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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abstandsmessung eines Fahrzeugs zu einem weiteren Verkehrsobjekt.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Systeme zur Abstandsmessung von Fahrzeugen auf weitere Verkehrsobjekte bekannt. Dabei wird in der Regel der Abstand durch Auswertung von Kamera- und/oder Radarsignalen ermittelt.
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Die
DE 10 2016 213 475 A1 und
DE 10 2016 220 230 A1 offenbaren ein System, bei dem ein Folgefahrzeug die Distanzen zwischen Hell-Dunkel-Grenzen der Schattenwürfe der Vorderfahrzeuge ausmisst. Die
DE 10 2018 203 242 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem das Fahrzeug seine eigene Fahrzeughöhe durch Triangulation anhand des Sonnenstands vermisst.
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Aus der noch unveröffentlichten
DE 10 2020 111 471 A1 ist ein Verfahren zur Bilderkennung für ein automatisiert fahrendes Fahrzeug bekannt, wobei Bilddaten eines Referenzobjekts und eines zu bemessenden Objekts erfasst werden, und daraus eine Standardabmessung des Referenzobjekts und eine Abmessung des zu bemessenden Objekts basierend auf der Standardabmessung des Referenzobjekts ermittelt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Alternativverfahren zur Abstandsmessung eines Fahrzeugs zu einem weiteren Verkehrsobjekt bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, aus einer Kombination aus der Information aus tatsächlichem Sonnenstand, der Auswertung eines mittels Kamera erfassten Schattenwurfs des Fahrzeugs und der Ausrichtung des Fahrzeugs relativ zum Sonnenstand eine Abstandsmessung vorzunehmen. Der Ansatz sieht dabei vor, den eigenen Schattenwurf, welcher idealerweise 360 Grad um das Fahrzeug gemessen werden kann, zu vermessen und daraus den Abstand zu einem weiteren Verkehrsteilnehmer zu ermitteln. Dabei kann bspw. ein Fahrzeug (im Bereich von 180 Grad) seine eigenen Schattenwurf nach vorne bestimmen und den Abstand zwischen eigenem Fahrzeug und einem Vorderfahrzeug berechnen. Respektive kann das Vorderfahrzeug mittels einer heckwertigen Kamera seinen Schattenwurf nach hinten bestimmen und somit den Abstand zw. Vorderfahrzeug - Folgefahrzeug verifizieren.
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Basierend auf dem Gedanken wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Abstandsmessung eines Fahrzeugs zu einem weiteren Verkehrsobjekt (z. B. Fahrzeug, Schild) vorgeschlagen, das folgende Schritte umfasst:
- - Bereitstellen einer Information betreffend eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche natürliche oder künstliche Lichtquelle über eine Datenschnittstelle,
- - Vermessen eines im Umfeld des Fahrzeugs vorhandenen Schattenwurfs in seinen Dimensionen,
- - Abgleich der bereitgestellten Information betreffend die Lichtquelle und/oder des vermessenen Schattenwurfs mit in einer digitalen Karte hinterlegten Routeninformationen,
- - Ermitteln einer Schattenwurflänge des vermessenen Schattenwurfs basierend auf dem Abgleich, und
- - Ermitteln des Abstands zu dem weiteren Verkehrsobjekt durch Dimensionsvergleich der ermittelten Schattenwurflänge mit einer abgeschätzten Restdistanz (positiv oder negativ) zwischen dem Schattenwurf und dem Verkehrsobjekt.
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Analog dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abstandsmessung eines Fahrzeugs zu einem weiteren Verkehrsobjekt (Fahrzeug, Schild) nachfolgende Komponenten:
- - eine Erfassungseinheit zum Bereitstellen einer Information betreffend eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche natürliche oder künstliche Lichtquelle über eine Datenschnittstelle,
- - eine Vermessungseinheit zum Vermessen eines im Umfeld des Fahrzeugs vorhandenen Schattenwurfs in seinen Dimensionen,
- - eine Abgleicheinheit zum Abgleich der bereitgestellten Information betreffend die Lichtquelle und/oder des vermessenen Schattenwurfs mit in einer digitalen Karte hinterlegten Routeninformationen,
- - eine ersten Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer Schattenwurflänge des vermessenen Schattenwurfs basierend auf dem Abgleich, und
- - eine zweite Ermittlungseinheit zum Ermitteln des Abstands zu dem weiteren Verkehrsobjekt durch Dimensionsvergleich der ermittelten Schattenwurflänge mit einer abgeschätzten Restdistanz, wobei
die einzelnen Komponenten separat oder in beliebiger Kombination zusammengefasst sein können.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich durch die minimalen Hardwareanforderungen, die zur Implementierung der Erfindung notwendig sind. Insbesondere können zur Implementierung der Erfindung im Fahrzeug folgende (bereits vorhandene) Komponenten bzw. Systeme eingesetzt werden:
- - nach vorne gerichtetes Kamerasystem (z. B. Stereokamerasystem),
- - optional: bereits vorhandenes Surround-View Kamera-System,
- - Bildauswertungssoftware (Objekterkennung),
- - CPU mit Speicher,
- - Navigationssystem (z. B. mit digitaler Karte und Map Matching),
- - Internetverbindung (Datenverbindung zu einem externen Server),
- - Car-to-Car-Kommunikation (WLAN, Mobilfunk o.ä.) / Car-to-Infrastruktur-Kommunikation / Car-to-Mobile/Handheld/Tablet (UMTS, WLAN, Bluetooth etc.), und/oder
- - Handy-Connectivity.
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Da moderne Fahrzeuge oft bereits mit einer entsprechenden On-Board Sensorik (z. B. nach vorne gerichtete Stereokamera) ausgestattet sind, ist die Erfindung mit geringen Mehrkosten zu realisieren, da bei klarem, teiltrüben Wetter lediglich mittels der Auswertung der Schattenwurflänge des eigenen Fahrzeugs durch die eigene Stereokamera auf den Abstand zum Vordermann geschlossen werden kann.
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Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem weiteren Verkehrsobjekt um einen weiteren Verkehrsteilnehmer, insb. einen vorausfahrenden oder nachfolgenden Verkehrsteilnehmer. Ebenso kann es sich bei dem weiteren Verkehrsobjekt auch um parkende Fahrzeuge, Fußgänger und/oder Verkehrsinfrastruktureinrichtungen handeln.
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Um einen größtmöglichen Einsatz der Erfindung ermöglichen zu können, ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass es sich bei der Information betreffend eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche Lichtquelle um eine natürliche Lichtquelle (Sonne, Mond) handelt. Als Information einer natürlichen Lichtquelle können Informationen zur Intensität des Sonnenlichts/Mondlichts und/oder zum aktuellen Sonnenstand/Mondstand und/oder zum Einstrahlwinkel der Sonne/des Monds bereitgestellt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch die Information einer künstlichen Lichtquelle berücksichtigt werden. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Bereitstellen einer Information betreffend eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche Lichtquelle zumindest bei fehlender Information betreffend eine natürliche Lichtquelle ein Bereitstellen einer Information betreffend eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche künstliche Lichtquelle betrifft.
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Um ein möglichst genaues Ergebnis erzielen zu können, ist vorteilhafterweise der Schattenwurf eines Gegenstands zu vermessen, dessen geometrische Maße und dessen relative Position zur Sensorik, die den Schattenwurf identifiziert, bekannt sind. Da die Geometrie des Fahrzeugs bzw. dessen Abmaße im Fahrzeug und die relative Position der Sensorik im Fahrzeug bekannt sind, wird vorteilhafterweise der Schattenwurf des eigenen Fahrzeugs, insbesondere der eigene Schattenwurf nach vorne vermessen. Je nach Ausstattung und Lage der Sensorik kann zusätzlich oder alternativ auch der eigene Schattenwurf nach hinten oder seitlich des Fahrzeugs vermessen werden.
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Zudem umfasst der Abgleich der bereitgestellten Information betreffend die Lichtquelle und/oder des vermessenen Schattenwurfs mit in einer digitalen Karte hinterlegten Routeninformationen vorteilhafterweise einen Abgleich der Informationen mit dem Straßenverlauf und/oder der Routenführung, da der Straßenverlauf und/oder die Routenführung einen wesentlichen Einfluss auf den Schattenwurf haben.
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Um den Abstand des Fahrzeug zu einem weiteren Verkehrsobjekt unter Berücksichtigung des Schattenwurfs ermitteln zu können, wird vorteilhafterweise die Restdistanz zwischen dem Schattenwurf und dem Verkehrsobjekt basierend auf der ermittelten Schattenwurflänge und den vorhandenen (Bild-)Informationen abgeschätzt. Je nach Abstand des Verkehrsobjekts zum Fahrzeug und dem Sonnenstand kann die Restdistanz positiv oder negativ sein. Eine negative Restdistanz ergibt sich, wenn der vermessene Schattenwurf nicht vollständig auf dem Untergrund abgebildet wird, sondern auf das Verkehrsobjekt trifft.
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Die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle und in den Patentansprüchen nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen den vorstehend beschriebenen oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 eine erste beispielhafte schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit nach vorne gerichtetem Schattenwurf,
- 2 eine zweite beispielhafte schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit nach vorne gerichtetem Schattenwurf,
- 3 eine dritte bis fünfte beispielhafte Darstellung eines Fahrzeugs mit verschiedenen nach hinten gerichteten Schattenwürfen,
- 4 eine vereinfachte Darstellung zweier Folgefahrtsituationen,
- 5 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 6 eine beispielhafte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die 1 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einer nach vorne gerichteten Stereokamera K1v, wobei das Fahrzeug 1 aufgrund des aktuellen Stands der Sonne S einen nach vorne gerichteten Schattenwurf SW1 mit einer Schattenwurflänge l1 erzeugt. Mittels der nach vorne gerichteten Stereokamera K1v, die einen maximalen Kamerawinkel aK1 vmax aufweist, kann im Bereich BK1 ein möglicher Schattenwurf im Umfeld des Fahrzeugs 1, insb. ein nach vorne gerichteter Schattenwurf des Fahrzeugs 1 detektiert und vermessen werden.
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Die 2 zeigt eine ähnliche Verkehrssituation mit dem Fahrzeug 1, wobei die Position der Sonne S verändert ist. Aufgrund des seitlichen Lichteinfalls der Sonne S ergibt sich ein zur Fahrzeuglängsausrichtung (bedingt durch den Straßenverlauf) versetzter Schattenwurf SW2 mit geringerer Schattenwurflänge 12.
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Die 3 zeigt eine Verkehrssituation für ein Fahrzeug 1 mit Sonnenlicht von vorne. Aufgrund der Position der Sonne S wirft das Fahrzeug 1 keinen Schatten nach vorne, so dass die nach vorne gerichtete Stereokamera K1v keine Informationen über einen eigenen Schattenwurf bereitstellen kann. Ist das Fahrzeug 1 - wie in diesem Beispiel - mit einer nach hinten gerichteten Kamera K1h ausgestattet, kann innerhalb des Erfassungsbereichs BK2 der nach hinten gerichteten Kamera K1h ein möglicher Schattenwurf des Fahrzeugs 1 erfasst und vermessen werden.
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Die Darstellung zeigt verschiedene mögliche Positionen des Fahrzeugs 1. Aufgrund der relativen Position des Fahrzeugs 1 zur Sonne S ergeben sich unterschiedliche Schattenwürfe SW3, SW4 und SW5 mit jeweils unterschiedlicher Schattenwurflänge I3, I4 und I5.
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Die 4 zeigt eine vereinfachte Darstellung zweier Folgefahrtsituationen des Fahrzeugs 1 mit vorausfahrendem Fahrzeug 2 zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Abstandsmessung. In beiden Situationen wirft das mit nach vorne ausgerichteter Kamera K1v ausgestattete Fahrzeug 1 aufgrund der Sonneneinstrahlung von hinten einen Schattenwurf SW6 bzw. SW 7 nach vorne.
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Die Abmessungen des Schattenwurfs SW6 bzw. SW7 basieren auf dem aktuellen Stand der Sonne S, der Position des Fahrzeugs 1, der Außenmaße des Fahrzeugs 1 und dem Umfeld bzw. der Straßenlage vor dem Fahrzeug 1. Der Erfassungsbereich der Kamera K1v ist durch die Geometrie des Fahrzeugs 1 (Motorhaube) und die die Ausgestaltung der Kamera K1v nach oben und nach vorne begrenzt.
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Aufgrund der Distanz zwischen den beiden Fahrzeugen 1 und 2 in der oberen Darstellung wird der Schattenwurf SW6 vollständig auf der Straße abgebildet. Im Gegensatz dazu kann bei der unteren Darstellung der Schattenwurf SW7 nicht vollständig auf der Straße abgebildet werden, da der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug 2 geringer ist als die Länge des Schattenwurfs (ohne Vorderfahrzeug).
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Fall t1:
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Wenn der relative Einfallswinkel der Sonne α_Sonne(t1), die Fahrzeughöhe des Egofahrzeugs Z_Fzg. 1, die Einbauhöhe der Kamera K1v im Fahrzeug 1 und der Straßenanstellwinkel bekannt ist, dann lässt sich die Länge des Schattenwurfs SW6 auf der Straße mit der Winkelfunktion Tanges wie folgt berechnen:
- Schattenwurflänge der Fahrbahn plus Motorhaube abhängig von Sonnenstand und Straßenführung SWL+ = Einbauhöhe der Kamera K1v des Fzg. 1 / tangens(α_Sonne(t1)).
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Wird davon die (bekannte) Länge der Motorhaube IM noch abgezogen, ergibt sich die Schattenwurflänge SWL auf der Fahrbahn abhängig von Sonnenstand und Straßenführung.
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Wenn - wie im oberen Fall - eine Restdistanz RD zwischen Schattenwurf SW6 auf der Fahrbahn und vorausfahrendem Fahrzeug übrig bleibt (Fall t1), dann ist es möglich, über eine „Dreisatzrechnung“ bzw. über andere bekannte Verfahren die Restdistanz RD (restliche Distanz zum Vorderfahrzeug, welche ab Schattenwurf des Egofahrzeugs bis zum Heck des Vorderfahrzeugs reicht) zu ermitteln.
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Fall t2:
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Ist die „Distanz“ zwischen den beiden Fahrzeugen 1 und 2 - wie im unteren Fall - kleiner als der mögliche Schattenwurf auf der Fahrbahn ist (Fall t2), erfolgt die Ermittlung der der Schattenwurfhöhe am Vorderfahrzeug SWh über die Stereokamera K1v. Hierfür kann die Fahrzeughöhe des Fahrzeugtyps in Form einer „Hüllkurve“ auf einem Server oder on-board abrufbar verfügbar gemacht werden. Anhand der Lichtkante am Heck des Vorderfahrzeugs kann mit den CAD-Daten des Fahrzeugsexterieurs die Höhe des Fahrzeugs ab der Lichtkante bis Bodenniveau (=SWh) abgeschätzt werden. Somit sind beide Höhen bekannt und das innere Dreieck kann mit neuer Höhe d = Einbauhöhe der Kamera in Fahrzeug 1 - SWh ermittelt werden. Der Abstand zwischen Fahrzeug 1 und Fahrzeug 2 ist dann durch d / tangens(a_Sonne(t2)) - Motorhaubenlänge
ermittelbar.
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In Ergänzung zu dem Vermessen des eigenen Schattenwurfs mit eigener on-board Hardware kann bei einer Konstellation eines Vorder- und Folgefahrzeugs jedoch bei frontaler Sonneneinstrahlung die nach vorne gerichtete Stereokamera K1v des Fahrzeugs 1 den nach hinten gerichteten Schattenwurf von Fahrzeug 2 ermitteln und diese Information an das Vorderfahrzeug zur Verfügung stellen. Analog verhält es sich bei heckwärtigem Sonnenlichteinfall mit einer heckwärtig gerichteten Kamera K2h eines Fahrzeugs 2 bei der Vermessung des Schattenwurfs eines Folgefahrzeugs 1. Somit kann auch der Schattenwurf eines Fremdfahrzeugs durch on-board Hardware eines eigenen Fahrzeugs ermittelt werden und die Schattenwurflängen im Netzwerk ausgetauscht werden.
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Die 5 zeigt ein stark vereinfachtes Ablaufdiagramm zur erfindungsgemäßen Abstandsmessung. Das Verfahren beginnt im Schritt 10 mit einem Bereitstellen einer Information betreffend eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche Lichtquelle, insb. der Sonne, über eine Datenschnittstelle, wobei die Datenschnittstelle eine Schnittstelle zu außerhalb des Fahrzeugs vorhandenen Informationen betreffend die Lichtquelle darstellt. Bei der Information betreffend die Lichtquelle handelt es sich um Informationen betreffend die Intensität des Lichts und/oder den aktuellen Lichtquellenstand und/oder den Einstrahlwinkel der Lichtquelle.
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Im nächsten Schritt 20 erfolgt ein Vermessen eines im Umfeld des Fahrzeugs (vor, um das Fahrzeug) entstehenden Schattenwurf des eigenen oder fremden Fahrzeugs in seinen Dimensionen.
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Im Schritt 30 erfolgt ein Abgleich der bereitgestellten Information betreffend die Lichtquelle und des vermessenen Schattenwurfs mit in einer digitalen Karte hinterlegten Routeninformationen. Der Abgleich der bereitgestellten Informationen und des vermessenen Schattenwurfs mit in einer digitalen Karte hinterlegten Routeninformationen umfasst einem Abgleich der Informationen mit dem Straßenverlauf und/oder der Routenführung. Basierend auf diesem Abgleich wird im Schritt 40 die Schattenwurflänge ermittelt.
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Abschließend erfolgt im Schritt 50 ein Ermitteln des Abstands zu dem weiteren Verkehrsobjekt durch Dimensionsvergleich der ermittelten Schattenwurflänge mit einer abgeschätzten Restdistanz (positiv oder negativ) zwischen dem Schattenwurf des eigenen Fahrzeugs und dem Verkehrsobjekt, zudem der Abstand ermittelt werden soll.
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Die 6 zeigt nun eine Vorrichtung zur Durchführung obigen Verfahrens. Diese Vorrichtung umfasst einer Erfassungseinheit EE zum Bereitstellen einer Information betreffend eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche Lichtquelle über eine Datenschnittstelle DS, einer Vermessungseinheit VE zum Vermessen eines im Umfeld des Fahrzeugs entstehenden Schattenwurf des eigenen Fahrzeugs in seinen Dimensionen und eine Abgleich- und Ermittlungseinheit AuE zum Abgleich der bereitgestellten Information und/oder des vermessenen Schattenwurfs mit in einer digitalen Karte hinterlegten Routeninformationen (Straßenverlauf, Routenführung), zum Ermitteln einer Schattenwurflänge basierend auf dem Abgleich und zum Ermitteln des Abstands zu dem weiteren Verkehrsobjekt durch Dimensionsvergleich der ermittelten Schattenwurflänge mit einer abgeschätzten Restdistanz zwischen dem Schattenwurf und dem Verkehrsobjekt, zu dem der Abstand ermittelt werden soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016213475 A1 [0003]
- DE 102016220230 A1 [0003]
- DE 102018203242 A1 [0003]
- DE 102020111471 A1 [0004]
