedenen Situationen durch verschiedene Funktionen unterstützt. Dabei werden die mittels der Kamera generierten Bilddaten vorzugsweise zusätzlich für mehrere Hilfsanwendungen genutzt, wie beispielsweise eine Einparkhilfe, ein Spurwechselassistenzsystem oder eine System zur Erkennung von Fußgängern. Infolge dessen sind für diese Hilfsanwendungen dann keine zusätzlichen oder eigenen Sensoren vorgesehen, stattdessen werden die hierfür notwendigen Informationen mittels der Kamera oder, falls das Fahrerassistenzsystem mehrere Kameras umfasst, mittels der Kameras des Fahrerassistenzsystems generiert. Dabei sind bevorzugt für die verschiedenen Hilfsanwendungen speziell an diese angepasste Positionen für die Kamera bzw. die Kameras vorgesehen und eine entsprechende Position wird dann bei einer Nutzung der entsprechenden Hilfsanwendung weiter bevorzugt vollautomatisch mittels des Verstellmechanismus angefahren.
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Weiter ist der Verstellmechanismus vorteilhafterweise derart ausgestaltet, dass mit der Position auch der Abstand der Kamera zur Kraftfahrzeugaußenhaut bzw. zur Kraftfahrzeughülle verstellbar ist, sodass die Kamera quasi vom Kraftfahrzeug wegbewegt werden kann. Zudem erlaubt der Verstellmechanismus bevorzugt eine Drehung oder ein Schwenken der Kamera um zumindest eine Drehachse, sodass der Erfassungsbereich oder der Raumwinkel, der mittels der Kamera bzw. der Kameras überwacht wird, möglichst beliebig gewählt werden kann. Im Idealfall ist das Fahrerassistenzsystem dann so ausgebildet, dass die gesamte Umgebung des Kraftfahrzeuges optisch erfasst und überwacht werden kann.
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Einer Ausführungsvariante entsprechend umfasst der Verstellmechanismus hierfür einen Schlitten, an dem die Kamera befestigt ist und der, insbesondere mit Hilfe einer Schiene, entlang einer Bahnkurve verschiebbar ist. Der Schlitten ist dazu beispielsweise nach Art eines Doppel-T-Trägers ausgestaltet und mittels einer Schiene mit eingearbeiteter Nut geführt, deren eines Ende mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Je nach Anwendungszweck weist die Bahnkurve dabei eine Krümmung oder Biegung auf, sodass sich die Kamera bei einer Verschiebung des Schlittens auf einer bogenförmigen oder gar spiralförmigen Bahn, in einigen auch um die Bahnkurve rotierend, bewegt. Hierbei wird die optische Achse der Kamera bevorzugt um einige Grad horizontal geschwenkt, wodurch sich der Winkel zwischen der optischen Achse und der Mittellängsachse des Kraftfahrzeuges verringert. Die Blickrichtung, wenn man so will, wird auf diese Weise mehr in Richtung hinter das Kraftfahrzeug gelenkt. Weiter bevorzugt wird zudem die optische Achse beim Ausfahren der Kamera nach unten gekippt, also in Richtung Fahruntergrund.
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Einer weiteren Ausführungsvariante entsprechend umfasst der Verstellmechanismus ein Teleskoprohr oder einen Teleskoparm, dessen eines Ende mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges verbunden ist und an dessen anderem Ende die Kamera positioniert ist. Je nach Anwendungszweck weist das Teleskoprohr dabei wiederum eine Krümmung oder Biegung auf, sodass sich die Kamera bei einem Ausfahren des Teleskoprohrs auf einer bogenförmigen oder gar spiralförmigen Bahn bewegt. Ein entsprechender Verstellmechanismus mit Schlitten oder Teleskoprohr lässt sich dabei verhältnismäßig einfach realisieren und in die Karosserie des Kraftfahrzeuges integrieren. Darüber hinaus umfasst der Verstellmechanismus zweckmäßigerweise einen Antrieb, wobei zur Verstellung des Schlittens bzw. des Teleskoprohrs bevorzugt ein Spindelantrieb oder ein Lateralantrieb mit Seilzugmechanismus, ähnlich wie bei einem Fensterhebermechanismus, eingesetzt wird. Der Verstellmechanismus wird hierbei vorteilhafterweise möglichst einfach ausgeführt, um eine möglichst hohe Lebenserwartung für den Verstellmechanismus sicherzustellen.
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Angesteuert wird der Verstellmechanismus vorzugsweise von der Steuer- und Auswerteeinheit des Fahrerassistenzsystems, wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass die Position der Kamera automatisch in Abhängigkeit der Fahrsituation variiert wird. Von Vorteil ist dabei insbesondere, die Position der Kamera automatisch in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges zu variieren.
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Im einfachsten Fall erfolgt hierbei ein vollautomatischer geschwindigkeitsabhängiger Wechsel zwischen drei Kamerapositionen, bei denen jeweils verschiedene Hilfsanwendungen aktiv sind. Bei einer Fahrgeschwindigkeit kleiner 5 km/h ist dann die Einparkhilfe aktiv und die Kamera ist derart positioniert und ausgerichtet, dass eine Bordsteinkante, sofern vorhanden, von der Kamera mit erfasst wird und dem jeweiligen Fahrer am Bildschirm angezeigt wird. In einem Bereich zwischen 5 km/h und 50 km/h ist die Fußgängererkennung aktiviert, bei der mittels der Kamera ein möglichst großer Raumbereich erfasst und überwacht wird, sodass gegebenenfalls durch Nutzung weiterer Kameras des Fahrerassistenzsystems in der Summe eine Rundumsicht (surround view) oder eine Rundumüberwachung realisiert ist. Bei einer Geschwindigkeit größer 50 km/h schließlich ist der Spurwechselassistent aktiviert, bei dem die Kamera einen bestimmten Winkelbereich, insbesondere den sogenannten „Toten Winkel“, bezogen auf das Kraftfahrzeug überwacht und bei der die Kamera darüber hinaus möglichst nahe an die Kraftfahrzeugaußenhaut herangefahren oder an diese angelegt wird, sodass der Luftwiderstand minimiert ist. Alternativ oder zusätzlich wird dem jeweiligen Fahrer durch Bedienelemente die Möglichkeit gegeben, verschiedene Hilfsanwendungen zu aktivieren und zu deaktivieren, wobei dann die Position der Kamera in Abhängigkeit der gewählten Hilfsanwendung vorgegeben wird. Die Auswahl des jeweiligen Fahrers ersetzt dann die vollautomatische geschwindigkeitsabhängige Vorgabe.
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Insbesondere für die automatische Positionierung der Kamera in Abhängigkeit der Fahrsituation weist das Fahrerassistenzsystem entweder zusätzliche Sensoren auf, beispielsweise zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, oder aber die Steuer- und Auswerteeinheit des Fahrerassistenzsystems wird durch externe Quelle mit zusätzlichen Informationen gespeist. So ist es gemäß einer Ausführungsvariante des Fahrerassistenzsystems auch vorgesehen, eine Anhängererkennung einzurichten. Hierdurch lässt sich dann eine Kamerapositionierung vornehmen, die für den Betrieb des Kraftfahrzeuges mit einem Anhänger ausgelegt ist.
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Alternativ ist für den Betrieb des Kraftfahrzeuges mit Anhänger ein feste Position für die Kamera vorgesehen, bei der die Kamera in möglichst großem Abstand zur Fahrzeughülle positioniert ist, also insbesondere möglichst weit ausgefahren ist, die dann eingestellt wird, sobald ein Anhänger sensorisch erfasst wird. Ist keine automatische Erfassung eines Anhängers vorgesehen, so erfolgt die entsprechende Informationseingabe in die Steuer- und Auswerteeinheit über ein Bedienelement im Kraftfahrzeug, wobei bevorzugt eine Kontrollleuchte den jeweiligen Fahrer darüber informiert, dass sich das Fahrerassistenzsystem aktuell in einem Modus befindet, der für den Betrieb des Kraftfahrzeuges mit Anhänger ausgelegt ist.
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Für die Positionierung der Kamera mitsamt dem Verstellmechanismus der Kamera hat sich der Seitenbereich des Kraftfahrzeuges als zweckmäßig erwiesen und daher ist bevorzugt an beiden Seiten des Kraftfahrzeuges je eine Kamera positioniert. Günstig ist dabei insbesondere eine Position im Bereich der vorderen Radkästen und auf dem Niveau, sowohl bezogen auf die Fahrzeugausdehnung in Längsrichtung als auch in Höhenrichtung, auf dem typischerweise das Wischergestänge positioniert ist.
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Je nach Anwendungszweck sind die beiden Kameras an den Seiten des Kraftfahrzeuges durch eine weitere Kamera am Heck des Kraftfahrzeuges ergänzt, wobei die Bilddaten der drei Kameras in einem Betriebsmodus des Fahrerassistenzsystems zur Realisierung eines elektronischen Rückspiegels, insbesondere als Ersatz für die klassischen Außenspiegel einerseits und den klassischen Innenspiegel andererseits, miteinander kombiniert werden. Dabei sind die drei Kameras bevorzugt derart ausgerichtet und positioniert, dass die drei von den Kameras erfassten Raumbereiche aneinandergrenzen oder sich teilweise überlappen, sodass die drei Kameras gemeinsam einen sehr großen Raumbereich erfassen, der dann nach Art eines Panoramabildes am Bildschirm im Kraftfahrzeug wiedergegeben wird. Die drei Kameras generieren dabei vorteilhafterweise in festen zeitlichen Abständen synchron Einzelbilder, wobei jeweils die Einzelbilder der drei Kameras die zum selben Zeitpunkt generiert wurden, zu einem Gesamtbild verschmolzen werden. Diese Gesamtbilder werden dann am Bildschirm oder der Anzeige im Kraftfahrzeug angezeigt.
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Von Vorteil ist es darüber hinaus, Kameras mit nicht gleichförmiger Winkelauflösung einzusetzen, wobei zum Beispiel Kameras mit einer sogenannten Fisheye Optik zum Einsatz kommen. In diesem Fall erfolgt dann die Positionierung und Ausrichtung der Kameras des Fahrerassistenzsystems derart, dass der Raumbereich, dem die höchste Priorität beigemessen wird, der also als besonders wichtig betrachtet wird, gerade mit der höchsten Winkelauflösung erfasst wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einer Blockschaltbilddarstellung ein Fahrerassistenzsystem mit Kameras für einen Personenkraftwagen,
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2 in einer Seitenansicht einen Personenkraftwagen mit den Kameras des Fahrerassistenzsystems,
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3 in einer Draufsicht den Personenkraftwagen mit den Kameras des Fahrerassistenzsystems,
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4 in einer Seitenansicht einen Teleskoparm mit einer Kamera des Fahrerassistenzsystems,
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5 in einer Frontansicht den Personenkraftwagen mit zwei ausgefahrenen Teleskoparmen, sowie
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6 in einer Frontansicht den Personenkraftwagen mit zwei eingefahrenen Teleskoparmen.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein nachfolgend exemplarisch beschriebenes und in 1 skizziertes Fahrerassistenzsystem 2 umfasst drei Kameras 4, eine Steuer- und Auswerteeinheit 6 sowie einen Bildschirm 8. Es ist für einen Personenkraftwagen 10 ausgelegt und dementsprechend in einem solchen verbaut.
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Dabei ist der Bildschirm 8 in nicht näher dargestellter Weise in eine Mittelkonsole im Fahrgastraum des Personenkraftwagens 10 integriert und die Steuer- und Auswerteeinheit 6 ist im Motorraum des Personenkraftwagens 10 untergebracht. Weiter sind die drei Kameras 4, wie in 2 und 3 angedeutet, seitlich und am Heck des Personenkraftwagens 10 positioniert, wobei die Kamera 4 im Heckbereich des Personenkraftwagens 10 in die Fahrzeugaußenhaut integriert und somit fest ausgerichtet ist, wohingegen die auf beiden Seiten des Personenkraftwagens 10 platzierten Kameras 4 jeweils an einem Ende eines verstellbaren Teleskoparms 12 befestigt sind.
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Einer dieser Teleskoparme 12 ist in 4 schematisch abgebildet und umfasst eine Antriebseinheit 14, die als Spindelantrieb oder als Lateralantrieb mit Seilzugmechanismus ausgebildet und seitlich im Motorraum befestigt ist. Über diese Antriebseinheit 14 lässt sich der Teleskoparm 12, der durch die Fahrzeugaußenhaut 16 oder Fahrzeughülle geführt ist, seitlich ausfahren, wodurch die Kamera 4 relativ zur Fahrzeugaußenhaut 16 verfahren werden kann. Dabei ist der Teleskoparm 12 aus drei koaxial angeordneten Hohlkörpern mit rechteckigem Querschnitt aufgebaut, so dass der äußere Hohlkörper als Transportschlitten 15 für die Kamera 4 fungiert, mit dem die Kamera 4 entlang einer Bahnkurve verschiebbar ist. Auf diese Weise lässt sich die Position der Kamera 4 mit Hilfe des Teleskoparms 12 verstellen, wobei sich in Abhängigkeit der Position der Kamera 4 der Erfassungsbereich der Kamera 4 verändert. Je weiter der Teleskoparm 12 ausgefahren wird, desto größer ist der Bereich hinter dem Personenkraftwagen 10, der von der Kamera 4 erfasst wird. Ist die Kamera 4 hingegen näher an der Fahrzeugaußenhaut 16 positioniert, so ist der effektiv genutzte Erfassungsbereich kleiner, da große Teile der Fahrzeugaußenhaut 16 mit im Erfassungsbereich liegen und somit die Sicht nach hinten zumindest teilweise blockieren.
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Die Steuer- und Auswerteeinheit 6 ist nun derart eingerichtet, dass in Abhängigkeit der mittels eines Sensors 18 ermittelten Fahrgeschwindigkeit des Personenkraftwagens 10 die Antriebseinheiten 14 der beiden Teleskoparme 12 angesteuert werden, sodass die Positionen der beiden Kameras 4, die an den Enden der beiden Teleskoparme 12 befestigt sind, in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit vorgegeben und über die Antriebseinheiten 14 eingestellt werden.
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Dabei werden die Positionen der beiden Kameras 4 derart vorgegeben, dass die beiden Teleskoparme 12, wie in 5 gezeigt, bis zu einer Geschwindigkeit von 30 km/h vollständig ausgefahren sind und ab dieser Geschwindigkeitsgrenze mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit des Personenkraftwagens 10 in linearem Zusammenhang eingefahren werden, sodass die beiden Teleskoparme 12 ab einer Geschwindigkeit von 70 km/h vollständig eingefahren sind. Diese Situation ist in 6 dargestellt.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Fahrerassistenzsystem
- 4
- Kamera
- 6
- Steuer- und Auswerteeinheit
- 8
- Bildschirm
- 10
- Personenkraftwagen
- 12
- Teleskoparm
- 14
- Antriebseinheit
- 15
- Transportschlitten
- 16
- Fahrzeugaußenhaut
- 18
- Sensor
