-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion einer Verengung eines Fahrwegs eines Fahrzeugs sowie eine korrespondierende Vorrichtung, korrespondierendes Computerprogramm und Computerprogrammprodukt.
-
Niedrige oder enge Durchfahrten bei Verkehrswegbauwerken stellen für Fahrzeuge und deren Insassen oftmals ein schwer kalkulierbares Risiko mit zum Teil gravierenden Unfallfolgen dar.
-
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren zu schaffen, das zu einem sicheren Betrieb eines Fahrzeugs beiträgt und ein Unfallrisiko reduziert.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Detektion einer Verengung eines Fahrwegs eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug weist eine Kamera auf, die an einer vorgegebenen Kameraposition angeordnet ist. Im Falle, dass ein Hindernis detektiert wird, wird bei dem Verfahren ein Maßkennwert bereitgestellt, der repräsentativ ist für eine Höhe und/oder Breite des Fahrzeugs. Abhängig von einem Bild der Kamera wird eine Hindernisposition einer den Fahrweg verengenden Kante des Hindernisses ermittelt. Ferner wird abhängig von dem Bild eine Projektion der Kameraposition parallel zu dem Fahrweg in eine Ebene der Hindernisposition senkrecht zum Fahrweg ermittelt. Zunächst wird ein Hindernisabstand zwischen der Hindernisposition und der Projektion ermittelt. Anschließend wird abhängig von dem Hindernisabstand, dem Maßkennwert und der Kameraposition ein Warnsignal ausgegeben.
-
In vorteilhafter Weise ermöglicht dies ein Sicherstellen der zulässigen Höhe oder Breite des Fahrzeugs bei Passieren des Hindernisses durch kontinuierliche Messung und Vergleichen mit der gemessenen Höhe bzw. Breite des Hindernisses, um so ein Unfallrisiko zu reduzieren.
-
Die Kameraposition ist beispielsweise repräsentativ für eine Anordnung der Kamera in einer vorgegebenen Höhe und/oder in einem jeweils vorgegebenen Versatz zu seitlichen Begrenzungen des Fahrzeugs. Die Kameraposition umfasst beispielhaft kartesische Koordinaten eines Raumpunkts, an dem die Kamera angeordnet ist.
-
Als Hindernis kommen hier den Fahrweg verengende Objekte in Frage, wie beispielsweise die Fahrweghöhe verengende Brücken, Tunnel oder Tiefgaragen, oder die Fahrwegbreite verengende Tunnel oder andere Fahrzeuge wie beispielhaft bei Durchfahrt zwischen zwei Fahrzeugen. Den Fahrweg gänzlich blockierende Objekte werden hier nicht betrachtet.
-
Die Hindernisposition ist beispielsweise repräsentativ für einen Raumpunkt entlang der den Fahrweg des Fahrzeugs seitlich oder in der Höhe verengenden Kante des Hindernisses, an dem ein Abstand zwischen dem Hindernis und der Kameraposition minimal ist. Die Hindernisposition umfasst beispielhaft ebenfalls kartesische Koordinaten dieses Raumpunkts. Zur Ermittlung der Hindernisposition können dem Fachmann bekannte Bildverarbeitungsalgorithmen herangezogen werden, wie beispielsweise ein sogenannter „structure from motion“-Algorithmus. Alternativ kann in diesem Zusammenhang beispielsweise eine Stereokamera eingesetzt werden.
-
Die Projektion der Kameraposition ist insbesondere repräsentativ für die virtuelle Anordnung der Kamera in der vorgegebenen Höhe und/oder in dem jeweils vorgegebenen Versatz zu seitlichen Begrenzungen des Fahrzeugs in der Ebene der Hindernisposition. Die Ebene der Hindernisposition wird beispielsweise durch die Kante senkrecht zum Fahrweg aufgespannt. Die Projektion umfasst beispielhaft ebenfalls kartesische Koordinaten des Raumpunkts, an dem die projizierte Kamera virtuell angeordnet ist.
-
Der Schritt abhängig von dem Hindernisabstand, dem Maßkennwert und der Kameraposition ein Warnsignal auszugeben umfasst beispielsweise einen Vergleich zwischen dem Hindernisabstand sowie der Kameraposition einerseits, und dem Maßkennwert andererseits, und ist insbesondere repräsentativ für einen voraussichtlichen Abstand, den das Fahrzeug bei Passieren des Hindernisses zu der Kante aufweist.
-
Beispielsweise kann abhängig von dem voraussichtlichen Abstand zur Sicherstellung eines gefahrfreien Passierens des Hindernisses zwischen mindestens drei verschiedenen Stufen/Zonen unterschieden werden, die repräsentativ sind dafür, ob bzw. inwieweit die Höhe oder die Breite des Fahrzeugs eine Höhe oder Weite des Hindernisses übersteigt.
-
Das Warnsignal kann akustisch oder visuell ausgegeben werden. Insbesondere können die mindestens drei verschiedenen Stufen/Zonen als unterschiedliche Warnsignale ausgegeben werden. Beispielhaft erfolgt das Warnsignal als rote Darstellung bei Kollisionsgefahr, zum Beispiel also wenn die Summe aus vertikaler Höhe der Kamera über der Fahrbahn und vertikaler Abstand von Kamera zum Hindernis kleiner ist als eine vertikale gesamte Höhe des Fahrzeugs über der Fahrbahn. Eine gelbe Darstellung erfolgt beispielhaft bei einem knappen voraussichtlichen Abstand, zum Beispiel also wenn die vorgenannte Summe gleich der vertikalen gesamten Höhe des Fahrzeugs über der Fahrbahn ist, und eine grüne Darstellung bei weitgehend gefahrfreiem Passieren, zum Beispiel also wenn die vorgenannte Summe die vertikale gesamte Höhe des Fahrzeugs über der Fahrbahn übersteigt. Als vertikale gesamte Höhe kann hierbei die Höhe des Fahrzeugs ohne Zuladung bezeichnet werden, oder die Summe aus der Höhe des Fahrzeugs und der Höhe der Zuladung im Falle, dass diese auf dem Dach transportiert wird.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist das Fahrzeug eine Federung mit steuerbarem Federweg auf. Darüber hinaus ist der Maßkennwert repräsentativ für eine Höhe des Fahrzeugs. Bei dem Verfahren wird abhängig von dem Hindernisabstand und dem Maßkennwert der Federweg verändert.
-
In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine zusätzliche Reduktion des Unfallrisikos.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird eine Distanz zwischen der Kameraposition und der Projektion ermittelt. Abhängig von dieser Distanz wird daraufhin der Hindernisabstand ermittelt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird eine Distanz zwischen der Kameraposition und der Hindernisposition ermittelt. Abhängig von dieser Distanz wird daraufhin der Hindernisabstand ermittelt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird ein Winkel ermittelt, der zwischen einer durch die Kameraposition und die Projektion verlaufenden Gerade sowie einer durch die Kameraposition und die Hindernisposition verlaufenden Gerade eingeschlossen ist. Abhängig von dem Winkel wird daraufhin der Hindernisabstand ermittelt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird ein Neigungskennwert bereitgestellt, der repräsentativ ist für einen Neigungswinkel des Fahrwegs. Abhängig von dem Neigungskennwert wird daraufhin der Hindernisabstand ermittelt.
-
In vorteilhafter Weise ermöglicht dies auch bei geneigter Fahrbahn ein risikoarmes Passieren von Hindernissen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird ein Zuladungskennwert bereitgestellt, der repräsentativ ist für einen Überstand einer Zuladung über die Höhe und/oder Breite des Fahrzeug hinaus. Abhängig von dem Zuladungskennwert wird daraufhin der Maßkennwert angepasst. Insbesondere wird das Warnsignal also abhängig von dem Zuladungskennwert ausgegeben.
-
In vorteilhafter Weise ermöglicht dies auch bei Zuladung des Fahrzeugs ein risikoarmes Passieren von Hindernissen.
-
Der Zuladungskennwert kann beispielsweise durch Eingabe eines Nutzers des Fahrzeugs hinterlegt werden. Alternativ kann der Nutzer beim Anbringen der Zuladung einen den Zuladungskennwert bereitstellenden Sensor, wie etwa einen auf die Fahrbahn gerichteten Dopplersensor auf der Zuladung anbringen. Weiterhin kann die Zuladung, wie beispielsweise eine Dach- oder Skibox einen elektronischen Datenspeicher aufweisen, der dem Fahrzeug den Zuladungskennwert bereitstellt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird ein weiterer Zuladungskennwert bereitgestellt, der repräsentativ ist für eine Reduktion der Höhe des Fahrzeugs aufgrund eines Zuladungsgewichts. Abhängig von diesem weiteren Zuladungskennwert wird daraufhin das Warnsignal ausgegeben. Beispielsweise wird hierzu ein Druck der Federung des Fahrzeugs erfasst.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Detektion einer Verengung eines Fahrwegs eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung ist ausgebildet, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
-
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogramm zur Detektion einer Verengung eines Fahrwegs eines Fahrzeugs. Das Computerprogramm ist ausgebildet, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt bei seiner Ausführung auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung durchzuführen.
-
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Detektion einer Verengung eines Fahrwegs eines Fahrzeugs. Das Computerprogrammprodukt umfasst Programmcode, der bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt ausführt.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 ein den Fahrweg eines Fahrzeugs verengendes Hindernis,
-
2 Ablaufdiagramm zur Detektion einer Verengung des Fahrwegs gemäß 1,
-
3 Abstände zwischen Fahrzeug und Hindernis an zwei Zwischenpositionen des Fahrzeugs, und
-
4 Abstände gemäß 2 bei geneigter Fahrbahn.
-
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt beispielhaft ein Fahrzeug 1 mit voraussichtlichen Fahrweg 3 auf einer Fahrbahn. Das Fahrzeug 1 ist mit Zuladung 5 auf seinem Dach beladen und weist eine Kamera 7 auf. Auf dem Fahrweg 3 befindet sich ein Hindernis 9a, das den Fahrweg 3 des Fahrzeugs 1 in seiner Höhe begrenzt.
-
Das Fahrzeug 1 weist mit der Zuladung 5 eine vertikale gesamte Höhe HG über der Fahrbahn auf. Die Zuladung 5 weist hierbei die vertikale Höhe HL auf. In einer Höhe HK ist dabei die Kamera 7 über der Fahrbahn angeordnet, und zwar an einer vorgegebenen Kameraposition K bezüglich des Fahrzeugs 1.
-
Das Hindernis 9a weist eine Kante 9b auf, die den Fahrweg 3 in seiner Höhe begrenzt und eine Ebene senkrecht zu dem Fahrweg 3 aufspannt. 1 zeigt eine Projektion P der Kameraposition K in diese Ebene sowie eine Hindernisposition H auf der Kante 9b des Hindernisses 9a senkrecht über der Projektion P. Die Kameraposition K die Projektion P und die Hindernisposition H bilden ein rechtwinkliges Dreieck. Analog hierzu könnte in anderen Ausführungsbeispielen auch ein rechtwinkliges Dreieck mit einer den Fahrweg 3 seitlich verengenden Kante des Hindernisses gebildet werden.
-
Eine Distanz zwischen der Kameraposition K und der Projektion P ist hier mit DKB bezeichnet. Ferner ist eine Distanz zwischen der Kameraposition K und der Hindernisposition H mit LKB bezeichnet. Ein Hindernisabstand zwischen der Projektion P und der Hindernisposition H ist ferner mit HKB bezeichnet. Ein durch die beiden Distanzen DKB und LKB eingeschlossener Winkel ist schließlich mit θB bezeichnet.
-
Dem Fahrzeug ist zur Detektion einer Verengung des Fahrwegs eine Datenverarbeitungsvorrichtung 11 zugeordnet, in deren Daten- und Programmspeicher ein Programm gespeichert, das im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 2 näher erläutert wird.
-
Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem beispielsweise Variablen initialisiert werden.
-
Beispielhaft werden hierbei initiale Höhen der Kamera 7, HK0 und einer Federung des Fahrzeugs 1, HF0, bereitgestellt, die während der nachfolgenden Berechnung konstant bleiben. Als Höhe der Federung ist hierbei ein Federweg der Federung bezeichnet, beispielhaft einer aktiven Luftfeder.
-
Das Programm wird anschließend in einem Schritt S3 fortgesetzt, in dem kontinuierlich Messungen, Schätzungen oder Berechnung zumindest einer der folgenden Kenngrößen erfolgen, die als Variablen bereitgestellt werden: eine Differenz der Höhe der Zuladung, ΔHL, der Federung, ΔHF sowie der Distanzen DKB, LKB und des Winkels θB.
-
Das Programm wird anschließend in einem Schritt S5 fortgesetzt, in dem zunächst eine gesamte Änderung durch Zuladung 5 und Federung der Höhe des Fahrzeugs 1, ΔHG, ermittelt wird, und zwar: ΔHG = ΔHL + ΔHF.
-
Ferner wird die Höhe der Kamera 7, HK, und damit die Kameraposition K ermittelt, und zwar: HK = HK0 + ΔHG.
-
Schließlich wird die vertikale gesamte Höhe HG des Fahrzeugs über der Fahrbahn ermittelt, und zwar HG = HL + HF0 + ΔHG.
-
Das Programm wird anschließend in einem Schritt S7 fortgesetzt, in dem der Hindernisabstand HKB ermittelt wird. Hierbei wird unterschieden, welche Messgröße messbar bzw. berechenbar ist. Im Falle, dass der Hindernisabstand HKB messbar bzw. berechenbar ist, ergibt sich HKB = HKB. Anderenfalls ergibt sich im Falle, dass die Distanz DKB messbar bzw. berechenbar ist, HKB = DKB·tan(θB).
-
Anderenfalls, im Falle, dass die Distanz LKB messbar bzw. berechenbar ist, ergibt sich HKB = LKB·sin(θB).
-
Das Programm wird anschließend in einem Schritt S9 fortgesetzt, in dem abhängig von dem Hindernisabstand HKB ein Warnsignal ausgegeben wird: Im Falle, dass die Summe aus der Höhe der Kamera 7, HK, und des Hindernisabstands HKB die vertikale gesamte Höhe HG des Fahrzeugs über der Fahrbahn übersteigt wird der Fahrer durch eine rote Darstellung von der Unmöglichkeit der Durchfahrt durch das Hindernis 9a informiert. Im Falle, dass diese Summe gleich der vertikalen gesamten Höhe HG des Fahrzeugs über der Fahrbahn ist, wird der Fahrer durch eine gelbe Darstellung von der grenzwertigen Durchfahrt durch das Hindernis 9a informiert. Anderenfalls, falls diese Summe kleiner ist als die vertikale gesamte Höhe HG des Fahrzeugs über der Fahrbahn, wird der Fahrer beispielhaft durch eine grüne Darstellung von der passenden Durchfahrt durch das Hindernis 9a informiert.
-
Das Programm wird anschließend beendet.
-
3 zeigt in Anlehnung an 1 zusätzliche Abstände zwischen dem Fahrzeug 1 und dem Hindernis 9a an einer weiteren Zwischenposition des Fahrzeugs 1.
-
Die Kameraposition K der 1 entspricht der Kameraposition Kn zum Zeitpunkt n der 3. Analog hierzu entsprechen die Distanzen DKB, LKB und der Winkel θB der 1 den Distanzen DKBn, LKBn und dem Winkel θBn der 3.
-
Darüber hinaus sind in der 3 die Kameraposition Kn+1 zu einem anschließenden Zeitpunkt n+1 sowie die entsprechenden Distanzen DKBn+1, LKBn+1 und der Winkel θBn+1 dargestellt. Die gefahrene Distanz zwischen den Zeitpunkten n und n+1 ist mit ΔDF bezeichnet. Die Projektion P und die Hindernisposition H bleiben hierbei konstant.
-
In Anlehnung an 3 könnte nun in einem weiteren Ausführungsbeispiel das Programm gemäß 2 in dem Schritt S7 dadurch ergänzt werden, dass im Falle, dass keine der Größen HKB, DKB, LKB, aber die gefahrene Distanz ΔDF messbar bzw. berechenbar ist, folgende Schritte durgeführt werden:
Zunächst wird zusätzlich zu dem Winkel θBn der Winkel θBn+1 durch kontinuierliche Messung, Schätzung oder Berechnung als Variable ermittelt. Anschließend wird die Distanz LKBn+1 ermittelt, und zwar als LKBn+1 = ΔDF·sin(θBn)/sin(θBn+1 – θBn).
-
Schließlich ergibt sich HKB = LKBn+1·sin(θBn+1).
-
4 entspricht im Wesentlichen 3. Zusätzlich ist hier jedoch eine Neigung der Fahrbahn berücksichtigt. Ein Neigungswinkel der Fahrbahn ist hier als Δθ dargestellt.
-
In Anlehnung an 4 könnte nun analog zu 3 in einem weiteren Ausführungsbeispiel das Programm gemäß 2 in dem Schritt S7 dadurch ergänzt werden, dass im Falle, dass keine der Größen HKB, DKB, LKB, aber die gefahrene Distanz ΔDF und der Neigungswinkel Δθ messbar bzw. berechenbar sind, folgende Schritte durgeführt werden:
Zunächst wird zusätzlich zu dem Winkel θBn der Winkel θBn+1 durch kontinuierliche Messung, Schätzung oder Berechnung als Variable ermittelt. Unter der Annahme, dass eine Änderung des Neigungswinkels Δθ zwischen den Zeitpunkten n und n+1 vernachlässigbar ist, also Δθn+1 = Δθn = Δθ wird anschließend die Distanz LKBn+1 ermittelt, und zwar als LKBn+1 = ΔDF·sin(θBn)/sin(θBn+1 – θBn).
-
Schließlich ergibt sich HKB = LKBn+1·sin(θBn+1)/cos(Δθ).
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeug
- 3
- Fahrweg
- 5
- Zuladung
- 7
- Kamera
- 9a
- Hindernis
- 9b
- Kante
- K
- Kameraposition
- H
- Hindernisposition
- P
- Projektion
- HG
- Höhe Gesamt
- HL
- Höhe Zuladung
- HK
- Höhe Kamera
- HKB
- Hindernisabstand
- DKB
- Distanz
- LKB
- Distanz
- θB
- Winkel
- DKBn
- aktuelle Distanz
- DKBn+1
- zukünftige Distanz
- LKBn
- aktuelle Distanz
- LKBn+1
- zukünftige Distanz
- ΘBn
- aktueller Winkel
- θBn+1
- zukünftige Winkel
- ΔDF
- Distanzdifferenz
- Δθ
- Neigungswinkel
