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Stand der Technik
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Halbautomatische Einparksysteme sind bereits seit einigen Jahren in Serienproduktion: Der Fahrer fährt mit seinem Fahrzeug an Parklücken entlang, das Fahrzeug erkennt die Parklücken mittels seitlich verbauter Sensoren. Der Fahrer hält an und legt den Rückwärtsgang ein, das Einparksystem übernimmt die Kontrolle über das Lenkrad und steuert das Fahrzeug in die Parklücke. Bei gebräuchlichen Systemen muss der Fahrer selbst Gas geben und die Bremse betätigen. Als Ausbaustufe sind Systeme bekannt, bei denen der Fahrer nicht mehr Gas geben oder bremsen muss. Diese Längsregelung wird ebenfalls durch das Einparksystem übernommen, z.B. durch direkten Zugriff auf die Längsführungsaktuatorik des Fahrzeugs (Bremse, Motorsteuerung).
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Für die Realisierung der automatischen Führung des Fahrzeugs ist eine situationsabhängige Längsregelung (Beschleunigung, Bremsen, Geschwindigkeit halten) notwendig. Besondere Herausforderungen an das System ergeben sich, wenn ein „Überfahren“ von niedrigen „Hindernissen“ wie beispielsweise einem niedrigen Bordstein oder auch bei einer Schwelle oder einem Absatz bei der Garageneinfahrt notwendig werden.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Längsregelung bei der automatischen Führung eines Fahrzeugs situationsabhängig anzupassen, wenn niedrige Hindernisse überfahren werden sollen.
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So beschreibt
DE 10 2007 061 234 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anpassen der Führung eines Fahrzeugs, wobei das Höhenprofil einer von dem Fahrzeug zu durchfahrenden Trajektorie bestimmt wird und die Führung des Fahrzeugs an das bestimmte Höhenprofil angepasst wird. Das Höhenprofil wird durch eine Erfassungsvorrichtung bestimmt, die ein Mikrowellenradar, einen Ultraschallsensor, einen Laserscanner und/oder eine Kamera mit Bildauswertung umfasst. Mit dem aus der Vermessung ermittelten Höhenprofil wird die Längsführung beim automatischen Einparken prädiktiv angepasst, indem beispielsweise vor dem Überfahren eines niedrigen Bordsteins das Motormoment erhöht wird, um eine Absenkung der Geschwindigkeit zu vermeiden.
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DE 10 2009 047 248 A1 beschreibt ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs bei einem Fahrmanöver zur Überwindung eines Hindernisses mit einer geringen Geschwindigkeit, wobei das Hindernis eine Höhe aufweist, die von dem Fahrzeug überwunden werden kann. Hierbei wird an die Räder ein hohes Drehmoment zur Überwindung des Hindernisses übertragen, erfasst, ob das Hindernis überwunden worden ist, und das Drehmoment unmittelbar nach der Überwindung des Hindernisses reduziert. Es ist vorgesehen, dass das zu überfahrende Hindernis zur rechtzeitigen Vorbereitung auf dessen Überfahren detektiert wird und zur Reduzierung des Drehmoments erfasst wird, ob das Hindernis überwunden worden ist. Dies kann durch die Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs erfolgen. Es ist beschrieben, dass hierfür üblicherweise Ultraschallsensoren, Radarsensoren, Infrarotsensoren oder LIDAR-Sensoren wie auch optische Sensoren eingesetzt werden.
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DE 10 2009 046 656 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erkennung einer zum Einparken eines Fahrzeugs geeigneten Parklücke, bei dem ein Verwerfen eines freien Platzes als geeignete Parklücke erfolgt, wenn der freie Platz einen Bordstein aufweist, der zum Erreichen einer Parkposition in der Parklücke mit mindestens einem Rad des Fahrzeugs überwunden werden muss, und ein Überfahren eines Bordsteins beim Einparkvorgang vermieden werden soll. Ob der für eine Parklücke ausreichend große freie Platz einen Bordstein aufweist, wird über die Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs durch Abstandssensoren, wie z.B. Ultraschallsensoren, Infrarotsensoren, Radarsensoren, kapazitive Sensoren oder LIDAR-Sensoren oder alternativ auch über die Erfassung mittels optischer Sensoren und eines geeigneten Bildverarbeitungssystems bestimmt.
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DE 10 2009 046 158 A1 , beschreibt ein Verfahren zur Erkennung von Objekten mit geringer Höhe, bei dem ein kontinuierliches Erfassen des Abstandes zu einem Objekt über Abstandssensoren in vorgegebenen Intervallen erfolgt und geprüft wird, ob das Objekt beim Annähern an das Fahrzeug bei dem Unterschreiten eines vorgegebenen Abstandes von den Abstandssensoren weiter erfasst wird oder aus dem Detektionsbereich der Abstandssensoren verschwindet, um dieses als ein Objekt mit geringer Höhe zu klassifizieren. Als Abstandssensoren werden Ultraschallsensoren, Radarsensoren, Infrarotsensoren, kapazitive Sensoren oder LIDAR-Sensoren beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers beim Einparken eines Fahrzeuges mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
- a) Erkennen einer typischen Parksituation mittels mindestens eines erfassten Bildes;
- b) Erkennen, ob die Parksituation eine überfahrbare Schwelle aufweist;
- c) Berechnen einer Einparktrajektorie in eine der typischen Parksituation zugeordneten Parkposition;
- d) Erfassen eines Höhenprofils der Einparktrajektorie zumindest im Bereich der überfahrbaren Schwelle;
- e) Automatisches Verbringen des Fahrzeugs in die Parkposition, wobei die Längsführung des Fahrzeugs abhängig von dem erfassten Höhenprofil angesteuert wird.
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Die Erfindung beruht demnach auf der Idee, dass „typische Parksituationen“ mit Hilfe von Video-/Kamerabildern erkannt werden, bevor ein Höhenprofil einer Einparktrajektorie, der das Fahrzeug bei seiner automatischen Führung folgen soll, erstellt wird. Das Höhenprofil wird erst bei Bedarf erfasst und das Anpassen der Führung des Fahrzeugs an das bestimmte Höhenprofil erfolgt dann abhängig von dem erfassten Höhenprofil. Beispielsweise kann die Längsführung angepasst werden, indem beispielsweise vor dem Überfahren der Schwelle das Motormoment erhöht wird, um eine Absenkung der Geschwindigkeit zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß ist also bei der automatischen Führung eines Fahrzeugs eine situationsabhängige Längsregelung für das Überfahren von niedrigen Hindernissen vorgesehen, wenn eine festgelegte „typische Situation“, z.B. eine Garageneinfahrt, mit Hilfe von Video-/Kamerabildern detektiert wurde und danach eine Erhöhung/Kante/Schwelle im Video-/Kamerabild und/oder anhand zusätzlicher Sensorik erkannt wurde.
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Dadurch kann in vorteilhafter Weise in eine zuverlässige und komfortable Längsregelung des Fahrzeugs während einer typischen Parksituation erfolgen, bei der ein niedriges Hindernis überfahren werden muss. Das erfindungsgemäße System erfordert außerdem keine zusätzlich Umfeldsensorik um Lage und Höhe der zu überfahrenden Schwelle zu ermitteln. Unter dem Begriff einer überfahrbaren Schwelle soll hierbei jedes überfahrbare Hindernis verstanden werden. Eine überfahrbare Schwelle im Sinne der Erfindung kann beispielsweise eine Stufe, ein Bordstein, eine Rampe oder ein Höcker sein. Ob eine Schwelle als überfahrbar eingestuft wird, hängt beispielsweise vom Fahrzeugtyp ab. Dazu können vorab entsprechende Grenzwerte für Höhe und/oder die Steigung des Hindernisses festgelegt werden.
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In einer Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mindestens eine Bild beim Anfahren eines Parkbereiches erfasst. Das mindestens eine Bild des Parkbereiches kann dabei von mindestens einem optischen Sensor, vorzugsweise mindestens einer am Fahrzeug verbauten Kamera, bereitgestellt werden. Insbesondere können dazu als Monokamera und/oder Stereokamera ausgestaltete Kameras verwendet werden. Die Bildaufnahme kann beispielsweise von einer Frontkamera am Fahrzeug bereitgestellt werden, wenn dieses sich dem Parkbereich von vorne nähert. Je nach Trajektorie und Fahrtrichtung des Fahrzeuges beim Heranfahren an den Parkbereich können auch am Fahrzeug verbaute Rückfahr- und/oder Seitenkameras den Parkbereich erfassen. Die Kamera kann insbesondere als Videokamera ausgebildet sein, die die Fahrzeugumgebung fortlaufend aufzeichnet.
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Die Erkennung einer typischen Parksituation mittels mindestens eines durch eine Kamera erfassten Bildes kann beispielsweise durch das Erkennen bestimmter Strukturen in dem Bild erfolgen. Beispielsweise kann die Struktur einer Garageneinfahrt durch ihre geometrische Form abstrahiert werden. Wird eine derartige Struktur in dem erfassten Bild erkannt, kann auf eine entsprechende Parksituation geschlossen werden. Das Erkennen einer typischen Parksituation erfolgt demnach, indem charakteristische Merkmale der Parksituation in mindestens einem erfassten Bild erkannt werden.
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Das Erkennen, ob eine typische Parksituation vorliegt, erfolgt in einer Ausführung der Erfindung durch einen Vergleich des erfassten Bildes mit einem gespeicherten Referenzbild. Die Erkennung einer im Sinne der Erfindung typischen Parksituation erfolgt bevorzugt dadurch, dass charakteristische Merkmale des Referenzbildes in dem erfassten Bild gefunden werden. Bei den charakteristischen Merkmalen kann es sich zum Beispiel um typische Bildstrukturen, wie die typische Struktur einer Garageneinfahrt handeln.
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Alternativ oder zusätzlich können auch spezielle Markierungen an oder in der Nähe eines Stellplatzes angeordnet werden, die durch Bildverarbeitungsalgorithmen erkannt und einer typischen Parksituation zugeordnet werden können. Es ist ebenfalls denkbar, dass eine solche Markierung kodierte Informationen enthält, die die Erfassung einer typischen Parksituation vereinfachen und/oder bestimmte Größen, die in die Bahnplanung für das Automatisches Verbringen des Fahrzeugs in die Parkposition mit eingehen können, wie z.B. eine Entfernung oder eine Ausrichtung des Fahrzeugs relativ zu der Parkposition.
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Bevorzugt wird ein Höhenprofil der Einparktrajektorie im Bereich der überfahrbaren Schwelle aus dem erfassten Bild bestimmt. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Filteralgorithmen (Kantenfilter, ...) umgesetzt werden. Es ist auch denkbar durch das zeitlich versetzte Erfassen von mehreren Bildern eine 3D-Information zu berechnen und darin eine überfahrbare Schwelle zu identifizieren.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Höhenprofil der Einparktrajektorie im Bereich der überfahrbaren Schwelle mittels eines Abstandssensors des Fahrzeugs bestimmt werden. Insbesondere können dazu Abstandssensoren wie Ultraschallsensoren verwendet werden, die bereits als Bestandteil eines herkömmlichen Fahr- oder Parkassistenzsystems vorhanden sind.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm zur Durchführung eines der hier beschriebenen Verfahren vorgeschlagen, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dieser Einrichtung kann es sich beispielsweise um einen programmierbaren Mikroprozessor, eine anwendungsspezifische, integrierte Schaltung und/oder einen digitalen Signalprozessor mit zugeordnetem Speicher handeln, der in einem Fahrzeug eingebaut ist. Zumindest Teile des Computerprogramms können in Form von Folgen von Instruktionen auf einem maschinenlesbaren Datenträger gespeichert sein, etwa einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speicher in oder in Zuordnung zu einer programmierbaren Computereinrichtung, oder einer entfernbaren CDROM, DVD oder einem USB-Stick. Das Computerprogramm kann zusätzlich oder alternativ auch zum Herunterladen auf eine programmierbare Computereinrichtung vorgesehen sein, zum Beispiel über ein Datennetzwerk wie etwa das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonverbindung oder eine drahtlose Verbindung.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Parkassistenzsystem mit folgenden Komponenten vorgeschlagen:
- – Mittel zum Erkennen einer typischen Parksituation, umfassend mindestens eine Kamera, eine Speichereinheit und eine Bildverarbeitungseinheit, wobei die Bildverarbeitungseinheit eingerichtet ist, aus einem von der Kamera erfassten Bild zu erkennen ob die Parksituation eine überfahrbare Schwelle aufweist;
- – Eine Recheneinheit zur Berechnung einer Einparktrajektorie für das Fahrzeug in eine der typischen Parksituation zugeordneten Parkposition;
- – mindestens einen Umfeldsensor zum Erfassen eines Höhenprofils der Einparktrajektorie zumindest im Bereich der überfahrbaren Schwelle;
- – Mittel zur Ansteuerung der Längsführung des Fahrzeugs wobei die Längsführung abhängig von dem erfassten Höhenprofil ansteuerbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Bildverarbeitungseinheit eingerichtet, ein von der Kamera erfasstes Bild mit einem in der Speichereinheit abgelegten Referenzbild zu vergleichen und bei Übereinstimmung von charakteristischen Merkmalen des Referenzbilds und dem erfassten Bild eine typische Parksituation zu erkennen.
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Bevorzugt wird die Kamera bzw. eine Videokamera als Umfeldsensor zum Erfassen eines Höhenprofils der Parktrajektorie zumindest im Bereich der überfahrbaren Schwelle verwendet. Somit sind keine zusätzlichen Sensoren zur Erfassung des Höhenprofils nötig.
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Es kann jedoch zusätzlich oder alternativ ein Abstandssensor, wie z.B. ein Ultraschallsensor, ein Radarsensor oder ein LIDAR-Sensor zum Erfassen eines Höhenprofils der Parktrajektorie zumindest im Bereich der überfahrbaren Schwelle vorgesehen sein, um die Genauigkeit der Erfassung des Höhenprofils zu verbessern.
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 stellt schematisch ein erfasstes Bild einer typischen Parksituation dar.
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2 stellt schematisch ein Referenzbild einer typischen Parksituation dar.
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3 stellt schematisch in Draufsicht ein Fahrzeug in einer typischen Parksituation dar.
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4 stellt schematisch ein Fahrzeug mit einem Parkassistenzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
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In 1 ist schematisch ein Bild 100 dargestellt, wie es von einer Kamera eines erfindungsgemäß ausgebildeten Parkassistenzsystems erfasst wird. Dabei ist die Kamera beispielsweise in Fahrtrichtung ausgerichtet und nimmt fortlaufend Bilder der Fahrzeugumgebung in Fahrtrichtung auf. Das Bild 100 zeigt eine Garage 20 mit einer Garageneinfahrt 70 und einer Parkposition 50 innerhalb der Garage. Außerdem sind weitere Objekte, wie z.B. ein Baum 80 zu sehen. Die Rückwand 55 der Garage 20 weist eine Markierung 60 auf. Die Markierung 60 dient in diesem Beispiel einem erfindungsgemäß ausgebildeten Parkassistenzsystem als ein charakteristisches Merkmal zur Erkennung einer typischen Parksituation. Es kann vorgesehen sein, dass die Markierung 60 bestimmte Maße, z.B. einen bestimmten Radius aufweist, so dass das Parkassistenzsystem aus dem Bild 100 einen Maßstab berechnen kann und die aktuelle Entfernung und Ausrichtung des Fahrzeugs relativ zu der Parkposition 50 bestimmen kann. Die Markierung 60 ist in diesem Beispiel kreisringförmig ausgebildet, es sind jedoch im Rahmen der Erfindung zahlreiche alternative Ausbildungen denkbar, z.B. Kreise, Vierecke, Buchstaben, Parkplatzsymbole, Strichcodes oder QR-Codes.
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Das Bild 100 zeigt weiterhin eine überfahrbare Schwelle 40, die beim Einparken in die Parkposition 50 von dem Fahrzeug überwunden werden muss. Durch bekannte Methoden der digitalen Bildverarbeitung kann diese überfahrbare Schwelle 40 in dem Bild 100 als solche erkannt werden und diese Information bei der Planung einer Einparktrajektorie durch das Parkassistenzsystem berücksichtigt werden.
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In 2 ist ein Referenzbild 200 schematisch dargestellt, das in einer möglichen Ausführung der Erfindung verwendet wird um die im Bild 100 erfasste Situation als „typische Parksituation“ zu erkennen. Das Referenzbild 200, das beispielsweise in einer Speichereinheit des Parkassistenzsystems vorgehalten wird, umfasst als charakteristische Merkmale der Einparksituation „Garage“ die Garageneinfahrt 70, die Schwelle 40 und die Markierung 60. Durch Vergleich des Referenzbildes 200 mit dem erfassten Bild 100 können Übereinstimmungen erkannt und daraus auf eine typische Parksituation geschlossen werden. Es ist vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl Referenzbilder mit charakteristischen Merkmalen von unterschiedlichen Parksituationen vorgehalten werden, so dass das derart ausgebildete Parkassistenzsystem vielseitig verwendbar ist.
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3 zeigt in Draufsicht eine typische Parksituation in der das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt. Ein Fahrzeug 10 bewegt sich auf eine Garageneinfahrt 70 zu. Eine Frontkamera 15, die einen Erfassungsbereich 17 aufweist, nimmt die aktuelle Situation auf und erfasst ein Bild 100 entsprechend 1. Aus dem erfassten Bild wird die typische Parksituation „Garage“ erkannt. Weiterhin wird eine überfahrbare Schwelle 40 detektiert. Von der aktuellen Position des Fahrzeugs 10 wird nun eine Einparktrajektorie 45 berechnet entlang derer das Fahrzeug automatisch in die Parkposition 50 innerhalb der Garage geführt wird. Bei der Berechnung der Einparktrajektorie 45 werden ferner Objekte 80 im Umfeld der Garageneinfahrt 70 berücksichtigt, um Kollisionen zu vermeiden.
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4 stellt schematisch ein Fahrzeug 10 mit einem Parkassistenzsystem nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Das Einparksystem umfasst in diesem Beispiel eine Frontkamera 15, eine Rückfahrkamera 16 und eine Surround-View Kamera 18. In der Darstellung gemäß 4 liegt die überfahrbare Schwelle 40 hinter dem Fahrzeug 10 und es wird ein rückwärtsgerichteter Einparkvorgang erwartet. Die Erfassung der Einparksituation erfolgt daher in diesem Beispiel durch die Rückfahrkamera 16.
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Das Parkassistenzsystem umfasst in diesem Beispiel außerdem ein erstes Abstandsmesssystem 12, das vier Abstandssensoren am vorderen Stoßfänger des Fahrzeugs 10 aufweist und ein zweites Abstandsmesssystem 14, das vier Abstandssensoren am hinteren Stoßfänger des Fahrzeugs 10 aufweist. Das Einparksystem umfasst außerdem ein elektronisches Steuergerät 30, das eine Bildverarbeitungseinheit 30a, eine Recheneinheit 30b, eine Speichereinheit 30c und eine Steuereinheit 30d aufweist. Die Bildverarbeitungseinheit 30a ist eingerichtet, aus mindestsens einem von einer der Kameras 15, 16, 18 erfassten Bild zu erkennen ob eine typische Einparksituation vorliegt und ob die Einparksituation eine überfahrbare Schwelle 40 aufweist. Die Recheneinheit 30b dient der Berechnung einer Einparktrajektorie 45 für das Fahrzeug 10 in eine der typischen Parksituation zugeordneten Parkposition 50. Die Abstandsmesssysteme 12 und 14 dienen als zusätzliche Umfeldsensoren zum Erfassen eines Höhenprofils der Einparktrajektorie 45 zumindest im Bereich der überfahrbaren Schwelle 40. Die Steuereinheit übernimmt daraufhin die Längs- und Querführung des Fahrzeugs 10, um es entlang der Einparktrajektorie 45 in die Parkposition 50 zu verbringen. Dabei wird die Längsführung abhängig von dem erfassten Höhenprofil angesteuert, um einen komfortablen und sicheren Parkvorgang zu erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007061234 A1 [0004]
- DE 102009047248 A1 [0005]
- DE 102009046656 A1 [0006]
- DE 102009046158 A1 [0007]
