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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Nässe auf einer Fahrbahn mittels einer oder mehrerer optischer Erfassungseinheiten in einem Fahrzeug.
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Das Erfassen von Nässe auf einer Fahrbahn ist für Fahrerassistenzsysteme von entscheidender Bedeutung, insbesondere da sich durch die Nässe Bremswege verändern, insbesondere verlängern, können. Dies betrifft sowohl Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise ein Notbremsassistent, in herkömmlichen Fahrzeugen als auch Assistenzsysteme, welche in Fahrzeugen zum autonomen oder teilautonomen Fahren eingesetzt werden.
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Aus dem Stand der Technik ist es dabei bekannt, über eine Kamera die Gischt hinter dem Fahrzeug zu erfassen, um hierdurch die Nässe der Fahrbahn zu ermitteln. Neben einer Kamera sind auch andere Erfassungseinrichtungen wie beispielsweise Radar, Ultraschall oder Laser denkbar. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die
DE 10 2010 063 017 A1 und die
DE 10 2015 015 022 A1 hingewiesen. Der Vorteil bei den dort beschriebenen Aufbauten besteht darin, dass die Gischt hinter dem Fahrzeug sehr einfach z. B. über eine Rückfahrkamera erfasst werden kann. Dies ist vergleichsweise einfach und effizient. Ein Problem bei der Rückfahrkamera ist allerdings die in diesem Bereich des Fahrzeugs typischerweise sehr stark auftretende Verschmutzungsgefahr. Eine verschmutzte Kamera im Heckbereich ist für die Erkennung der Gischt sehr kritisch, da bei verschmutzter Kameralinse ein zuverlässiges Erkennen von Gischt schwierig bzw. unmöglich ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass es Bereiche des Umfelds des Fahrzeugs betrifft, welche typischerweise hinter dem Fahrzeug liegen. Ein Auftreten von Gischt hinter dem Fahrzeug sagt ggf. jedoch nichts über die Nässe der Fahrbahn in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug aus, welche jedoch für die Assistenzsysteme von viel entscheidenderer Bedeutung ist. Ein Rückschluss aus den Fahrbahnverhältnissen hinter dem Fahrzeug auf die Fahrbahnverhältnisse vor dem Fahrzeug mag in vielen Fällen funktionieren. Es besteht jedoch grundsätzlich die Gefahr, dass hier eine Fehleinschätzung erfolgt, welche sich, insbesondere bei sicherheitsrelevanten Fahrerassistenzsystemen, dann zu einem Sicherheitsproblem entwickeln kann.
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Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik in Form der
DE 101 44 846 A1 ist eine Scheinwerfereinheit für Fahrzeuge mit Kurvenlichtfunktion bekannt. Bei dem zugehörigen Steuerungsverfahren wird der Schwenkwinkel des Lichtaustritts in Abhängigkeit der Fahrbahnnässe gesteuert. Um die Fahrbahnnässe zu erfassen, ist dabei ein Sensor vorgesehen, welcher die Nässe der Fahrbahn im Wesentlichen aus der Scheibenwischerfrequenz sowie den Daten eines für eine Steuerung der Scheibenwischer vorgesehenen Regensensors ermittelt. Auch hier kann die Fahrbahnnässe letzten Endes nur indirekt durch die Nässe im Bereich der Scheibenwischer des Fahrzeugs erfasst werden.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren anzugeben, welches eine sichere und zuverlässige Erfassung der Nässe in einem für die Funktionalität von Fahrerassistenzsystemen besonders wichtigen Bereich der Fahrbahn ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen von Nässe auf einer Fahrbahn ist es vorgesehen, dass – vergleichbar wie im eingangs genannten Stand der Technik – die Nässe mittels einer oder mehrerer optischer Erfassungseinheiten in dem Fahrzeug erfasst werden. Diese optischen Erfassungseinheiten können insbesondere als Kameras und hier besonders bevorzugt als Nahfeldkameras ausgebildet sein. Weitere optische Erfassungseinheiten wie beispielsweise Lidare oder ähnliches sind dabei selbstverständlich ebenso denkbar. Idealerweise können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee hierfür Kameras bzw. Sensoren verwendet werden, welche in dem Fahrzeug ohnehin vorhanden sind, beispielsweise für diverse Fahrerassistenzsysteme, wie das Erkennen von Verkehrsschildern, die Umfelderkennung des Fahrzeugs beispielsweise für Rangier- und Einparkhilfen oder für ein teilweise oder vollständiges autonomes Fahren.
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Diese optischen Erfassungseinheiten werden nun erfindungsgemäß eingesetzt, um Bilder der Umgebung zu erfassen. Anhand des Auftretens von Reflektionen von Lichtquellen auf der Fahrbahn in diesen Bildern wird dann auf die Nässe der Fahrbahn geschlossen. Die Erfinder machen sich also die Tatsache zunutze, dass eine an der Oberfläche nasse Fahrbahn Lichtquellen reflektiert, während dies eine trockene Fahrbahn nicht – oder zumindest bei weitem nicht so stark – tut. Je nach Nässe der Fahrbahn gibt es dabei unterschiedliche Reflektionen, sodass anhand der Reflektion sogar noch eine Abstufung der zu erwartenden Nässe der Fahrbahn denkbar ist. Insbesondere ist es dabei so, dass Lichtquellen, welche in der Umgebung des Fahrzeugs vorhanden sind, beispielsweise die Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge, Leuchtreklamen, Ampeln oder ähnliches genutzt werden können, um Reflektionen dieser Lichtquellen auf der Fahrbahn zu detektieren. Lassen sich derartige Reflektionen detektieren, ist die Fahrbahn in jedem Fall nass, erfolgt eine Detektion nicht, dann kann von einer trockenen oder weitgehend trockenen bzw. abtrocknenden Fahrbahn ausgegangen werden.
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Einer der Vorteile ist dabei, dass gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee die erfassten Bilder zumindest auch Bilder von der Fahrbahn in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Fahrzeug umfassen. Insbesondere in diesem Bereich ist die Kenntnis darüber, ob die Fahrbahn nass oder trocken ist, für sicherheitsrelevante Assistenzsysteme wie beispielsweise einen Notbremsassistenten oder ähnlichem von entscheidendem Vorteil. Der Aufbau erlaubt also einen Zugewinn an Sicherheit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Zur Erfassung kann dabei die Frontkamera des Fahrzeugs eingesetzt werden. Ferner ist es denkbar Kameras einzusetzen, welche insbesondere als Nahfeldkameras im Bereich der Seitenspiegel der Fahrzeuge oft vorhanden sind. Diese können durch den Winkel, welcher von der Frontkamera abweicht und dadurch typischerweise einen günstigeren Winkel zur Lichtquelle schafft, zur Detektion von Reflektionen, insbesondere von Reflektionen der eigenen Frontscheinwerfer, ideal mit eingesetzt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei insbesondere vorgesehen sein, dass das Auftreten von Reflektionen externer Lichtquellen ausgewertet wird, sodass in dem Bild die Lichtquelle und ihre Reflektion, sofern die Fahrbahn nass ist, erkannt werden kann. Eine solche Auswertung von externen Lichtquellen, sodass in dem Bild sowohl die Lichtquelle als auch im Bereich der Fahrbahn deren Reflektion zu erkennen ist, erlaubt eine außerordentlich effiziente Auswertung, da zu jeder erkannten Lichtquelle die entsprechende Reflektion „gesucht” werden kann, um so eine zuverlässige Auswertung zu erhalten.
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Alternativ oder ergänzend hierzu ist es auch denkbar, das Auftreten von Reflektionen bekannter interner Lichtquellen, insbesondere Reflektionen des Lichts der Frontscheinwerfer, auszuwerten. Solche bekannte Lichtquellen wie beispielsweise die Reflektion des Lichts von Frontscheinwerfern, die Reflektion des Lichts von Fahrtrichtungsanzeigern oder ähnlichem sind ebenfalls gut geeignet, um eine zuverlässige Auswertung zu erhalten. Die Tatsache, ob das Licht beispielsweise des Frontscheinwerfers und/oder des Fahrtrichtungsanzeigers aktuell eingeschaltet ist, lässt sich über das Steuerungssystem des Fahrzeugs ermitteln. In diesem Fall müsste, im Falle, dass die Fahrbahn nass ist, eine entsprechende Reflektion auftreten, welche wiederum über die Bilderfassung der optischen Erfassungseinrichtung erkannt werden kann. Auch hier ist eine ähnlich hohe Zuverlässigkeit wie bei der Auswertung von einer Lichtquelle und ihrer Reflektion in der zuvor genannten Ausführungsvariante möglich.
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Entsprechend einer sehr günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es nun außerdem vorgesehen sein, dass eine Verifikation der erfassten Reflektionen über weitere Sensoren erfolgt. Solche weiteren Sensoren können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee beispielsweise Lidare, Radar, Ultraschall und/oder Kameras, insbesondere Nahfeldkameras, sein. Das Auftreten der Reflektionen kann also durch weitere Sensoren verifiziert werden, um so die Sicherheit hinsichtlich der Aussage, dass die Oberfläche der Fahrbahn nass ist, weiter zu erhöhen.
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Gemäß einer außerordentlich vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass die optischen Sensoren zur Verifikation mit einem Polarisationsfilter versehen sind. Licht, welches an einer Oberfläche wie beispielsweise der feuchten Oberfläche einer Fahrbahn reflektiert wird, wird hinsichtlich seiner Polarisation verändert. Über Polarisationsfilter können beispielsweise Reflektionen in Scheiben oder auf Wasseroberflächen in durch den Polarisationsfilter aufgenommenen Bildern vermieden oder eingeschränkt werden. Dieser Effekt lässt sich hier nun nutzen, indem einerseits ein entsprechender optischer Sensor, beispielsweise eine Nahfeldkamera, eingesetzt wird, welche die Reflektion aufnimmt, und welche keinen Polarisationsfilter aufweist. Parallel dazu wird derselbe Bildausschnitt mit der potenziellen Reflektion über eine weitere Nahfeldkamera mit einem Polarisationsfilter aufgenommen. Die beiden Bilder sollten im Bereich der Reflektion nun entsprechende Unterschiede aufweisen, da die Reflektion in der Kamera mit dem Polarisationsfilter nicht mehr oder typischerweise nicht mehr so gut zu erkennen sein wird wie in der anderen Kamera. Hierdurch ist möglich, einerseits das Vorhandensein einer echten Reflektion zu verifizieren, um die Auswertung bezüglich der Nässe der Oberfläche der Fahrbahn weiter zu verbessern.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es andererseits vorgesehen sein, dass durch den Vergleich der Daten von optischen Sensoren ohne Polarisationsfilter und mit Polarisationsfilter der Grad der Reflektion abgeschätzt und somit auf den Grad der Nässe und/oder die Art der Feuchtigkeit geschlossen werden kann. Über den Reflektionsgrad kann also festgestellt werden, ob die Oberfläche nur leicht oder sehr stark mit Wasser benetzt ist. Aufgrund der Möglichkeit, den Reflektionsgrad abzuschätzen, kann auch mit abgeschätzt werden, ob es sich bei der Feuchtigkeit um Nässe in Form vom flüssigem Wasser, oder in Form von Schnee oder gegebenenfalls auch Eis handelt, um so eine noch bessere Detektion der feuchtigkeitsbedingten Veränderung der Oberfläche der Fahrbahn zu ermöglichen.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der Idee ist es nun zusätzlich vorgesehen, dass bei vorhandenen optischen Erfassungseinrichtungen im Bereich der Außenspiegel des Fahrzeugs das Auftreten von Gischt durch die Vorderräder mit ausgewertet wird. Das Auftreten von Gischt über Kamerasysteme auszuwerten ist, wie oben beschrieben, aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Dort wird lediglich die Gischt der Hinterräder bzw. des Gesamtfahrzeugs im Heckbereich des Fahrzeugs ausgewertet. Diese Auswertung hat den Nachteil, dass sie im Wesentlichen den Zustand der Fahrbahn hinter dem Fahrzeug und nicht vor dem Fahrzeug erfassen kann. Durch die Verwendung der optischen Erfassungseinrichtungen, beispielsweise Nahfeldkameras im Bereich der Außenspiegel, ist nun möglich, die Erfassung weiter in Richtung der Front des Fahrzeugs zu rücken, da nunmehr insbesondere die Gischt der Vorderräder zusätzlich zu den Reflektionen von Lichtquellen auf der Fahrbahn erfasst werden kann. Dies erlaubt eine Verifikation der Auswertung von Reflektionen über einen Abgleich mit der Auswertung der Gischt. Prinzipiell wäre dabei ein solches Vorgehen auch ergänzend zur Erfassung der Reflektionen über das Erkennen der Gischt im Heckbereich des Fahrzeugs analog zum eingangs genannten Stand der Technik denkbar und möglich. Je örtlich dichter die Messungen bzw. Auswertungen jedoch beieinander liegen, desto besser das Ergebnis.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Idee ergeben sich außerdem aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben ist.
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Die einzige beigefügte Figur zeigt die Ansicht eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn von oben.
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In der Darstellung der Figur bewegt sich ein mit 1 bezeichnetes Fahrzeug auf einer mit 2 bezeichneten Fahrbahn, welche im hier dargestellten Ausführungsbeispiel nass sein soll, in die mit F bezeichnete Fahrtrichtung. Das Fahrzeug 1 verfügt über mehrere optische Erfassungseinrichtungen in Form von Nahfeldkameras. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies eine mit 3 bezeichnete Frontkamera, zwei jeweils mit 4 bezeichnete Nahfeldkameras im Bereich der Außenspiegel 5 des Fahrzeugs 1 sowie einer mit 6 bezeichneten Rückfahrkamera. Die nasse Fahrbahn 2 hat nun die Eigenschaft, dass sie Licht von Lichtquellen, wie beispielsweise den mit 7 bezeichneten Frontscheinwerfern des Fahrzeugs 1 als interne Lichtquellen, oder der Ampel 8 als externe Lichtquelle reflektiert. In der Darstellung der Figur sind rein beispielhaft zwei solche Reflektionen angedeutet. Die Reflektion des externen von der Ampel 8 als Lichtquelle ausgehenden Lichts ist auf der Fahrbahn 2 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 9 versehen. Eine Reflektion des Lichts der Frontscheinwerfer 7 ist auf der Fahrbahn 2 ebenfalls gezeigt und mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Die Kameras 3, 4, 6 liefern die von ihnen erfassten Bilder zu einer zentralen Steuerungs- und Bilderfassungseinheit 11, welche mit diversen Fahrerassistenzsystemen und anderen Steuergeräten innerhalb des Fahrzeugs 1 in Verbindung steht. In dieser Steuerungs- und Bilderfassungseinheit 11 werden die Bilder der Kameras 3, 4, 6, und hier insbesondere das Bild der Frontkamera 3, ausgewertet. Kommt es zu einer Reflektion 9 von beispielsweise externen Lichtquellen, wie der Ampel 8, oder auch von anderen externen Lichtquellen, beispielsweise Leuchtreklamen, den Frontscheinwerfern eines entgegenkommenden Fahrzeugs, den Rückscheinwerfern oder Bremslichtern eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder ähnlichem, dann kann über eine Reflektion 9 dieser externen Lichtquellen auf der Fahrbahn 2, auf eine nasse Oberfläche der Fahrbahn 2 geschlossen werden.
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Diese Information wird dann innerhalb des Fahrzeugs 1 weitergegeben, um so beispielsweise einen Notbremsassistenten entsprechend anzupassen, sodass dieser trotz der nassen Fahrbahn in der Lage ist, das Fahrzeug 1 bei Bedarf ausreichend schnell abzubremsen.
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Vergleichbares gilt für die als interne Lichtquellen bezeichneten Lichtquellen wie beispielsweise das Licht der Frontscheinwerfer 7. Auch hier kommt es zu einer Reflektion 10 auf der Fahrbahn 2, wenn diese nass ist. Anders als bei den externen Lichtquellen, wie der Ampel 8, kann in der Bildverarbeitung nicht die Lichtquelle selbst und ihre Reflektion ausgewertet werden, was im obigen Beispiel möglich ist und zu einer vergleichsweise hohen Erkennungsqualität führt. Allerdings kann über den Datenbus des Fahrzeugs 1 der Steuerungs- und Bilderfassungseinheit 11 zur Kenntnis gebracht werden, dass beispielsweise die Frontscheinwerfer 7 eingeschaltet sind. In diesem Fall kann mit einer Reflektion 10 gerechnet werden, sofern die Fahrbahn nass ist. Die Bilder beispielsweise der Frontkamera 3 können also gezielt hinsichtlich einer solchen Reflektion 10 ausgewertet werden. Wird diese erkannt, liegt tatsächlich eine nasse Fahrbahn 2 vor, wird eine solche nicht erkannt, dann kann mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer trockenen Fahrbahn 2 ausgegangen werden. Die Ergebnisse werden selbstverständlich zuverlässiger, wenn sowohl interne Lichtquellen wie die Frontscheinwerfer 7 als auch externe Lichtquellen wie die Ampel 8 bezüglich ihrer Reflektionen 9, 10 ausgewertet werden.
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Dabei ist immer auch eine Verifikation der Reflektionen 9, 10 beispielsweise durch weitere Sensoren möglich. So kann beispielsweise über zusätzliche Sensoren eine Redundanz der Auswertung erzielt werden. Über die Verwendung von Polarisationsfiltern beispielsweise vor zusätzlichen Kameras kann auch durch einen Vergleich des Bilds der Reflektion mit und ohne Polarisationsfilter das tatsächliche Vorhandensein einer Reflektion verifiziert werden. Hierdurch können falsche positive Erkennungen von Nässe ausgeschlossen werden. Außerdem kann durch den Reflektionsgrad gegebenenfalls abgeschätzt werden, wie nass die Fahrbahn tatsächlich ist, und ob es sich bei der Nässe um Wasser, Schnee oder Eis handelt.
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Die Verifikation über weitere Sensoren wie beispielsweise Ultraschall oder Radar sowie Lidar oder ähnliches ist selbstverständlich ebenso denkbar.
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Darüber hinaus ist es ferner möglich, über die Kameras 3, 4, 6 auch Gischt, welche das Fahrzeug 1 aufwirft, zu erfassen. Hier ist insbesondere die von zwei angedeuteten Vorderrädern 12 aufgeworfene in der Darstellung der Figur mit 13 bezeichnete Gischt von großem Interesse, da diese vergleichsweise weit vorn am Fahrzeug 1 auftritt und damit ideal zur Verifikation der Ergebnisse im Bereich der Fahrbahn 2 in Fahrtrichtung F vor dem Fahrzeug geeignet ist. Die von den Vorderrädern 12 aufgeworfene Gischt kann über die Nahfeldkameras 4 im Bereich der Außenspiegel 5 erkannt werden, beispielsweise in der Art und Weise, die im eingangs beschriebenen Stand der Technik genannt ist. Auf diese Art kann zusätzlich die über die Reflektionen 9, 10 festgestellte Nässe der Fahrbahn 2 verifiziert werden.
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Alles in allem ist so eine sehr sichere Aussage darüber, ob die Fahrbahn 2 nass oder trocken ist, möglich. Dies dient dann als Eingangsgröße für diverse Fahrerassistenzsysteme und kann insbesondere sicherheitsrelevante Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise einen Bremsassistent, in seiner Funktionalität und Zuverlässigkeit verbessern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010063017 A1 [0003]
- DE 102015015022 A1 [0003]
- DE 10144846 A1 [0004]
