DE102019204057A1

DE102019204057A1 - Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens

Info

Publication number: DE102019204057A1
Application number: DE102019204057.8A
Authority: DE
Inventors: Mark Bennemann; Malte Lutz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-10-01

Abstract

Ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. In einem ersten Schritt werden Fahrbahninformationen empfangen (10), die Unebenheiten der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug repräsentieren. Zudem wird eine Trajektorie des Kraftfahrzeugs ermittelt (11). Auf Basis der Fahrbahninformationen, der Trajektorie und eines Fahrdynamikmodells für das Kraftfahrzeug werden Korrekturwerte für eine Stabilisierung der Projektion des Lichtzeichens berechnet (12). Die Korrekturwerte werden schließlich für ein Steuergerät der Projektionsvorrichtung bereitgestellt (13).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug, in dem ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt wird.
In Erweiterung klassischer Beleuchtungs- und Ausleuchtungskonzepte bei Frontscheinwerfern kommen zunehmend Lichtquellen zum Einsatz, die eine hochaufgelöste Ausleuchtung bis hin zur Darstellung einzelner Symbole auf der Straße ermöglichen. Beispiele sind Technologien auf Basis von DMDs (DMD: Digital Mirror Device; Spiegelchip), LCDs (LCD: Liquid Crystal Display; Flüssigkristallanzeige), µAFS (AFS: Adaptives Frontbeleuchtungssystem), welche einige tausend Lichtpunkte definiert auf der Straße abbilden können und so eine Art Display darstellen. Diese Technologien erlauben es nun, Symbole oder andere Lichtzeichen direkt vor dem Fahrzeug abzubilden und so dem Fahrer zusätzliche Informationen anzuzeigen, die die Sicherheit bei der Fahrt erhöhen können. Beispielsweise kann durch das Anzeigen einer stilisierten Schneeflocke auf die Gefahr von Glatteis hingewiesen werden. Die zusätzlichen Informationen können auch an weitere Fahrzeuginsassen oder auch andere Verkehrsteilnehmer gerichtet sein. Neben der Projektion von Lichtzeichen durch die Frontscheinwerfer vor das Fahrzeug ist auch die Verwendung weiterer auf den Boden projizierender Systeme möglich. Diese können genutzt werden, um Bodenprojektionen neben oder hinter dem Fahrzeug zu generieren.
In diesem Zusammenhang beschreibt DE 10 2015 012 416 A1 ein Verfahren zum Projizieren eines Lichtmusters mittels einer Beleuchtungsvorrichtung eines Fahrzeugs in eine Umgebung des Fahrzeugs. Bei dem Verfahren wird eine Projektionsfläche in der Umgebung des Fahrzeugs ermittelt. Zudem wird eine Position eines Beobachters bestimmt. In Abhängigkeit von der ermittelten Projektionsfläche und der ermittelten Position des Beobachters erfolgt ein pixelweises Steuern einer Leuchteinheit der Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen des Lichtmusters.
Räumliche und zeitliche Diskrepanzen zwischen der Darstellung und realen Objekten bzw. der Fahrbahn bei einer dynamischen Fahrzeugbewegung wirken sich negativ auf den Eindruck der Überlagerung und entsprechend auf die Funktionalität des Systems aus.
Aufgrund von Unebenheiten der Straße und von Fahrzeugbewegungen wird ein Lichtzeichen gegebenenfalls nicht korrekt auf der Straßenoberfläche dargestellt, es kommt zu einem Verwaschen des Lichtzeichens.
Vor diesem Hintergrund beschreibt US 9,855,887 B1 ein System zur optischen Stabilisierung des Projektionslichts eines Fahrzeugs. Das System umfasst eine Lichtquelle zum Erzeugen und Emittieren von Licht, eine Blende und einen räumlichen Lichtmodulator zum Ändern eines Beleuchtungsmusters des Lichts. Das System umfasst zudem eine Trägheitserfassung. Eine Trägheitserfassungseinheit erzeugt Signale, die eine Position des Fahrzeugs, eine Orientierung des Fahrzeugs oder beides darstellen. Eine Steuereinheit empfängt Signale von der Trägheitserfassungseinheit, um Änderungen der Position oder Orientierung des Fahrzeugs relativ zur Straße zu bestimmen, und sendet Signale an den räumlichen Lichtmodulator, um ein Beleuchtungsmuster des Lichts anzupassen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Lösungen zur Verbesserung der Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Computerprogramm mit Instruktionen gemäß Anspruch 8 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs die Schritte:

- Empfangen von Fahrbahninformationen, die Unebenheiten der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug repräsentieren;
- Ermitteln einer Trajektorie des Kraftfahrzeugs;
- Berechnen von Korrekturwerten für eine Stabilisierung der Projektion des Lichtzeichens auf Basis der Fahrbahninformationen, der Trajektorie und eines Fahrdynamikmodells für das Kraftfahrzeug; und
- Bereitstellen der Korrekturwerte für ein Steuergerät der Projektionsvorrichtung.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogramm Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der folgenden Schritte zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs veranlassen:

Der Begriff Computer ist dabei breit zu verstehen. Insbesondere umfasst er auch Steuergeräte und andere prozessorbasierte Datenverarbeitungsvorrichtungen.
Das Computerprogramm kann beispielsweise für einen elektronischen Abruf bereitgestellt werden oder auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine zum Vorrichtung zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs auf:

- einen Eingang zum Empfangen von Fahrbahninformationen, die Unebenheiten der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug repräsentieren;
- eine Trajektorieneinheit zum Ermitteln einer Trajektorie des Kraftfahrzeugs;
- eine Recheneinheit zum Berechnen von Korrekturwerten für eine Stabilisierung der Projektion des Lichtzeichens auf Basis der Fahrbahninformationen, der Trajektorie und eines Fahrdynamikmodells für das Kraftfahrzeug; und
- einen Ausgang zum Bereitstellen der Korrekturwerte für ein Steuergerät der Projektionsvorrichtu ng.

Unter der Annahme einer korrekten Positionierung des Fahrzeugs durch vorhandene Sensorik, z.B. mittels GPS, Daten einer Frontkamera, etc., und folglich unter der Annahme einer zunächst orts- und zeitkorrekten Darstellung, rückt insbesondere die durch die befahrene Fahrbahn induzierte Bewegung des Fahrzeugaufbaus in den Vordergrund. Aktuelle Sensorik ist nur mit Einschränkungen, insbesondere hinsichtlich Genauigkeit und Latenz, in der Lage, die zur Darstellung von hochaufgelösten Inhalten auf der Straße notwendigen Informationen bereitzustellen.
Die auftretenden Latenzen zwischen den sensorisch ermittelten Informationen zur Beschreibung translatorischer und rotatorischer Bewegungen des Fahrzeugaufbaus und dem Generieren der Bildinhalte können zwar reduziert, jedoch nicht verhindert werden.
Darüber hinaus muss jegliche durch die Steuerung des Fahrzeugs angeregte Bewegung des Fahrzeugaufbaus beachtet werden. Diese induziert ebenfalls eine bei der Darstellung der Bildinhalte zu korrigierende Diskrepanz zwischen der virtuellen Anzeige und dem realen Objekt. Dies betrifft beispielsweise durch Lenken oder Beschleunigen angeregte Bewegungen. Bei den vorgestellten Lösungen wird nicht versucht, die sensorische Einschränkung zu reduzieren oder aufzuheben. Stattdessen werden die zu erwartende Bewegung des Fahrzeugaufbaus und die zur Kompensation erforderlichen Korrekturwerte vorausberechnet.
Erfindungsgemäß wird dazu zunächst das vor dem Fahrzeug befindliche Fahrbahnprofil erfasst. Darüber hinaus wird unter Zuhilfenahme von im Fahrzeug vorhandenen Messdaten die vom Fahrzeug auf den vorausliegenden Fahrbahnprofildaten befahrene Trajektorie berechnet. Auf Grundlage dieser Informationen werden die zu erwartenden Bewegungen des Fahrzeugaufbaus bestimmt und die daran angepassten Korrekturwerte berechnet.
Entsprechend der nun zur Verfügung stehenden Größen können zeitkorrekte Positions- und Winkeldaten zur Bildgenerierung angewendet werden. Die Bildgenerierung stützt sich dabei auf die ermittelten Größen zur Kompensation der Fahrzeugaufbaubewegung und auf die weiteren im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Eingangsgrößen. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird so die ständige orts- und zeitkorrekte Projektion von Lichtzeichen über die Lichterverteilung der Projektionsvorrichtung ermöglicht.
Zur Auswertung der erfassten Informationen kommen regelungstechnische Ansätze zur Vorhersage von Messgrößen bzw. zur Berechnung von Daten zum Einsatz. Speziell Ansätze des Bereichs „Model Predictive Control“, also exemplarisch ein Kalmanfilter oder auch ein neuronales Netz, erlauben die Vorhersage der zuvor genannten Trajektorie.
Zum Berechnen der Korrekturwerte werden die Bewegungen des Kraftfahrzeugs auf Basis eines Fahrdynamikmodells für das Kraftfahrzeug berechnet. Das Fahrdynamikmodell ist beispielsweise ein Einspurmodell, ein Zweispurmodell, ein Halbfahrzeugmodell, ein Ganzfahrzeugmodell oder eine Kombination dieser Modelle.
Das nachgelagerte Fahrdynamikmodell bedient sich der erfassten bzw. ermittelten Fahrbahnprofildaten, der aktuellen Position des Fahrzeuges, der Vorhersage der vom Fahrzeug befahrenen Trajektorie, der Steuerungsvorgabe des Fahrers und gegebenenfalls weiterer fahrzeugspezifischer Daten. Hier sind exemplarisch das Gewicht, die Gewichtsverteilung, der Radstand, Massenträgheitsmomente oder Schwerpunktlage zu nennen. Das Fahrdynamikmodell berücksichtigt zudem Konstruktionsdaten des Fahrzeugs, z.B. Feder- und Dämpferkennlinien des Fahrwerks und Eigenschaften weiterer Fahrwerksbauteile. Hier sei der sogenannte Anschlagpuffer des Dämpfers und die durch einen Schrägeinbau von Feder und Dämpfer notwendige „Übersetzung“ genannt. Es ist auch ein lernendes System denkbar, das durch eine Auswertung von Vergangenheitsdaten Eingangsgrößen für die Berechnung von Korrekturwerten zur Verfügung stellen kann.
Die im Modell abgebildeten mathematischen Zusammenhänge beschreiben die translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade des Fahrzeugaufbaus. Neben klassischen Fahrdynamikmodellen zur Beschreibung von Längs-, Quer- und Vertikaldynamik, wie u.a. ein Einspurmodell, ein Zweispurmodell, ein Halbfahrzeugmodell, ein Ganzfahrzeugmodell und die Kombination dieser Modelle untereinander, können spezielle Modelle zur Beschreibung von Reifeneigenschaften und weitere spezielle Modelle zur Beschreibung des Fahrzeugverhaltens zum Einsatz kommen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung beschreiben die Korrekturwerte horizontale und vertikale Bewegungen des Kraftfahrzeuges. Untersuchungen haben ergeben, dass diese für typische Anzeigeentfernungen den größten Einfluss haben. Eine Beschränkung auf diese Bewegungen reduziert den für die Berechnung der Korrekturwerte erforderlichen Rechenaufwand.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Trajektorie auf Basis von Steuerungsvorgaben eines Fahrers des Kraftfahrzeugs ermittelt. Grundlage für die Bestimmung der Trajektorie sind die Steuerungsvorgaben des Fahrers, z.B. der Lenkwinkel, das Lenkmoment oder die Geschwindigkeit, und gegebenenfalls die sich entsprechend einstellende Fahrzeugreaktion, welche ebenfalls durch Sensorik im Fahrzeug erfasst werden kann. Insbesondere können die Raddrehzahl oder die Gierrate erfasst werden. Die Messgrößen der Fahrzeugreaktion sind jedoch nicht zwingend notwendig, eine Beschreibung der Trajektorie gelingt auch einzig auf Basis der vom Fahrer vorgegebenen Fahrt. Darüber hinaus kann die befahrene Trajektorie alternativ durch positionsbestimmende Verfahren wie GPS und differential GPS beschrieben werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die Fahrbahninformationen aus Daten zumindest eines Sensors des Kraftfahrzeugs oder aus Kartendaten ermittelt. Genutzt werden dabei insbesondere Monokameras, Stereokameras, Lidarsensoren, Radarsensoren, Laserscanner, Ultraschallsensoren oder Sensoren zur Erkennung von Höhenstandswerten eines Fahrwerkes. Alternativ kann die Fahrbahnprofilerfassung durch hochgenaue Kartendaten oder durch in einer Cloud abgelegte Informationen über das Fahrbahnprofil ersetzt werden. Erforderlich für die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens ist die Kenntnis des Höhenprofils der Fahrbahn. Diese Kartendaten werden ebenfalls durch die oben genannten Verfahren zur Beschreibung der Fahrbahnoberfläche generiert oder sind bereits vorhanden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung beim Berechnen der Korrekturwerte ein Beladungszustand des Kraftfahrzeugs berücksichtigt wird. Da auch der Beladungszustand Einfluss auf die Fahrzeugaufbaubewegung hat, ist es sinnvoll, diesen als Eingangsgröße zu erfassen. Beispielsweise kann der Beladungszustand auf Basis der Anzahl der Passagiere und der Beladung des Kofferraums bestimmt werden.
Besonders vorteilhaft wird ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, eingesetzt.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.

1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs;
2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs;
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs;
4 stellt schematisch ein Kraftfahrzeug dar, in dem eine erfindungsgemäße Lösung realisiert ist;
5 zeigt schematisch den Aufbau einer Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs;
6 zeigt ein Beispiel einer Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs;
7 zeigt einen Systementwurf der erfindungsgemäßen Lösung zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs; und
8 illustriert die translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade bei der F ahrzeugaufbaubewegu ng.

Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Beispielsweise beschreiben die Korrekturwerte horizontale und vertikale Bewegungen des Kraftfahrzeugs. In einem ersten Schritt werden Fahrbahninformationen empfangen 10, die Unebenheiten der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug repräsentieren. Die Fahrbahninformationen können beispielsweise aus Daten zumindest eines Sensors des Kraftfahrzeugs oder aus Kartendaten ermittelt werden. Beispiele für geeignete Sensoren sind Kameras, Lidarsensoren, Radarsensoren, Laserscanner, Ultraschallsensoren, etc. Zudem wird eine Trajektorie des Kraftfahrzeugs ermittelt 11, z.B. auf Grundlage von Steuerungsvorgaben eines Fahrers des Kraftfahrzeugs. Auf Basis der Fahrbahninformationen und der Trajektorie werden Korrekturwerte für eine Stabilisierung der Projektion des Lichtzeichens berechnet 12. Dazu werden Bewegungen des Kraftfahrzeugs auf Basis eines Fahrdynamikmodells für das Kraftfahrzeug berechnet. Dabei kann ein Beladungszustand des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. Das Fahrdynamikmodell kann z.B. ein Einspurmodell, ein Zweispurmodell, ein Halbfahrzeugmodell, ein Ganzfahrzeugmodell oder eine Kombination dieser Modelle sein. Die Korrekturwerte werden schließlich für ein Steuergerät der Projektionsvorrichtung bereitgestellt 13.
2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 20 zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Korrekturwerte können z.B. horizontale und vertikale Bewegungen des Kraftfahrzeugs beschreiben. Die Vorrichtung 20 hat einen Eingang 21, über den Fahrbahninformationen FS, FK empfangen werden können, die Unebenheiten der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug repräsentieren. Die Fahrbahninformationen FS, FK können beispielsweise aus Daten zumindest eines Sensors des Kraftfahrzeugs oder aus Kartendaten ermittelt werden. Beispiele für geeignete Sensoren sind Kameras, Lidarsensoren, Radarsensoren, Laserscanner, Ultraschallsensoren, etc. Die Vorrichtung 20 hat zudem eine Trajektorieneinheit 22 zum Ermitteln einer Trajektorie des Kraftfahrzeugs, z.B. auf Grundlage von Steuerungsvorgaben eines Fahrers des Kraftfahrzeugs. Eine Recheneinheit 23 berechnet Korrekturwerte KW für eine Stabilisierung der Projektion des Lichtzeichens auf Basis der Fahrbahninformationen FS, FK und der Trajektorie. Dazu berechnet die Recheneinheit 23 Bewegungen des Kraftfahrzeugs auf Basis eines Fahrdynamikmodells für das Kraftfahrzeug. Dabei kann die Recheneinheit 23 einen Beladungszustand des Kraftfahrzeugs berücksichtigen. Das Fahrdynamikmodell kann z.B. ein Einspurmodell, ein Zweispurmodell, ein Halbfahrzeugmodell, ein Ganzfahrzeugmodell oder eine Kombination dieser Modelle sein. Über einen Ausgang 26 der Vorrichtung 20 werden die Korrekturwerte KW für ein Steuergerät 42 der Projektionsvorrichtung bereitgestellt. Das Steuergerät 42 kann dann die Projektion durch die Projektionsvorrichtung entsprechend der ermittelten Korrekturwerte KW anpassen.
Die Trajektorieneinheit 22 und die Recheneinheit 23 können von einer Kontrolleinheit 24 gesteuert werden. Über eine Benutzerschnittstelle 27 können gegebenenfalls Einstellungen der Trajektorieneinheit 22, der Recheneinheit 23 oder der Kontrolleinheit 24 geändert werden. Die in der Vorrichtung 20 anfallenden Daten können bei Bedarf in einem Speicher 25 der Vorrichtung 20 abgelegt werden, beispielsweise für eine spätere Auswertung oder für eine Nutzung durch die Komponenten der Vorrichtung 20. Die Trajektorieneinheit 22, die Recheneinheit 23 sowie die Kontrolleinheit 24 können als dedizierte Hardware realisiert sein, beispielsweise als integrierte Schaltungen. Natürlich können sie aber auch teilweise oder vollständig kombiniert oder als Software implementiert werden, die auf einem geeigneten Prozessor läuft, beispielsweise auf einer GPU. Der Eingang 21 und der Ausgang 26 können als getrennte Schnittstellen oder als eine kombinierte bidirektionale Schnittstelle implementiert sein. In 2 ist die Vorrichtung 20 als eigenständige Komponente dargestellt. Sie kann aber auch in andere Komponenten des Kraftfahrzeugs integriert werden, beispielsweise in das Steuergerät 42 der Projektionsvorrichtung.
3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung 30 zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die Projektion eines Lichtzeichens durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung 30 weist einen Prozessor 32 und einen Speicher 31 auf. Beispielsweise handelt es sich bei der Vorrichtung 30 um einen Computer oder ein Steuergerät. Im Speicher 31 sind Instruktionen abgelegt, die die Vorrichtung 30 bei Ausführung durch den Prozessor 32 veranlassen, die Schritte gemäß einem der beschriebenen Verfahren auszuführen. Die im Speicher 31 abgelegten Instruktionen verkörpern somit ein durch den Prozessor 32 ausführbares Programm, welches das erfindungsgemäße Verfahren realisiert. Die Vorrichtung 30 hat einen Eingang 33 zum Empfangen von Informationen, beispielsweise von Sensordaten. Vom Prozessor 32 generierte Daten werden über einen Ausgang 34 bereitgestellt. Darüber hinaus können sie im Speicher 31 abgelegt werden. Der Eingang 33 und der Ausgang 34 können zu einer bidirektionalen Schnittstelle zusammengefasst sein.
Der Prozessor 32 kann eine oder mehrere Prozessoreinheiten umfassen, beispielsweise Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder Kombinationen daraus.
Die Speicher 25, 31 der beschriebenen Ausführungsformen können sowohl volatile als auch nichtvolatile Speicherbereiche aufweisen und unterschiedlichste Speichergeräte und Speichermedien umfassen, beispielsweise Festplatten, optische Speichermedien oder Halbleiterspeicher.
4 stellt schematisch ein Kraftfahrzeug 40 dar, in dem eine erfindungsgemäße Lösung realisiert ist. Das Kraftfahrzeug 40 weist eine Projektionsvorrichtung 41 mit einem zugehörigen Steuergerät 42 auf. Weiterhin weist das Kraftfahrzeug 40 eine Kamera 43, weitere Umgebungssensoren 44 und eine Vorrichtung 20 zum Bereitstellen von Korrekturwerten für die die Projektion von Lichtzeichen durch die Projektionsvorrichtung 41 auf. Die Vorrichtung 20 kann beispielsweise in das Steuergerät 42 der Projektionsvorrichtung 41 integriert sein. Weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs 40 sind ein Navigationssystem 45, eine Datenübertragungseinheit 46 sowie eine Reihe von Assistenzsystemen 47, von denen eines exemplarisch dargestellt ist. Mittels der Datenübertragungseinheit 46 kann eine Verbindung zu Dienstanbietern aufgebaut werden. Zur Speicherung von Daten ist ein Speicher 48 vorhanden. Der Datenaustausch zwischen den verschiedenen Komponenten des Kraftfahrzeugs 40 erfolgt über ein Netzwerk 49.
5 zeigt schematisch den Aufbau einer Projektionsvorrichtung 41 eines Kraftfahrzeugs 40. Eine Lichtquelle 50, in diesem Beispiel ein Laser, emittiert einen Lichtstrahl 51, der von einem Konverter 52 in weißes Licht umgewandelt wird. Der Konverter 52 kann beispielsweise ein Phosphor-Element sein. Das resultierende weiße Licht wird von einer ersten Linse 53 auf einen Spiegelchip 54 gelenkt, der eine Vielzahl von beweglichen, ansteuerbaren Mikrospiegeln 55 aufweist. Die Mikrospiegel 55 sind in 5 nur in Form ihrer insgesamt belegten Fläche dargestellt. Je nach gewünschter Auflösung der Projektionsvorrichtung 41 können einige Tausend bis zu mehrere Millionen Mikrospiegel 55 vorgesehen sein. Durch eine gezielte Ansteuerung der Mikrospiegel 55 wird eine gewünschte Lichtverteilung generiert, die schließlich mittels einer zweiten Linse 56 auf die Straße projiziert wird. Alternativ zur Verwendung eines Spiegelchips 54 mit einer Vielzahl von Mikrospiegeln 55 ist es ebenso möglich, den von der Lichtquelle 50 emittierten Lichtstrahl 51 mit einem einzelnen, sehr schnell beweglichen Mikrospiegel gezielt umzulenken und anschließend auf den Konverter 52 treffen zu lassen. Bei dieser Ausführungsform wird die gewünschte Lichtverteilung durch das kontrollierte Ein- und Ausschalten der Lichtquelle 50 in Abhängigkeit von der Position des Mikrospiegels 55 realisiert.
6 zeigt ein Beispiel einer Projektion eines Lichtzeichens 60 durch eine Projektionsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs 40. Das Kraftfahrzeug 40 nähert sich einer Einmündung, an der der Fahrer des Kraftfahrzeugs 40 die Vorfahrt gewähren muss. Um den Fahrer auf diesen Umstand aufmerksam zu machen, projiziert die Projektionsvorrichtung des Kraftfahrzeugs 40 zwei Lichtzeichen 60 auf die Straße. Bei den Lichtzeichen 60 handelt es sich zum einen um die Darstellung eines Verkehrszeichens, das die zu gewährende Vorfahrt vermittelt, zum anderen um eine Entfernungsangabe, die die Entfernung bis zur Einmündung angibt. Diese kann z.B. schrittweise bei Annäherung an die Einmündung angepasst werden. Die dargestellten Elemente beruhen auf Informationen, die von Fahrzeugsensoren erfasst oder anhand von Kartendaten ermittelt wurden. Für die konkrete Gestaltung der Darstellung stehen dem Fachmann vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten zur Verfügung.
7 zeigt einen schematischen Systementwurf der erfindungsgemäßen Lösung. Auf Grundlage von gemessenen Sensordaten SD, die durch eine im Fahrzeug vorhandene Sensorik bereitgestellt werden, erfolgt eine Erfassung 70 des vor dem Fahrzeug befindlichen Fahrbahnprofils. Alternativ kann die Fahrbahnprofilerfassung 70 unter Verwendung von hochgenauen Kartendaten KD umgesetzt werden. Wichtig ist die Kenntnis des Höhenprofils der Fahrbahn. Die resultierenden Fahrbahninformationen FS aus den Sensordaten SD bzw. die Fahrbahninformationen FK aus den Kartendaten KD werden für eine Weiterverarbeitung bereitgestellt. Darüber hinaus erfolgt eine Vorhersage 71 der Fahrzeugtrajektorie TR. Dazu wird unter Zuhilfenahme von im Fahrzeug vorhandenen Messgrößen, z.B. bezüglich Lenkwinkel, Geschwindigkeit, Raddrehzahl, etc., die vom Fahrzeug auf den vorliegenden Fahrbahnprofildaten befahrene Trajektorie TR berechnet und mit klassischen regelungstechnischen Ansätzen vorhergesagt. Das nachgelagerte Fahrdynamikmodell 72 bedient sich der bekannten Fahrbahninformationen FS, FK, der Vorhersage der vom Fahrzeug befahrenen Trajektorie TR, der Steuerungsvorgaben SV des Fahrers sowie gegebenenfalls weiterer fahrzeugspezifischer Daten, z.B. bezüglich Gewichtsverteilung, Radstand, Massenträgheitsmomente, etc. Einige Parameter des Fahrdynamikmodells werden nicht entsprechend der realen Bauteile angenommen, insbesondere in Hinblick auf Vereinfachungen im Modell, die der Verkürzung der Rechenzeit dienen. Damit die durch das entsprechend vereinfachte Modell berechneten Korrekturwerte bzw. Ausgangsgrößen weiterhin den als Referenz herangezogenen Messdaten entsprechen, werden die entsprechenden Parameter durch klassische regelungstechnische Verfahren optimiert. Dies geschieht in der Regel offline, also einmalig bei der ersten Inbetriebnahme des Systems. Optional kann aber eine Erfassung 74 eher leicht veränderlicher Fahrzeugparameter FP erfolgen. Diese können dann auch Online, also im laufenden Betrieb, optimiert bzw. nachgeführt werden. Beispiele für solche Parameter sind der Beladungszustand oder die über die Lebensdauer eintretende Alterung eines Dämpfers. Zusätzlich kann optional eine Erfassung 75 von Umgebungsparametern UP erfolgen, die im Modell berücksichtigt werden können. Ein Beispiel dafür ist die Außentemperatur, die einen Einfluss auf das Verhalten der Dämpfer im Fahrwerk hat. Die im Fahrdynamikmodell 72 abgebildeten mathematischen Zusammenhängen beschreiben alle translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade des Fahrzeugaufbaus. Diese zeitkorrekten Positions- und Winkeldaten werden in Form von Korrekturwerten KW einer Bildgenerierung 73 zur Verfügung gestellt und ermöglichen entsprechend die ständige orts- und zeitkorrekte Projektion von Lichtzeichen über die Lichterverteilung der Projektionsvorrichtung.
8 illustriert die translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade bei der Fahrzeugaufbaubewegung. Bei den translatorischen Freiheitsgraden ist zu unterscheiden zwischen Längsbewegungen entlang der Längsachse (x),Querbewegungen entlang der Querachse (γ) und Hubbewegungen entlang der Hochachse (z). Bei den rotatorischen Freiheitsgraden sind das Wanken um die Längsachse (κ), das Nicken um die Querachse (ϑ) und das Gieren um die Hochachse (ψ) zu betrachten.
Bezugszeichenliste

10: Empfangen von Fahrbahninformationen
11: Ermitteln einer Trajektorie des Kraftfahrzeugs
12: Berechnen von Korrekturwerten für eine Stabilisierung der Projektion
13: Bereitstellen der Korrekturwerte
20: Vorrichtung
21: Eingang
22: Trajektorieneinheit
23: Recheneinheit
24: Kontrolleinheit
25: Speicher
26: Ausgang
27: Benutzerschnittstelle
30: Vorrichtung
31: Speicher
32: Prozessor
33: Eingang
34: Ausgang
40: Kraftfahrzeug
41: Projektionsvorrichtung
42: Steuergerät der Projektionsvorrichtung
43: Kamera
44: Umgebungssensor
45: Navigationssystem
46: Datenübertragungseinheit
47: Assistenzsystem
48: Speicher
49: Netzwerk
50: Lichtquelle
51: Lichtstrahl
52: Konverter
53: Erste Linse
54: Spiegelchip
55: Mikrospiegel
56: Zweite Linse
60: Lichtzeichen
70: Fahrbahnprofilerfassung
71: Vorhersage der Fahrzeugtrajektorie
72: Fahrdynamikmodell
73: Bildgenerierung
74: Erfassung von Fahrzeugparametern
75: Erfassung von Umgebungsparametern
FK: Fahrbahninformation aus Kartendaten
FP: Fahrzeugparameter
FS: Fahrbahninformation aus Sensordaten
KD: Kartendaten
KW: Korrekturwert
SD: Sensordaten
SV: Steuerungsvorgabe
TR: Trajektorie
UP: Umgebungsparameter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015012416 A1 [0003]
US 9855887 B1 [0006]

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von Korrekturwerten (KW) für die Projektion eines Lichtzeichens (60) durch eine Projektionsvorrichtung (41) eines Kraftfahrzeugs (40), mit den Schritten: - Empfangen (10) von Fahrbahninformationen (FS, FK), die Unebenheiten der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug (40) repräsentieren; - Ermitteln (11) einer Trajektorie (TR) des Kraftfahrzeugs (40); - Berechnen (12) von Korrekturwerten (KW) für eine Stabilisierung der Projektion des Lichtzeichens (60) auf Basis der Fahrbahninformationen (FS, FK), der Trajektorie (TR) und eines Fahrdynamikmodells für das Kraftfahrzeug (40); und - Bereitstellen (13) der Korrekturwerte (KW) für ein Steuergerät (42) der Projektionsvorrichtung (41).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Korrekturwerte (KW) horizontale und vertikale Bewegungen des Kraftfahrzeugs (40) beschreiben.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Trajektorie (TR) auf Basis von Steuerungsvorgaben (SV) eines Fahrers des Kraftfahrzeugs (40) ermittelt wird (11).
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Fahrbahninformationen (FS, FK) aus Daten (SD) zumindest eines Sensors (43, 44) des Kraftfahrzeugs (40) oder aus Kartendaten (KD) ermittelt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der zumindest eine Sensor (43, 44) des Kraftfahrzeugs (40) eine Kamera, ein Lidarsensor, ein Radarsensor, ein Laserscanner oder ein Ultraschallsensor ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Fahrdynamikmodell ein Einspurmodell, ein Zweispurmodell, ein Halbfahrzeugmodell, ein Ganzfahrzeugmodell oder eine Kombination dieser Modelle ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei beim Berechnen (12) der Korrekturwerte (KW) ein Beladungszustand des Kraftfahrzeugs (40) berücksichtigt wird.
Computerprogramm mit Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Bereitstellen von Korrekturwerten (KW) für die Projektion eines Lichtzeichens (60) durch eine Projektionsvorrichtung (41) eines Kraftfahrzeugs (40) veranlassen.
Vorrichtung (20) zum Bereitstellen von Korrekturwerten (KW) für die Projektion eines Lichtzeichens (60) durch eine Projektionsvorrichtung (41) eines Kraftfahrzeugs (40), mit: - einem Eingang (21) zum Empfangen (10) von Fahrbahninformationen (FS, FK), die Unebenheiten der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug (40) repräsentieren; - einer Trajektorieneinheit (22) zum Ermitteln (11) einer Trajektorie (TR) des Kraftfahrzeugs (40); - einer Recheneinheit (23) zum Berechnen (12) von Korrekturwerten (KW) für eine Stabilisierung der Projektion des Lichtzeichens (60) auf Basis der Fahrbahninformationen (FS, FK), der Trajektorie (TR) und eines Fahrdynamikmodells für das Kraftfahrzeug (40); und - einem Ausgang (26) zum Bereitstellen (13) der Korrekturwerte (KW) für ein Steuergerät (42) der Projektionsvorrichtung (41).
Kraftfahrzeug (40) mit einer Projektionsvorrichtung (41), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (40) eine Vorrichtung (20) gemäß Anspruch 9 aufweist oder eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Bereitstellen von Korrekturwerten (KW) für die Projektion eines Lichtzeichens (60) durch die Projektionsvorrichtung (41) auszuführen.