DE112020000735T5

DE112020000735T5 - Fahrzeugsteuerungssystem und -verfahren

Info

Publication number: DE112020000735T5
Application number: DE112020000735.9T
Authority: DE
Inventors: Jithesh Kotteri; Neenu ISSAC; Jim Kelly; Vishnu Dharmajan Sheela
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: JAGUAR LAND ROVER LIMITED, GB
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2022-03-03
Also published as: WO2020160927A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Steuersystem (1) zur Identifizierung einer oder mehrerer Spurrillen (R1, R2) in einer Oberfläche (SRF). Das Steuersystem (1) hat eine Steuerung (12), die so konfiguriert ist, dass sie Bilddaten (DIMG1, DIMG2) empfängt, die einen Bildbereich (RIMG) darstellen. Das Steuergerät (12) analysiert die Bilddaten (DIMG1, DIMG2), um dreidimensionale Daten zu erzeugen, die sich auf den Bildbereich (RIMG) beziehen. Die dreidimensionalen Daten werden analysiert, um einen oder mehrere längliche Abschnitte (23A, 23B) zu identifizieren, die einen vertikalen Versatz relativ zu einem benachbarten Abschnitt aufweisen. Ein Spurrillenidentifikationssignal wird ausgegeben, um jeden identifizierten länglichen Abschnitt (23A, 23B) als einer Spurrille (R1, R2) entsprechend zu identifizieren. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf ein Fahrzeug (2) mit einem Steuersystem (1) der hier beschriebenen Art. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Identifizierung einer oder mehrerer Spurrillen (R1, R2) in einer Oberfläche (SRF).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Fahrzeugsteuerungssystem und -verfahren. Aspekte der Erfindung beziehen sich auf ein Steuersystem zur Identifizierung einer oder mehrerer Spurrillen in einer Oberfläche und auf ein Steuersystem zur Vorhersage einer vertikalen Position eines oder mehrerer Räder des Fahrzeugs.
HINTERGRUND
Eine Spurrille kann durch die Räder eines Fahrzeugs in einer Bodenoberfläche gebildet werden, insbesondere wenn der Boden aus einem verformbaren Medium, wie z. B. Schlamm, besteht. Die Spurrille hat in der Regel die Form einer langgestreckten offenen Rinne. Je nach den örtlichen Gegebenheiten können die Räder des Fahrzeugs links und rechts Spurrillen bilden, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die Spurrille(n) kann (können) ein Hindernis für ein nachfolgendes Fahrzeug darstellen, und es kann angebracht sein, den Antriebsstrang und/oder die Federung des nachfolgenden Fahrzeugs so zu konfigurieren, dass das Vorankommen entlang der Spurrille(n) oder das Durchfahren der Spurrille(n) erleichtert wird. Die Erkennung von Spurrillen kann sich jedoch aufgrund von Einschränkungen in der Sensorwahrnehmung als problematisch erweisen. So können beispielsweise optische Sensoren, die bei sehr hellen oder sehr dunklen Bedingungen arbeiten, zu falsch positiven Ergebnissen führen.
Die vertikale Position eines Fahrzeugrads kann auf der Grundlage eines Federwegs gemessen werden, wenn das Fahrzeug beispielsweise ein Gelände mit Höhenunterschieden durchfährt. Die vertikale Position des Fahrzeugrads kann zur Steuerung eines Fahrzeugsystems, z. B. einer Aufhängungsbaugruppe, verwendet werden, um das dynamische Verhalten des Fahrzeugs zu steuern. Da jedoch die vertikale Position des Fahrzeugrads gemessen wird, ist die Steuerung des Fahrzeugsystems reaktiv. Daher kann das Fahrzeugsystem nicht so vorkonfiguriert werden, dass es Änderungen des Geländes in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorwegnimmt.
Zumindest in bestimmten Ausführungsformen zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, zumindest einige der mit bekannten Systemen verbundenen Einschränkungen zu überwinden oder zu beheben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Steuerungssystem, ein Fahrzeug und ein nichttransitorisches computerlesbares Medium gemäß den beigefügten Ansprüchen bereit.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem zur Identifizierung einer oder mehrerer Spurrillen in einer Oberfläche bereitgestellt, wobei das Steuersystem eine oder mehrere Steuerungen umfasst, wobei das Steuersystem konfiguriert ist, um:

Bilddaten zu empfangen, die einen Bildbereich darstellen; und
die Bilddaten zu analysieren, um dreidimensionale Daten zu erzeugen, die sich auf den Bildbereich beziehen. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es die dreidimensionalen Daten analysiert, um einen oder mehrere längliche Abschnitte zu identifizieren, die einen vertikalen Versatz relativ zu einem benachbarten Abschnitt aufweisen. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es den länglichen Abschnitt als einen identifiziert, dessen vertikale Höhe unter der des benachbarten Abschnitts liegt. Die vom Steuersystem erzeugten dreidimensionalen Daten können eine Bodenoberfläche (d.h. eine Oberfläche des Bodens innerhalb des Bildbereichs) darstellen. Das Steuersystem kann in einem Basisfahrzeug installiert werden.

Das Steuersystem kann ein Spurrillenidentifikationssignal ausgeben, um jeden identifizierten länglichen Abschnitt als einer Spurrille entsprechend zu identifizieren. Das Spurrillenerkennungssignal kann an ein oder mehrere Fahrzeugsysteme ausgegeben werden, zum Beispiel über ein Kommunikationsnetz. Das eine oder die mehreren Fahrzeugsysteme können in Abhängigkeit von dem Spurrillenidentifikationssignal gesteuert werden. Zumindest in bestimmten Ausführungsformen kann das Steuerungssystem eine frühzeitige Erkennung der einen oder mehreren Spurrillen ermöglichen (d. h. bevor das Fahrzeug auf die Spurrille trifft). Das eine oder mehrere Fahrzeugsysteme können vorkonfiguriert werden, um das Vorankommen zu erleichtern, z. B. um das Vorankommen des Fahrzeugs innerhalb der erkannten Spurrille(n) oder das Überqueren der erkannten Spurrille(n) zu ermöglichen. Beispielsweise kann der Antriebsstrang des Fahrzeugs und/oder die Fahrzeugaufhängung in Abhängigkeit von dem Spurrillenidentifikationssignal vorkonfiguriert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Spurrillenidentifikationssignal Spurrillendaten enthalten, die ein oder mehrere Merkmale jeder identifizierten Spurrille definieren. Die Spurrillendaten können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: die Lage der Spurrille; ein Profil der Spurrille in der Ebene; ein Tiefenprofil der Spurrille; und ein Breitenprofil der Spurrille. Die Spurrillendaten können verwendet werden, um eine grafische Darstellung der Spurrille zu erzeugen, zum Beispiel um die Spurrille in Bezug auf das Fahrzeug anzuzeigen.
Das Steuergerät kann einen Prozessor mit einem Eingang zum Empfangen der Bilddaten und einen mit dem Prozessor gekoppelten Speicher mit darauf gespeicherten Anweisungen zur Steuerung des Betriebs des Prozessors umfassen. Der Prozessor kann so konfiguriert sein, dass er die Bilddaten analysiert, um die dreidimensionalen Daten zu erzeugen. Der Prozessor kann den einen oder mehrere längliche Abschnitte identifizieren, die einen vertikalen Versatz relativ zu einem benachbarten Abschnitt aufweisen.
Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es einen länglichen Abschnitt identifiziert, der einen vertikalen Versatz gegenüber einem ersten benachbarten Abschnitt aufweist, der auf einer ersten Seite desselben angeordnet ist; und/oder der einen vertikalen Versatz gegenüber einem zweiten benachbarten Abschnitt aufweist, der auf einer zweiten Seite desselben angeordnet ist. Der identifizierte längliche Abschnitt kann sich auf einer niedrigeren Höhe befinden als der erste benachbarte Abschnitt und/oder der zweite benachbarte Abschnitt.
Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es die dreidimensionalen Daten analysiert, um den einen oder die mehreren länglichen Abschnitte zu identifizieren, indem es eine schrittweise Änderung der vertikalen Höhe relativ zum benachbarten Abschnitt feststellt. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es die dreidimensionalen Daten analysiert, um den einen oder die mehreren länglichen Abschnitte zu identifizieren, indem es einen vertikalen Versatz identifiziert, der größer als oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es die dreidimensionalen Daten analysiert, um den einen oder die mehreren länglichen Abschnitte zu identifizieren, die eine Breite aufweisen, die kleiner als eine vordefinierte Schwellenbreite ist, und/oder eine Länge, die größer als oder gleich einer vordefinierten Schwellenlänge ist. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es die dreidimensionalen Daten analysiert, um den einen oder die mehreren länglichen Abschnitte zu identifizieren, die in der Draufsicht ein im Wesentlichen kontinuierliches Profil aufweisen. Der längliche Abschnitt kann einen gekrümmten Abschnitt und/oder einen geradlinigen Abschnitt umfassen.
Die dreidimensionalen Daten können aus einer Vielzahl von Zellen bestehen. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es die dreidimensionalen Daten analysiert, um den einen oder mehrere längliche Abschnitte zu identifizieren, indem es eine Sequenz identifiziert, die aus einer Vielzahl von Zellen besteht. Jede Zelle in der Sequenz kann vertikal von mindestens einer benachbarten Zelle versetzt sein.
Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es einen ersten und einen zweiten länglichen Abschnitt identifiziert, die einer ersten und einer zweiten Spurrille entsprechen. Die erste und die zweite Spurrille können eine Fahrzeugspur bilden, zum Beispiel auf einer unbefestigten Oberfläche.
Die Identifizierung der ersten und zweiten länglichen Abschnitte kann die Identifizierung von länglichen Abschnitten umfassen, die im Wesentlichen parallel zueinander sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Identifizierung der ersten und zweiten länglichen Abschnitte die Identifizierung von länglichen Abschnitten umfassen, die zumindest im Wesentlichen die gleiche Tiefe und/oder zumindest im Wesentlichen die gleiche Breite haben.
Die Identifizierung der ersten und zweiten länglichen Abschnitte kann die Identifizierung von länglichen Abschnitten mit einem vorbestimmten Abstand zwischen ihnen oder mit einem Abstand zwischen ihnen, der innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, umfassen.
Die Identifizierung des langgestreckten Abschnitts kann die Identifizierung jeder Zelle mit ersten und zweiten benachbarten Zellen (die auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind) umfassen, die sich auf einer größeren Höhe befinden. Die Identifizierung einer Vielzahl von Zellen, die eine durchgehende oder im Wesentlichen durchgehende Linie bilden, kann eine Spurrille darstellen. Diese Konfiguration kann auf das Profil einer Spurrille in Querrichtung hinweisen.
Das Steuersystem kann so konfiguriert werden, dass es eine Folge von Zellen identifiziert, die eine im Wesentlichen ebene Fläche darstellen, die sich in einer horizontalen Ebene erstreckt. Diese Funktionalität kann in Verbindung mit den anderen hier beschriebenen Techniken verwendet werden, um beispielsweise erste und zweite Sequenzen zu identifizieren, die jeweils ebene Flächen darstellen, die sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Der Prozessor könnte optional beurteilen, ob die erste und die zweite Sequenz Flächen auf der gleichen vertikalen Höhe darstellen (was ein Hinweis auf erste und zweite Spurrillen sein kann, die miteinander in Flüssigkeitsverbindung stehen).
Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es die dreidimensionalen Daten analysiert, um den vertikalen Versatz zwischen dem länglichen Abschnitt und dem angrenzenden Abschnitt zu bestimmen, um eine Tiefe der entsprechenden Spurrille zu ermitteln.
Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es eine Warnmeldung ausgibt, wenn der ermittelte vertikale Versatz größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist.
Die Bilddaten können von ersten und zweiten Bildsensoren empfangen werden. Der erste und der zweite Bildsensor können z. B. jeweils eine optische Kamera, z. B. eine Videokamera, umfassen. Die Bilddaten können aus Videobilddaten bestehen. Die Bildsensoren können die Bilddaten zumindest im Wesentlichen in Echtzeit erfassen. Alternativ oder zusätzlich können die dreidimensionalen Daten von einem Lidar-Sensor oder einem Radar-Sensor empfangene Daten umfassen. Die Bilddaten können von einer geeigneten Sensoranordnung empfangen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem zur Identifizierung von ersten und zweiten Spurrillen in einer Oberfläche bereitgestellt, wobei das Steuersystem eine oder mehrere Steuerungen umfasst, wobei das Steuersystem konfiguriert ist, um:

Bilddaten empfangen, die einen Bildbereich darstellen; die Bilddaten zu analysieren, um dreidimensionale Daten über den Bildbereich zu erzeugen; die dreidimensionalen Daten zu analysieren, um erste und zweite längliche Abschnitte zu identifizieren, die im Wesentlichen parallel zueinander sind; und ein Spurrillenidentifikationssignal ausgeben, um jeden identifizierten länglichen Abschnitt als einer Spurrille entsprechend zu identifizieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein hierin beschriebenes Steuerungssystem umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Identifizierung einer oder mehrerer Spurrillen in einer Oberfläche bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

Empfang von Bilddaten, die einen Bildbereich darstellen; Analyse der Bilddaten, um dreidimensionale Daten über den Bildbereich zu erzeugen; Analysieren der dreidimensionalen Daten, um einen oder mehrere längliche Abschnitte zu identifizieren, die einen vertikalen Versatz relativ zu einem benachbarten Abschnitt aufweisen; und Ausgabe eines Spurrillen-Identifikationssignals zur Identifizierung jedes identifizierten länglichen Abschnitts als einer Spurrille entsprechend.

Das Verfahren kann die Identifizierung des einen oder der mehreren länglichen Abschnitte durch die Identifizierung einer stufenweisen Änderung der vertikalen Höhe umfassen.
Der eine oder die mehreren länglichen Abschnitte können in der Draufsicht jeweils ein im Wesentlichen durchgehendes Profil aufweisen.
Die dreidimensionalen Daten können aus einer Vielzahl von Zellen bestehen. Die Identifizierung des einen oder der mehreren länglichen Abschnitte kann die Identifizierung einer Sequenz umfassen, die aus einer Vielzahl dieser Zellen besteht. Die Zellen in der Sequenz können jeweils vertikal von mindestens einer benachbarten Zelle versetzt sein.
Das Verfahren kann die Identifizierung eines ersten und eines zweiten länglichen Abschnitts umfassen, die einer ersten und einer zweiten Spurrille entsprechen.
Das Verfahren kann die Identifizierung von ersten und zweiten länglichen Abschnitten umfassen, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Das Verfahren kann die Identifizierung länglicher Abschnitte mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen umfassen.
Das Verfahren kann die Bestimmung eines vertikalen Versatzes zwischen dem länglichen Abschnitt und dem benachbarten Abschnitt umfassen, um die Tiefe der entsprechenden Spurrille zu ermitteln.
Das Verfahren kann die Erzeugung einer Warnmeldung umfassen, wenn der ermittelte vertikale Versatz größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist.
Das Verfahren kann den Empfang der Bilddaten von ersten und zweiten Bildsensoren umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein nicht-transitorisches computerlesbares Medium bereitgestellt, in dem ein Satz von Anweisungen gespeichert ist, die, wenn sie ausgeführt werden, einen Prozessor veranlassen, das hier beschriebene Verfahren durchzuführen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem zur Vorhersage einer vertikalen Position von mindestens einem Rad eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das Steuersystem eine oder mehrere Steuerungen umfasst, wobei das Steuersystem konfiguriert ist, um: Bilddaten zu empfangen, die einen Bildbereich darstellen; und die Bilddaten zu analysieren, um dreidimensionale Daten in Bezug auf den Bildbereich zu erzeugen. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es einen Hinweis auf eine vorhergesagte Position des mindestens einen Rades empfängt und die vertikale Position des mindestens einen Rades an der vorhergesagten Position in Abhängigkeit von den dreidimensionalen Daten vorhersagt. Das Steuersystem kann optional ein Signal in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position ausgeben. In bestimmten Ausführungsformen kann das Steuersystem die vorhergesagte Position des mindestens einen Rades bestimmen. Die dreidimensionalen Daten können topografische Geländereliefdaten zur Darstellung des Geländereliefs innerhalb des Bildbereichs umfassen. Die dreidimensionalen Daten können Reliefmerkmale einer Bodenoberfläche (d. h. einer Oberfläche des Bodens innerhalb des Bildbereichs) umfassen oder daraus bestehen. Die dreidimensionalen Daten können ein oder mehrere Hindernisse innerhalb des Bildbereichs enthalten. Bei dem Hindernis kann es sich um einen vertikalen Vorsprung, wie z. B. einen Felsen oder einen Baum, oder um eine Vertiefung, wie z. B. ein Loch, handeln. Durch die Verwendung der Bilddaten für den Bildbereich zur Erzeugung der dreidimensionalen Daten kann das Steuersystem Änderungen der vertikalen Position mindestens eines Rades vorhersagen oder antizipieren. Das Steuersystem kann ein oder mehrere Fahrzeugsysteme in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position des mindestens einen Rades vorkonfigurieren, um beispielsweise das Durchqueren des Geländes zu erleichtern.
Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es die vertikale Position des mindestens einen Rades relativ zu einem Referenzpunkt am Fahrzeug vorhersagt. Der Bezugspunkt kann zum Beispiel den Ursprung eines Fahrzeugkoordinatensystems definieren. Der Referenzpunkt kann auf einer Mittellinie des Fahrzeugs liegen. Der Bezugspunkt kann z. B. eine Mittelposition einer Hinterachse des Fahrzeugs definieren.
Das Steuergerät kann einen Prozessor mit einem Eingang zum Empfangen der Bilddaten und einen mit dem Prozessor gekoppelten Speicher mit darauf gespeicherten Anweisungen zur Steuerung des Betriebs des Prozessors umfassen. Der Prozessor kann so konfiguriert sein, dass er die Bilddaten analysiert, um die dreidimensionalen Daten zu erzeugen. Der Prozessor kann die vertikale Position des mindestens einen Rades für eine bestimmte Position des Fahrzeugs vorhersagen.
Das Steuersignal kann eines oder mehrere der folgenden Elemente steuern: eine Drosselklappenreaktion; einen Antriebsstrang; ein Fahrzeuggetriebe (z. B. zur Auswahl eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses); ein Verteilergetriebe (z. B. zur Auswahl eines hohen oder niedrigen Übersetzungsverhältnisses); eine elektrische Servolenkung (z. B. zur Änderung eines Lenkverhältnisses und/oder zur Änderung der Rückmeldung vom Lenkrad); und ein Aufhängungssystem (z. B. zur Anpassung des Federwegs und/oder zur Anpassung einer Dämpfungseinstellung).
Die Position des mindestens einen Rades kann für eine bestimmte räumliche Position des Fahrzeugs vorhergesagt werden. Die geografische Position des Fahrzeugs kann an einer Position auf einer geplanten oder projizierten Route des Fahrzeugs festgelegt werden. Die Position des mindestens einen Rades kann vorhergesagt werden, wenn sich das Fahrzeug an der festgelegten räumlichen Position befindet. Die räumliche Position des Fahrzeugs kann in einer Bezugsebene, z. B. einer horizontalen Bezugsebene oder einer Bezugsebene des Fahrzeugs, festgelegt werden. Die Fahrzeugroute kann in Abhängigkeit von einem aktuellen Lenkwinkel des Fahrzeugs bestimmt werden. Der Lenkwinkel kann von einem Lenkradwinkelsensor gemessen werden.
Für jedes Rad entlang der Fahrzeugstrecke kann ein Radweg bestimmt werden. Der Radweg kann in Abhängigkeit von der Fahrzeugroute bestimmt werden, z. B. unter Bezugnahme auf eine vordefinierte Fahrzeuggeometrie. Die Fahrzeuggeometrie kann aus der Radspur und/oder dem Radstand des Fahrzeugs bestehen.
Ein oder mehrere Räder können an einer ersten Achse angebracht sein. An der ersten Achse können zwei oder mehr Räder angebracht sein. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es die vertikale Position jedes Rades auf der ersten Achse vorhersagt. Bei der ersten Achse kann es sich um ein einzelnes Bauteil handeln, z. B. eine Balkenachse, eine starre Achse oder eine massive Achse. Alternativ kann die erste Achse ein Paar Achsschenkel umfassen, die von unabhängigen Aufhängungsbaugruppen getragen werden, die auf gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs angeordnet sind. So können beispielsweise erste und zweite Räder an gegenüberliegenden Enden der ersten Achse angebracht sein. Das Steuersystem kann einen Knickwinkel für jeden Achsschenkel bestimmen.
Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es einen ersten Knickwinkel in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position jedes Rades auf der ersten Achse bestimmt. Der erste Knickwinkel kann einen Winkel einer ersten Bezugsachse darstellen, die sich zwischen den Mittelpunkten der Räder auf der ersten Achse und einer horizontalen Achse erstreckt.
Ein oder mehrere Räder können an einer zweiten Achse angebracht sein. An der zweiten Achse können zwei oder mehr Räder angebracht sein. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es die vertikale Position jedes Rades auf der zweiten Achse vorhersagt. Bei der zweiten Achse kann es sich um ein einzelnes Bauteil handeln, z. B. eine Balkenachse, eine starre Achse oder eine massive Achse. Alternativ kann die zweite Achse aus einem Paar Achsschenkel bestehen, die von unabhängigen Aufhängungsbaugruppen getragen werden, die auf gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs angeordnet sind.
Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es einen zweiten Knickwinkel in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position jedes Rades auf der zweiten Achse bestimmt. Der zweite Knickwinkel kann einen Winkel einer zweiten Bezugsachse darstellen, die sich zwischen den Mittelpunkten der Räder auf der zweiten Achse und einer horizontalen Achse erstreckt.
Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es einen Fahrzeugrollwinkel und/oder einen Fahrzeugnickwinkel vorhersagt. Der Fahrzeugrollwinkel und/oder der Fahrzeugnickwinkel kann in Abhängigkeit von der voraussichtlichen vertikalen Position der Räder an der ersten Achse relativ zur voraussichtlichen vertikalen Position der Räder an der zweiten Achse vorausgesagt werden.
Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es die vertikale Position des mindestens einen Rades in einer Vielzahl von vorhergesagten Positionen vorhersagt.
Ein Fahrzeugdatensatz kann eine relative Position jedes Rades am Fahrzeug definieren. Der Fahrzeugdatensatz kann z. B. in einem Speicher abgelegt sein. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es jedes Rad des Fahrzeugs den dreidimensionalen Daten zuordnet, um die vertikale Position jedes Rads vorherzusagen.
Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es eine Route des Fahrzeugs bestimmt. Die vorhergesagte Position des mindestens einen Rades kann für eine gegebene Position des Fahrzeugs auf der Route bestimmt werden. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es eine Route für das Fahrzeug in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position des mindestens einen Rads erzeugt. Die Bilddaten können Bilddaten umfassen, die von ersten und zweiten Bildsensoren empfangen werden. Das Steuersystem kann so konfiguriert sein, dass es ein Fahrzeugsteuersignal in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position des mindestens einen Rades des Fahrzeugs ausgibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Vorhersage einer vertikalen Position von mindestens einem Rad eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das Verfahren den Empfang von Bilddaten in Bezug auf einen Bildbereich und die Analyse der Bilddaten zur Erzeugung dreidimensionaler Daten in Bezug auf den Bildbereich umfasst. Das Verfahren kann die Vorhersage einer Position des mindestens einen Rades und die Vorhersage der vertikalen Position des mindestens einen Rades an der vorhergesagten Position in Abhängigkeit von den dreidimensionalen Daten umfassen. Das Verfahren kann optional das Ausgeben eines Signals in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position umfassen. Das Verfahren kann die Vorhersage der vertikalen Position eines jeden Rades auf einer ersten Achse umfassen. Das Verfahren kann die Bestimmung eines ersten Anlenkungswinkels in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position jedes Rades auf der ersten Achse umfassen. Das Verfahren kann die Vorhersage der vertikalen Position jedes Rades auf einer zweiten Achse umfassen. Das Verfahren kann die Bestimmung eines zweiten Knickwinkels in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position jedes Rades an der zweiten Achse umfassen. Das Verfahren kann die Vorhersage eines Fahrzeugrollwinkels und/oder eines Fahrzeugnickwinkels umfassen. Der Fahrzeugrollwinkel und/oder der Fahrzeugnickwinkel kann in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position der Räder an der ersten Achse relativ zu der vorhergesagten vertikalen Position der Räder an der zweiten Achse bestimmt werden. Das Verfahren kann die Vorhersage der vertikalen Position des mindestens einen Rades in einer Vielzahl von vorhergesagten Positionen umfassen. Das Verfahren kann das Abbilden jedes Rades des Fahrzeugs auf die dreidimensionalen Daten und die Vorhersage der vertikalen Position jedes Rades umfassen. Das Verfahren kann die Bestimmung einer Route des Fahrzeugs umfassen. Die vorhergesagte Position des mindestens einen Rades kann für eine bestimmte Position des Fahrzeugs auf der Route bestimmt werden. Das Verfahren kann das Erzeugen einer Route für das Fahrzeug in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position des mindestens einen Rades umfassen. Die Bilddaten können von ersten und zweiten Bildsensoren empfangen werden. Das Verfahren kann die Ausgabe eines Fahrzeugsteuersignals in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position des mindestens einen Rades des Fahrzeugs umfassen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein nichttransitorisches computerlesbares Medium bereitgestellt, in dem ein Satz von Anweisungen gespeichert ist, die, wenn sie ausgeführt werden, einen Prozessor veranlassen, das hier beschriebene Verfahren durchzuführen.
Jede hier beschriebene Steuereinheit oder jedes Steuergerät kann zweckmäßigerweise ein Rechengerät mit einem oder mehreren elektronischen Prozessoren umfassen. Das System kann eine einzige Steuereinheit oder ein einziges elektronisches Steuergerät umfassen; alternativ können verschiedene Funktionen des Steuergeräts in verschiedenen Steuereinheiten oder Steuergeräten enthalten sein oder in diesen untergebracht werden. Der hier verwendete Begriff „Steuergerät“ oder „Steuereinheit“ umfasst sowohl ein einzelnes Steuergerät oder eine einzelne Steuereinheit als auch eine Vielzahl von Steuergeräten oder Steuereinheiten, die gemeinsam eine bestimmte Steuerfunktionalität bereitstellen. Zur Konfiguration eines Steuergeräts oder einer Steuereinheit kann ein geeigneter Satz von Anweisungen bereitgestellt werden, die bei ihrer Ausführung bewirken, dass das Steuergerät oder die Recheneinheit die hierin beschriebenen Steuertechniken umsetzt. Der Befehlssatz kann in geeigneter Weise in den einen oder die mehreren elektronischen Prozessoren eingebettet sein. Alternativ kann der Satz von Anweisungen als Software bereitgestellt werden, die in einem oder mehreren mit dem Steuergerät verbundenen Speicher(n) gespeichert ist, um auf dem Rechengerät ausgeführt zu werden. Die Steuereinheit oder das Steuergerät kann in Software implementiert sein, die auf einem oder mehreren Prozessoren läuft. Eine oder mehrere andere Steuereinheit(en) kann/können in Software implementiert werden, die auf einem oder mehreren Prozessoren läuft, optional auf demselben oder mehreren Prozessoren wie die erste Steuereinheit. Andere geeignete Anordnungen können ebenfalls verwendet werden.
Im Rahmen dieser Anmeldung ist ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorangehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargelegt sind, und insbesondere die einzelnen Merkmale davon, unabhängig oder in beliebiger Kombination verwendet werden können. Das heißt, alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer Ausführungsform können in beliebiger Weise und/oder Kombination miteinander kombiniert werden, sofern diese Merkmale nicht unvereinbar sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden ursprünglich eingereichten Anspruch zu ändern oder einen neuen Anspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, einen ursprünglich eingereichten Anspruch so zu ändern, dass er von einem anderen Anspruch abhängt und/oder ein Merkmal eines anderen Anspruchs einbezieht, auch wenn er ursprünglich nicht auf diese Weise beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Steuersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Abtastbereichs einer Bildgebungsvorrichtung, die an dem in 1 dargestellten Fahrzeug angebracht ist;
3 zeigt ein Bild, das von der in 2 schematisch dargestellten Bildgebungsvorrichtung aufgenommen wurde;
4 zeigt eine Höhenkarte, die durch Identifizierung von Disparitäten in den von der Bildgebungsvorrichtung aufgenommenen Bildern erstellt wurde;
5 zeigt eine schematische Darstellung der in 4 gezeigten Höhenkarte mit Unterscheidung zwischen befahrbaren und nicht befahrbaren Geländemerkmalen;
6 zeigt eine schematische Darstellung der in 5 gezeigten Höhenkarte, die eine Route des Fahrzeugs enthält;
7 zeigt ein zweites von der Bildgebungsvorrichtung aufgenommenes Bild mit einer ersten grafischen Überlagerung, die die Wege der gegenüberliegenden Räder des Fahrzeugs darstellt;
8 zeigt ein drittes Bild, das von der bildgebenden Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgenommen wurde, mit einer grafischen Überlagerung, die die vorhergesagten Pfade der linken und rechten Räder des Fahrzeugs darstellt;
9A zeigt eine mehrstufige Oberflächenkarte, die durch die Analyse des dritten in 8 gezeigten Bildes erstellt wurde;
9B zeigt eine erste und eine zweite längliche Sequenz, die aus der in 9A gezeigten mehrstufigen Oberflächenkarte extrahiert wurden;
10 zeigt eine grafische Überlagerung, die das topografische Relief der Bodenoberfläche in dem dritten Bild in 8 darstellt;
11 ist ein Blockdiagramm, das die Umsetzung des Verfahrens der hier beschriebenen ersten Ausführungsform darstellt;
12 zeigt ein zweites Bild, das von der Bildgebungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung aufgenommen wurde, mit einer zweiten grafischen Überlagerung, die die voraussichtlichen Positionen der Räder auf den Bahnen darstellt;
13 zeigt ein drittes Bild, das von der Bildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung aufgenommen wurde, mit einer dritten grafischen Überlagerung, die die vorhergesagten Positionen der Räder auf den Bahnen und einen ermittelten Knickwinkel der Vorder- und Hinterachse an den vorhergesagten Positionen darstellt; und
14 ist ein Blockdiagramm, das die Umsetzung des Verfahrens der dritten hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Steuerungssystem 1 für ein Fahrzeug 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Das Fahrzeug 2 in der vorliegenden Ausführungsform ist ein Automobil, aber es versteht sich, dass das Steuergerät 1 in anderen Arten von Landfahrzeugen verwendet werden kann. Das Fahrzeug 2 wird hier unter Bezugnahme auf einen Bezugsrahmen beschrieben, der eine Längsachse X, eine Querachse Y und eine Hochachse Z umfasst.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das Fahrzeug 2 vier (4) Räder W1-4, vier Aufhängungen S1-4 (die jeweils einem Rad W1-4 zugeordnet sind) und eine Fahrzeugkarosserie 4. Die Räder W1-4 sind an den Vorder- und Hinterachsen 5, 6 angebracht. Das erste Rad W1 ist ein linkes Vorderrad; das zweite Rad W2 ist ein rechtes Vorderrad; das dritte Rad W3 ist ein linkes Hinterrad; und das vierte Rad W4 ist ein rechtes Hinterrad. Das Fahrzeug 2 umfasst einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor 7, der mit der Vorderachse 5 verbunden ist, um ein Antriebsmoment auf das erste und zweite Rad W1, W2 zu übertragen. Es versteht sich, dass der Verbrennungsmotor 7 antriebsmäßig mit der Hinterachse 6 verbunden sein kann, um ein Traktionsmoment auf die ersten und zweiten Räder W1, W2 zu übertragen. In alternativen Ausführungsformen kann der Antriebsstrang anstelle des Verbrennungsmotors 7 oder zusätzlich zu diesem eine elektrische Antriebseinheit umfassen.
Wie hier beschrieben, kann das Steuersystem 1 lokalisierte Reliefmerkmale in einer Bodenoberfläche SRF erkennen. Die Bodenoberfläche SRF umfasst oder besteht aus der Oberfläche eines Bodenabschnitts, über den das Fahrzeug 2 fährt, wie z. B. die Oberfläche einer unbefestigten Straße oder eines Geländestreifens. Das Steuersystem 1 in der vorliegenden Ausführungsform ist in der Lage, Reliefmerkmale zu identifizieren, die eine erste Spurrille R1 und/oder eine zweite Spurrille R2 umfassen. Die erste und die zweite Spurrille R1, R2 umfassen jeweils ein längliches Reliefmerkmal, typischerweise in Form einer Rinne, das in der Bodenoberfläche SRF ausgebildet ist. Die erste und die zweite Spurrille R1, R2 können durch ein oder mehrere Landfahrzeuge gebildet werden, die über die Bodenoberfläche SRF fahren. Die Bodenoberfläche SRF kann besonders anfällig für die Bildung der ersten und zweiten Spurrillen R1, R2 sein, wenn der darunter liegende Boden aus einem verformbaren Medium, wie Schlamm oder Sand, besteht. Die ersten und zweiten Spurrillen R1, R2 werden in der vorliegenden Ausführungsform von den linken und rechten Rädern eines Fahrzeugs gebildet, das die Bodenfläche SRF überquert. Da der Querabstand zwischen dem linken und dem rechten Rad fest ist, verlaufen die erste und die zweite Spurrille R1, R2 zumindest im Wesentlichen parallel zueinander. Ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Spurrille R1, R2 (in Querrichtung) entspricht zumindest im Wesentlichen einer Achs(Rad)spur (d. h. dem Querabstand zwischen den Rädern) des Fahrzeugs, das sie gebildet hat. Die Tiefe und/oder die Breite der ersten und der zweiten Spurrille R1, R2 kann sich durch die Durchfahrt von mehr als einem Fahrzeug vergrößern.
Wie hier ebenfalls beschrieben, kann das Steuersystem 1 eine Radhöhe für jedes Rad W1-4 des Fahrzeugs 2 schätzen und/oder einen Anlenkungswinkel der Räder W1-4 bestimmen. Ein vorderer Knickwinkel wird in Bezug auf die Räder W1, W2 an der Vorderachse 5 bestimmt; und ein hinterer Knickwinkel wird in Bezug auf die Räder W3, W4 an der Hinterachse 6 bestimmt. Der vordere Anlenkungswinkel ist ein Winkel einer Mittelachse, die das erste und das zweite Rad W1, W2 an der Vorderachse 5 verbindet, relativ zu einer horizontalen Achse. Der hintere Anlenkungswinkel ist ein Winkel einer Mittelachse, die die Räder W3, W4 an der Hinterachse 6 verbindet, relativ zu einer horizontalen Achse.
Das Fahrzeug 2 umfasst eine Inertialmesseinheit (IMU) 8 zur Bestimmung der Ausrichtung der Fahrzeugkarosserie 4. Die IMU 8 umfasst einen oder mehrere Beschleunigungsmesser und/oder ein oder mehrere Gyroskope. In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die IMU 8 einen Neigungswinkel der Fahrzeugkarosserie 4 um die Querachse Y und gibt ein Neigungswinkelsignal S1 an ein im Fahrzeug 2 vorgesehenes Kommunikationsnetz (nicht dargestellt) aus. Die IMU 8 kann optional auch einen Rollwinkel des Fahrzeugs 2 um die Längsachse X ermitteln und ein Rollwinkelsignal ausgeben. Ein Lenkradsensor 9 ist zur Bestimmung eines Lenkwinkels des Lenkrads (nicht dargestellt) im Fahrzeug 2 vorgesehen. Der Lenkradsensor 9 gibt ein Lenkwinkelsignal S2 an das Kommunikationsnetz aus.
Wie hier beschrieben, ist das Steuersystem 1 so konfiguriert, dass es ein topografisches Relief der Bodenoberfläche SRF ermittelt. Das Steuersystem 1 kann das topografische Relief der Bodenoberfläche vor dem Fahrzeug 2 modellieren. Wie in 2 dargestellt, umfasst das Fahrzeug 2 eine Bildgebungsvorrichtung 10 zum Erfassen von Bilddaten DIMG, die einen Bildgebungsbereich RIMG außerhalb des Fahrzeugs 2 darstellen. Die Bildgebungsvorrichtung 10 kann so betrieben werden, dass sie die Bilddaten DIMG zumindest im Wesentlichen in Echtzeit erfasst. Die Bildgebungsvorrichtung 10 kann eine vordefinierte Anzahl von Bildern der Bilddaten DIMG pro Sekunde erfassen, beispielsweise vierundzwanzig (24) Bilder pro Sekunde. Die erfassten Bilddaten DIMG setzen sich aus Daten zusammen, die sich auf Merkmale der realen Welt innerhalb des Bildbereichs RIMG beziehen. Der Bildbereich RIMG erstreckt sich in den vorliegenden Ausführungsformen zwischen 5 und 25 m vor dem Fahrzeug 2 in Fahrtrichtung. Ein erstes Bild IMG1, das von der Bildgebungsvorrichtung 10 aufgenommen wurde, ist in 3 beispielhaft dargestellt. Die Bildgebungsvorrichtung 10 ist so konfiguriert, dass der Bildbereich RIMG einen Bereich der Oberfläche SRF umfasst, über den das Fahrzeug 2 fährt. Somit umfassen die erfassten Bilddaten DIMG die Bodenoberfläche SRF in der Nähe des Fahrzeugs 2 und optional auch die Oberfläche(n) eines oder mehrerer Hindernisse. Die erfassten Bilddaten DIMG können ein oder mehrere Hindernisse enthalten, die das Fortkommen des Fahrzeugs behindern oder verhindern können. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Bildgebungsvorrichtung 10 nach vorne gerichtet und der Bildgebungsbereich RIMG befindet sich vor dem Fahrzeug 2. Die Bildgebungsvorrichtung 10 kann in der Nähe der Oberkante einer Frontscheibe, beispielsweise hinter einem Rückspiegel (nicht dargestellt), angebracht werden.
Die Bildgebungsvorrichtung 10 in der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Stereokamera 11 mit einem ersten und einem zweiten Abbildungssensor 11-1, 11-2, wie in 1 dargestellt. Der erste und der zweite Abbildungssensor 11-1, 11-2 sind in der vorliegenden Ausführungsform jeweils eine erste und eine zweite optische Kamera. Die Bilddaten DIMG umfassen einen ersten Satz von Bilddaten DIMG-1, die von der ersten Kamera 11-1 erfasst werden, und einen zweiten Satz von Bilddaten DIMG-2, die von der zweiten Kamera 11-2 erfasst werden. Die erste und zweite Kamera 11-1, 11-2 sind räumlich voneinander getrennt, haben aber überlappende Sichtfelder FOV. In der vorliegenden Ausführungsform arbeiten die erste und die zweite Kamera 11-1, 11-2 im sichtbaren Spektrum. Alternativ oder zusätzlich können die erste und die zweite Kamera 11-1, 11-2 im nicht sichtbaren Spektrum arbeiten, z. B. mit Infrarotlicht. Alternativ oder zusätzlich kann die Bildgebungsvorrichtung 10 auch eine Radar-Bildgebungsvorrichtung umfassen oder aus einer solchen bestehen.
Das Steuersystem 1 umfasst eine Steuerung 12 zum Empfang der erfassten Bilddaten DIMG. Wie in 1 schematisch dargestellt, umfasst die Steuerung 12 einen Prozessor 13 und einen Speicher 14. In dem Speicher 14 ist ein Satz von Rechenbefehlen gespeichert. Bei der Ausführung veranlassen die Rechenbefehle den Prozessor 13, das/die hier beschriebene(n) Verfahren durchzuführen. Der Prozessor 13 ist so konfiguriert, dass er einen Bildverarbeitungsalgorithmus implementiert, um die ersten und zweiten Bilddatensätze DIMG-1, DIMG-2 zu analysieren, um die Eigenschaften der Bodenoberfläche SRF innerhalb des Bildbereichs RIMG zu bestimmen. Der Prozessor 13 identifiziert Disparitäten zwischen dem ersten und dem zweiten Bilddatensatz DIMG-1, DIMG-2 und führt eine Entfernungsmessung durch, um den Abstand zu Merkmalen innerhalb des Bildbereichs RIMG zu bestimmen. Unter Bezugnahme auf bekannte Parameter der Stereokamera 11, wie z. B. die räumliche Trennung der ersten und zweiten Kamera 11-1, 11-2, erzeugt der Prozessor 13 in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Bilddatensätzen DIMG-1, DIMG-2 dreidimensionale (3D) Daten in Form einer Punktwolke 15. Die Punktwolke 15 setzt sich aus einer Vielzahl diskreter Punkte zusammen, die sich auf den Außenflächen von Objekten und Merkmalen innerhalb des Bildbereichs RIMG befinden.
Eine Transformation wird angewendet, um den Ursprung der Punktwolke 15 auf einen vordefinierten Referenzpunkt zu verschieben. Die Transformation verschiebt den Ursprung der Punktwolke von einer Mittelposition CP1 der Stereokamera 11 zu einem Referenzpunkt, der den Ursprung eines Fahrzeugkoordinatensystems definiert. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Referenzpunkt eine Mittelposition CP2 einer Hinterachse (d. h. die Position auf der Fahrzeugmittellinie), die mit der Mitte der Hinterräder zusammenfällt. Die Mittelstellung CP2 definiert einen gemeinsamen Drehpunkt des Fahrzeugs 2. Die Transformation ist in Abhängigkeit von der relativen Lage der Mittelpositionen CP1, CP2 vordefiniert. Die modifizierte Punktwolke 15 definiert dabei die vertikale Höhe der Punkte relativ zu einer Mitte des Fahrzeug-Hinterrades.
Der Prozessor 13 bestimmt den Neigungswinkel des Fahrzeugs 2 in Abhängigkeit von dem von der IMU 8 ausgegebenen Neigungswinkelsignal S1. Der Prozessor 13 verwendet den Neigungswinkel des Fahrzeugs und die modifizierte Punktwolke 15, um eine Höhenkarte zu erstellen, die dem Bildbereich RIMG entspricht. Die Höhenkarte liefert eine Darstellung von lokalisierten Reliefmerkmalen, die in einer Bodenoberfläche gebildet werden. Die Bodenoberfläche bildet die Oberfläche eines Bodenabschnitts, über den das Fahrzeug 2 fährt, z. B. die Oberfläche einer unbefestigten Straße oder eines Geländestreifens. Die Höhenkarte wird hier als Multi-Level-Surface (MLS)-Karte 17 bezeichnet. Ein Beispiel für eine MLS-Karte 17, die aus den Bilddaten DIMG erstellt wurde, ist in 4 dargestellt. Die MLS-Karte 17 liefert die Geländegeometrie innerhalb des Bildbereichs RIMG. Die MLS-Karte 17 besteht aus einem Gitter mit einer Vielzahl von zweidimensionalen (2D) Zellen 18, die in einer horizontalen Ebene angeordnet sind. Der Prozessor 13 erzeugt die MLS-Karte 17 in Abhängigkeit von der dreidimensionalen räumlichen Verteilung der Punkte der modifizierten Punktwolke 15 innerhalb jeder Zelle 18. Der Prozessor 13 kann die MLS-Karte 17 zum Beispiel in Abhängigkeit von einer mittleren vertikalen Höhe der Punkte der modifizierten Punktwolke 15 innerhalb jeder Zelle 18 oder in Abhängigkeit von einer maximalen oder minimalen vertikalen Höhe der Punkte innerhalb der modifizierten Punktwolke 15 erzeugen. Eine Verteilung der modifizierten Punktwolke 15 innerhalb jeder Zelle 18 kann einen Hinweis auf eine örtliche Änderung der vertikalen Höhe der Bodenoberfläche SRF liefern. Die MLS-Karte 17 kann Daten enthalten, die die Verteilung der modifizierten Punktwolke 15 innerhalb jeder Zelle 18 darstellen, z. B. eine statistische Analyse der vertikalen Verteilung der Punkte der modifizierten Punktwolke 15 innerhalb jeder Zelle 18. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Zellen 18 jeweils 25 cm × 25 cm groß. Die Auflösung der MLS-Karte 17 kann durch Änderung der Abmessungen der Zellen 18 erhöht oder verringert werden. In einer Variante kann der Prozessor 13 so konfiguriert sein, dass er einen (positiven oder negativen) Gradienten des Geländes in jeder Zelle 18 bestimmt. In einer Variante kann die MLS-Karte 17 ein Low-Poly-Modell des Geländes in dem Bildbereich umfassen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Prozessor 13 so konfiguriert, dass er die MLS-Karte 17 verfeinert, indem er Überhangmerkmale, wie etwa einen Ast eines Baumes oder einen Raum unter einem anderen Fahrzeug, innerhalb des Bildbereichs RIMG identifiziert. Der Prozessor 13 kann einen Überhang identifizieren, indem er zwei oder mehr Punkte innerhalb der modifizierten Punktwolke 15 identifiziert, die unterschiedliche vertikale Höhen, aber zumindest im Wesentlichen die gleiche horizontale Position aufweisen. Wenn ein Überhang identifiziert wird, verfeinert der Prozessor 13 die MLS-Karte 17, indem er den Punkt (oder die Punkte) mit einer geringeren vertikalen Höhe weglässt. Wenn ein Überhang identifiziert wird, verfeinert der Prozessor 13 die MLS-Karte 17 auf der Grundlage einer Analyse der Durchfahrbarkeit für Fahrzeuge unter Verwendung der Höhendifferenz der vertikalen Höhen. Wenn die Überfahrbarkeit positiv ist (d. h. der Prozessor 13 stellt fest, dass das Merkmal überfahrbar ist), werden die Punkte, die Überhangmerkmalen entsprechen, weggelassen. Ist die Überfahrbarkeit negativ (d. h. der Prozessor 13 stellt fest, dass das Merkmal nicht überfahrbar ist), werden die Punkte in den beiden vertikalen Feldern kombiniert, und die Zelle 18 wird als Hindernis eingestuft.
Das Steuersystem 1 ist so konfiguriert, dass es die Bilddaten DIMG analysiert, um Hindernisse innerhalb des Bildbereichs RIMG zu identifizieren. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anwendung kann ein Hindernis als ein physisches Merkmal oder ein Objekt klassifiziert werden, das das Vorankommen des Fahrzeugs 2 behindert oder das als unpassierbar für das Fahrzeug 2 angesehen wird. Der Prozessor 13 ist so konfiguriert, dass er alle derartigen Hindernisse in der MLS-Karte 17 identifiziert. In der vorliegenden Ausführungsform identifiziert der Prozessor ein Hindernis als ein Merkmal, das zu einer Änderung der Geländehöhe zwischen benachbarten Zellen 18 innerhalb der MLS-Karte 17 führt. Wenn der Prozessor 13 eine Änderung der Geländehöhe zwischen zwei oder mehreren benachbarten Zellen 18 feststellt, die einen vordefinierten vertikalen Schwellenwert überschreitet, stuft der Prozessor 13 die identifizierte Zelle als Hindernis ein. Der vordefinierte vertikale Schwellenwert kann z. B. 25 cm oder 50 cm betragen. Der Prozessor 13 könnte optional so konfiguriert sein, dass er einen Routenplanungsalgorithmus zur Planung einer Fahrzeugroute in Abhängigkeit von der ermittelten Position und/oder Größe eines oder mehrerer identifizierter Hindernisse implementiert. Es versteht sich, dass die Einstufung der Zellen 18 verfeinert werden kann, zum Beispiel durch die Definition mehrerer vertikaler Schwellenwerte oder die Klassifizierung der Zellen 18 in direktem Verhältnis zu einer erkannten Änderung der Geländehöhe zwischen zwei oder mehreren benachbarten Zellen 18.
Ein Beispiel für ein Bild, das die Bilddaten DIMG darstellt, ist in 3 zu sehen. Die Bilddaten DIMG zeigen eine unbefestigte Spur 19, auf der das Fahrzeug 2 fährt, und einen Baum 20 neben der Spur 19.
Die Spur 19 weist eine Senke auf, in der sich Wasser zu einer Lache 21 gesammelt hat. Der Prozessor 13 analysiert die von der Bildgebungsvorrichtung 10 aufgenommenen Bilddaten DIMG und erzeugt eine Punktwolke 15, die zur Erstellung der in 4 dargestellten MLS-Karte 17 verwendet wird. Die durch die Analyse der Bilddaten DIMG identifizierten Merkmale werden in der in 4 dargestellten MLS-Karte 17 beschriftet. Die Lache 21 wird als ein Bereich identifiziert, der in den Bilddaten DIMG zumindest im Wesentlichen leer ist. Der Bereich hinter dem Baum 20 ist nicht einsehbar und wird in der MLS-Karte 17 als zusammenhängende Ausdehnung identifiziert.
Der Prozessor 13 analysiert die MLS-Karte 17, um Hindernisse zu erkennen. In 5 ist beispielhaft eine MLS-Karte 17 dargestellt, in der die Zellen 18 markiert sind, die die Bestimmung des Prozessors 13 darstellen. Die Zellen 18 außerhalb des Sichtfeldes des bildgebenden Geräts 10 sind nicht schattiert dargestellt. Die Zellen 18 innerhalb des Sichtfeldes FOV, die als durchquerbares Gelände identifiziert wurden (Geländezellen), sind mit einer Zwischenschattierung dargestellt. Die Zellen 18 innerhalb des Sichtfeldes FOV, die einem Hindernis entsprechen (z. B. der in 3 gezeigte Baum 20), sind dunkel schattiert (Hinderniszellen).
Der Prozessor 13 ist so konfiguriert, dass er eine Route R für das Fahrzeug 2 modelliert. Die Fahrzeugroute R kann z.B. in Abhängigkeit vom aktuellen (d.h. momentanen) Lenkwinkel des ersten und zweiten Rades W-1, W-2 modelliert werden. Andere Implementierungen des Steuersystems 1 können die Fahrzeugroute R in Abhängigkeit von einer benutzerdefinierten Route und/oder einem Routenplanungsalgorithmus modellieren. Der Prozessor 13 bestimmt linke und rechte Radwege P1, P2, entlang derer die linken und rechten Räder W1-4 jeweils fahren werden. Die linken und rechten Radwege P1, P2 sind auf der MLS-Karte 17 in 6 überlagert. Der Prozessor 13 kann bei der Bestimmung des linken und rechten Radwegs P1, P2 Änderungen der vertikalen Höhe des Geländes berücksichtigen. In einer Variante kann der Prozessor 13 so konfiguriert sein, dass er nur die Bilddaten DIMG analysiert, die von der Bildgebungsvorrichtung 10 in einem Bereich entlang oder in der Nähe der Route R erfasst wurden, um die MLS-Karte zu erstellen, wobei optional die Bilddaten DIMG in der Nähe der Route R verworfen werden.
Ein zweites Bild IMG2, das von der Bildgebungsvorrichtung 10 aufgenommen wurde, ist in 7 beispielhaft dargestellt. Wie im zweiten Bild IMG2 gezeigt, kann die Änderung der relativen Höhe des linken und rechten Radwegs P1, P2 bestimmt werden, wenn das Fahrzeug 2 entlang der Fahrzeugstrecke R fährt.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird ein drittes Bild IMG3 von der Bildgebungsvorrichtung 10 aufgenommen, wie in 8 beispielhaft dargestellt. Das dritte Bild IMG3 umfasst eine unbefestigte Fahrbahn mit ersten und zweiten Spurrillen R1, R2. Der linke und der rechte Radweg P1, P2 werden dem dritten Bild IMG3 überlagert, um die voraussichtlichen Positionen der linken und rechten Räder W1-4 des Fahrzeugs 2 in Bezug auf die erste und die zweite Spurrille R1, R2 zu zeigen.
Die durch die Analyse des dritten Bildes IMG3 erstellte MLS-Karte 17 ist in 9A dargestellt. Die MLS-Karte 17 stellt das topografische Relief der im dritten Bild IMG3 identifizierten Bodenoberfläche SRF dar. Der Prozessor 13 wendet eine Transformation an, um die MLS-Karte 17 in eine Draufsicht zu projizieren, wie in 9A dargestellt. Der Prozessor 13 analysiert die MLS-Karte 17, indem er eine Höhendifferenzanalyse durchführt. Die Höhendifferenzanalyse umfasst den Vergleich der Höhe jeder Zelle 18 mit der Höhe jeder benachbarten Zelle 18 innerhalb der MLS-Karte 17. Der Prozessor 13 identifiziert jede Zelle 18 mit einer Höhe, die vertikal relativ zu einer oder mehreren benachbarten Zellen 18 um einen vertikalen Abstand versetzt ist, der größer oder gleich einem vordefinierten vertikalen Versatzschwellenwert ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Prozessor 13 so konfiguriert, dass er jede Zelle 18 identifiziert, deren Höhe um mindestens einen vertikalen Versatzschwellenwert unter der Höhe einer oder mehrerer benachbarter Zellen 18 liegt. Die Zellen 18, die vom Prozessor 13 als Ergebnis der Höhendifferenzanalyse identifiziert werden, werden hier als Stufenänderungszellen 18' bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schwellenwert für den vertikalen Versatz auf 5 cm festgelegt, es können jedoch auch größere oder kleinere Schwellenwerte für den vertikalen Versatz definiert werden. Die Stufenänderungszellen 18' repräsentieren jeweils eine Stufenänderung (d. h. eine abrupte Höhenänderung über eine relativ kleine Distanz) in der vertikalen Höhe der Bodenoberfläche SRF, wie sie durch die MLS-Karte 17 angenähert wird. Der Prozessor 13 erzeugt eine Stufenänderungskarte 22, die jede der Stufenänderungszellen 18' enthält. Als Beispiel ist in 9B eine Stufenänderungskarte 22 dargestellt, die die Ergebnisse einer Höhendifferenzanalyse der in 9A gezeigten MLS-Karte 17 wiedergibt. In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Stufenänderungskarte 22 auch den Höhenunterschied zwischen benachbarten Zellen 18 dar und kennzeichnet jede Zelle 18 als einen NIEDRIGEN, MITTLEREN oder HOHEN Höhenunterschied. Der Prozessor 13 markiert jede Zelle 18, die in der MLS-Karte 17 als Zelle mit einem HOHEN Höhenunterschied identifiziert wurde (d. h. mit einem vertikalen Versatz von 5 cm oder mehr), und die Stufenänderungszellen 18' werden in der Karte in 9B dargestellt.
Die Spurrillen R1, R2 umfassen typischerweise linke und rechte Kanäle (die von den linken und rechten Rädern eines oder mehrerer Fahrzeuge gebildet werden). Das Steuersystem 1 ist so konfiguriert, dass es die Stufenänderungskarte 22 analysiert, um langgestreckte Sequenzen mit einem Profil zu identifizieren, das zumindest im Wesentlichen den erwarteten Merkmalen und Eigenschaften der Spurrillen R1, R2 entspricht. Der Prozessor 13 analysiert die Schrittänderungskarte 22, um erste und zweite längliche Abschnitte 23A, 23B zu identifizieren, die den ersten bzw. zweiten Spurrillen R1, R2 entsprechen. Die ersten und zweiten langgestreckten Abschnitte 23A, 23B sind in 10 dargestellt, die eine grafische Überlagerung 24 auf dem dritten Bild IMG3 zeigt. Der Prozessor 13 analysiert die Stufenänderungskarte 22, um eine Vielzahl von Stufenwechselzellen 18' zu identifizieren, die in einer oder mehreren der folgenden Sequenzen angeordnet sind: eine kontinuierliche Sequenz; eine im Wesentlichen kontinuierliche Sequenz; oder eine unterbrochene Sequenz. Die kontinuierliche Sequenz kann eine Vielzahl von Wechselschrittzellen 18' umfassen, die in einer ununterbrochenen Sequenz angeordnet sind (d. h. aus zusammenhängenden Wechselschrittzellen 18' bestehen). Die im Wesentlichen kontinuierliche Sequenz kann eine Vielzahl von Wechselschritt-Zellen 18' umfassen, die in einer diagonalen Richtung gegeneinander versetzt sind und/oder die durch einen Abstand voneinander getrennt sind, der kleiner oder gleich einem vordefinierten Abstandsschwellenwert ist (z. B. ein Abstand von kleiner oder gleich n Zellen 18, wobei n eine ganze Zahl kleiner oder gleich eins, zwei oder drei ist). Die unterbrochene Sequenz kann eine oder mehrere kontinuierliche Sequenzen und/oder eine oder mehrere im Wesentlichen kontinuierliche Sequenzen umfassen, die voneinander durch einen Abstand getrennt sind, der größer als oder gleich einem vordefinierten Abstandsschwellenwert ist (zum Beispiel ein Abstand von größer als oder gleich n Zellen 18, wobei n eine ganze Zahl größer als oder gleich drei, vier oder fünf ist).
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Prozessor 13 so konfiguriert, dass er einen Algorithmus zur Mustererkennung anwendet, um jeden länglichen Abschnitt zu identifizieren, der in der Draufsicht eine durchgehende Linie bildet. Insbesondere wendet der Prozessor 13 einen Kurvenerkennungsalgorithmus an, um jede (kontinuierliche, im Wesentlichen kontinuierliche oder unterbrochene) Sequenz der Stufenwechselzellen 18' zu erkennen, die eine Kurve innerhalb der MLS-Karte 17 bildet. Der Prozessor 13 könnte so konfiguriert sein, dass er eine gekrümmte Folge der Stufenänderungszellen 18' als einer der ersten und zweiten Spurrillen R1, R2 entsprechend identifiziert. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Prozessor 13 jedoch so konfiguriert, dass er die MLS-Karte 17 analysiert, um Paare von gekrümmten Sequenzen zu identifizieren, die den jeweiligen ersten und zweiten Spurrillen R1, R2 entsprechen. Insbesondere identifiziert der Prozessor 13 erste und zweite längliche Abschnitte, die erste und zweite Kurven bilden, die zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die ersten und zweiten langgestreckten Abschnitte, die in der MLS-Karte 17 als zumindest im Wesentlichen parallel zueinander identifiziert werden, werden als erste und zweite Spurrille R1, R2 bezeichnet.
Die erste und die zweite Spurrille R1, R2 sind in der Regel in einem Abstand voneinander angeordnet, der der Radspur eines Fahrzeugs entspricht. Um die Identifizierung der ersten und zweiten Spurrille R1, R2 zu erleichtern, kann eine obere Radspurschwelle und/oder eine untere Radspurschwelle festgelegt werden. Der Prozessor 13 kann optional einen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten länglichen Abschnitt bestimmen, die in der MLA-Karte 17 identifiziert wurden. Der Prozessor kann die ersten und zweiten länglichen Abschnitte nur dann als den ersten und zweiten Spurrillen R1, R2 entsprechend identifizieren, wenn der Abstand zwischen den ersten und zweiten länglichen Abschnitten kleiner als der obere Radspurschwellenwert und/oder größer als der untere Radspurschwellenwert ist.
Der Prozessor 13 ist so konfiguriert, dass er in Abhängigkeit von der Identifizierung der ersten und zweiten Spurrille R1, R2 ein Spurrillenidentifikationssignal RSIG ausgibt. Das Spurrillen-Identifikationssignal RSIG kann z.B. an ein Fahrzeugkommunikationsnetz ausgegeben werden. Ein oder mehrere Fahrzeugsysteme können in Abhängigkeit von der Ausgabe des Spurrillenerkennungssignals RSIG gesteuert werden. Beispielsweise können eines oder mehrere der folgenden Fahrzeugsysteme gesteuert werden: eine Drosselklappensteuerung; ein Antriebsstrang; ein Fahrzeuggetriebe (z. B. zur Auswahl eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses); ein Verteilergetriebe (z. B. zur Auswahl eines hohen oder niedrigen Übersetzungsverhältnisses); eine elektrische Servolenkung (z. B. zur Änderung eines Lenkverhältnisses und/oder zur Änderung der Rückmeldung vom Lenkrad); und ein Federungssystem (z. B. zur Anpassung des Federwegs und/oder zur Anpassung einer Dämpfungseinstellung). Der Prozessor 13 kann ein Lenksteuersignal ausgeben, um einen Lenkwinkel des Fahrzeugs 2 so zu steuern, dass er dem Profil der ersten und zweiten Spurrille R1, R2 entspricht oder folgt. Zum Beispiel kann der Lenkwinkel des Fahrzeugs 2 gesteuert werden.
Die Funktionsweise des Steuersystems 1 ist in einem Flussdiagramm 100 in 11 dargestellt. Die Bildgebungsvorrichtung 10 ist vorgesehen, um Bilddaten DIMG (BLOCK 105) zu erfassen, die einem Bildgebungsbereich RIMG vor dem Fahrzeug 2 entsprechen. Die erste und zweite Kamera 11-1, 11-2 der Bildgebungsvorrichtung 10 erfassen jeweils einen ersten und zweiten Satz von Bilddaten DIMG-1, DIMG-2 (BLOCK 110). Der Prozessor 13 erzeugt ein Disparitätsbild in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Bilddatensätzen DIMG-1, DIMG-2 (BLOCK 115). Der Prozessor 13 ruft bekannte Parameter der Bildgebungsvorrichtung ab (BLOCK 120) und erzeugt eine Punktwolke 15 in Abhängigkeit von dem Disparitätsbild (BLOCK 125). Der Prozessor 13 liest das von der IMU 8 ausgegebene Neigungswinkelsignal S1 und bestimmt den Neigungswinkel der Fahrzeugkarosserie 4 (BLOCK 130). Die MLS-Karte 17 wird in Abhängigkeit von der Punktwolke 15 und der ermittelten Neigung des Fahrzeugs 2 erstellt (BLOCK 135). Der Prozessor 13 analysiert die MLS-Karte 17, um die einzelnen Zellen 18 entweder als Hindernis (d. h. nicht vom Fahrzeug 2 befahrbar) oder als befahrbaren Geländeabschnitt zu klassifizieren (BLOCK 140). Die Zellen 18, die einem Hindernis entsprechen, können optional von der weiteren Analyse ausgeschlossen werden. Der Prozessor 13 liest das Lenkwinkelsignal S2 aus und ermittelt den aktuellen Lenkwinkel des Fahrzeugs 2 (BLOCK 145), z.B. durch Auslesen eines von einem Lenkwinkelsensor ausgegebenen Lenksignals. In Abhängigkeit vom aktuellen Lenkwinkel wird eine Fahrzeugroute R bestimmt und der linke und rechte Radweg P1, P2 ermittelt (BLOCK 150).
Ein Höhenvergleich wird durchgeführt, um die Höhe jeder Zelle 18 entlang der linken und rechten Radwege P1, P2 mit den benachbarten (acht) Zellen 18 zu vergleichen. Der Prozessor 13 ermittelt, ob die Höhendifferenz größer oder kleiner als der vordefinierte Schwellenwert für den vertikalen Versatz ist (BLOCK 155). Wenn die Höhendifferenz einer Zelle 18 kleiner ist als der vordefinierte Schwellenwert für den vertikalen Versatz, wird die Zelle 18 verworfen (BLOCK 160). Ist die Höhendifferenz einer Zelle 18 größer als der vordefinierte vertikale Offset-Schwellenwert, wird die Zelle 18 als Stufenänderungszelle 18' identifiziert (BLOCK 165). Durch Projektion jeder vom Prozessor 13 identifizierten Stufenänderungszelle 18' wird eine Stufenänderungskarte 22 erstellt (BLOCK 170). Die Stufenänderungskarte 22 liefert eine zweidimensionale Darstellung des topografischen Reliefs der Bodenoberfläche SRF. Der Prozessor 13 verwendet einen Kurvenerkennungsalgorithmus, um Sequenzen der Stufenänderungszellen 18' zu erkennen, die eine Kurve bilden (BLOCK 175). Der Prozessor 13 analysiert dann die erkannten gekrümmten Sequenzen der Stufenwechselzellen 18', um Sequenzpaare zu identifizieren, die zumindest im Wesentlichen parallel zueinander sind (BLOCK 180). Wenn der Prozessor 13 kein Paar von Sequenzen identifiziert, die zumindest im Wesentlichen parallel zueinander sind, wird festgestellt, dass die ersten und zweiten Spurrillen R1, R2 in den erfassten Bilddaten nicht vorhanden sind (BLOCK 185). Wenn der Prozessor 13 ein Paar von Sequenzen identifiziert, die zumindest im Wesentlichen parallel zueinander sind, wird festgestellt, dass die erste und die zweite Spurrille R1, R2 in den erfassten Bilddaten vorhanden sind (BLOCK 190). In Abhängigkeit von dieser Feststellung kann der Prozessor 13 ein Spurrillenerkennungssignal RSIG ausgeben.
Der Prozessor 13 kann so konfiguriert sein, dass er weitere Merkmale der identifizierten ersten und zweiten Spurrille R1, R2 bestimmt. Zum Beispiel kann der Prozessor 13 die MLS-Karte 17 analysieren, um die Tiefe und/oder die Breite der ersten und zweiten Spurrille R1, R2 zu bestimmen. Wenn die Tiefe einer oder beider der ersten und zweiten Spurrillen R1, R2 einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet, kann der Prozessor 13 eine Benachrichtigung ausgeben, um beispielsweise einen Fahrer vor einem möglichen Risiko zu warnen, dass das Fahrzeug 2 stecken bleibt. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor 13 so konfiguriert sein, dass er erkennt, wo die Tiefe einer oder beider der ersten und zweiten Spurrillen R1, R2 unter einem vordefinierten Schwellenwert liegt, um beispielsweise eine Stelle für den Eintritt in die erste und zweite Spurrille R1, R2 oder den Austritt aus diesen zu identifizieren. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor 13 so konfiguriert sein, dass er die Höhe eines (zentralen) Grats zwischen der ersten und der zweiten Spurrille R1, R2 relativ zu der ersten und der zweiten Spurrille R1, R2 bestimmt. Überschreitet die relative Höhe der Spurrille einen vordefinierten Schwellenwert, kann der Prozessor 13 eine Meldung ausgeben, um beispielsweise einen Fahrer vor einem möglichen Szenario zu warnen, in dem das Fahrzeug 2 hochzentriert sein könnte. Der Prozessor 13 kann diese Funktionalität optional ergänzen, indem er ein oder mehrere Hindernisse, wie z. B. einen Felsen, auf dem Grat zwischen der ersten und zweiten Spurrille R1, R2 erkennt.
Der Prozessor 13 wurde hier so beschrieben, dass er erste und zweite Kurven identifiziert, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor 13 eine erste und eine zweite Kurvenfolge identifizieren, die innerhalb eines vordefinierten Radspurbereichs voneinander beabstandet sind. Der Radspurbereich kann z. B. obere und untere Radspurschwellen definieren. Die oberen und unteren Radspurschwellen können in Abhängigkeit von der Radspur des Fahrzeugs 2 festgelegt werden.
Die hier beschriebene(n) Ausführungsform(en) können auf vielfältige Weise modifiziert werden, ohne dass der Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird.
Das Steuersystem 1 wurde hier in Bezug auf die Identifizierung der ersten und zweiten Spurrille R1, R2 beschrieben. Es versteht sich, dass das Steuersystem 1 so modifiziert werden kann, dass es eine einzelne Spurrille R1 erkennt. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuersystem 1 so konfiguriert werden, dass es größere Kanäle, wie z. B. einen Graben oder eine Rinne, die in der Bodenoberfläche SRF gebildet werden, erkennt. Die hier in Bezug auf die Analyse der MSL-Karte 17 zur Identifizierung einer Spurrille RS1, RS2 beschriebenen Techniken können modifiziert werden, um den Graben oder die Rinne zu identifizieren. So kann der Prozessor 13 beispielsweise eine Reihe von Stufenänderungszellen 18' identifizieren, die eine V- oder U-förmige Rinne darstellen. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor 13 so konfiguriert sein, dass er die Seiten und/oder den Boden des Kanals innerhalb der MSL-Karte 17 identifiziert. Umgekehrt kann das Steuersystem 1 so konfiguriert sein, dass es die MSL-Karte 17 analysiert, um einen Grat oder einen erhöhten Bereich in der Bodenoberfläche SRF zu identifizieren.
In einer zweiten Ausführungsform wird eine Fahrzeuggeometrie im Systemspeicher 14 als Fahrzeugdatensatz gespeichert. Die Fahrzeuggeometrie umfasst eine Radspur und einen Radstand des Fahrzeugs 2. In Abhängigkeit von der gespeicherten Fahrzeuggeometrie ist der Prozessor 13 so konfiguriert, dass er eine vertikale Höhe jedes Rads W1-4 vorhersagt, wenn das Fahrzeug 2 die Fahrzeugroute R entlangfährt. Die Position jedes Rades 30 W1-4 auf dem linken und rechten Radweg P1, P2 ist in dem dritten Bild IMG3 an einer Position auf der Fahrzeugstrecke R dargestellt, in der sich die Vorderräder W1, W2 in einem vorbestimmten Abstand vor ihrer aktuellen Position befinden. Der vorbestimmte Abstand kann beispielsweise als eine Anzahl „n“ von Metern von der aktuellen Position des Fahrzeugs 2 definiert werden (wobei „n“ größer als Null ist). Die vorgegebene Entfernung kann vom Benutzer gewählt werden, zum Beispiel in Abhängigkeit von einer Benutzereingabe 35. Das topografische Relief des Geländes wird durch die MLS-Karte 17 definiert. In Abhängigkeit von der MLS-Karte 17 kann der Prozessor 13 die Höhe der einzelnen Räder W1-4 für jede beliebige Fahrzeugposition bestimmen. Alle Zellen 18 der MLS-Karte 17, die als Hindernis klassifiziert sind, werden bei der Bestimmung der Höhe der Räder W1-4 vermieden. Bei einer großen Abweichung 5 zwischen der ermittelten Höhe der Räder W1-4 kann der Prozessor 13 die Höhenwerte vorhersagen, um die mit der MLS-Karte 17 verbundenen Fehler zu verringern. Beispielsweise kann der Prozessor 13 die Höhe der ersten und zweiten Räder W1, W2 vergleichen, wenn sich das Fahrzeug 2 an einer ersten Stelle auf der Fahrzeugroute R befindet, und einen vorderen Knickwinkel α1 vorhersagen (d. h. den Winkel einer Mittelachse, die die ersten und zweiten Räder W1, W2 relativ zu einer horizontalen Achse verbindet).
Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor 13 die Höhe des dritten und vierten Rades W3, W4 vergleichen, wenn sich das Fahrzeug 2 an der ersten Stelle der Fahrzeugroute R befindet, und einen hinteren Knickwinkel α2 vorhersagen (d. h. den Winkel einer Mittelachse, die das dritte und vierte Rad W3, W4 verbindet, relativ zu einer horizontalen Achse). Der Prozessor 13 kann diese Analyse entlang der Fahrzeugroute R wiederholen, um Änderungen des vorderen und hinteren Knickwinkels α1, α2 zu modellieren. Die Änderungen der vorderen und hinteren Knickwinkel α1, α2 können so entlang der Fahrzeugroute R bestimmt werden. Ein Knickwinkelschwellenwert kann (für die Vorderachse 5 und/oder die Hinterachse 6) vordefiniert werden. Der Prozessor 13 kann feststellen, ob einer oder beide der vorderen und hinteren Knickwinkel α1, α2 20 die vordefinierte Knickwinkelschwelle überschreiten. Der Prozessor 13 kann eine Vorwarnung erzeugen, um den Fahrer des Fahrzeugs darauf hinzuweisen, dass der Schwellenwert für den Knickwinkel 2 überschritten wird, wenn das Fahrzeug 2 auf der Fahrzeugroute R weiterfährt. Der Prozessor 13 sagt die vorderen und hinteren Knickwinkel α1, α2 voraus, so dass die Warnung im Voraus erzeugt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor 13 die Fahrzeugroute R so ändern, dass die vorderen und hinteren Knickwinkel α1, α2 kleiner als der vordefinierte Knickwinkelschwellenwert sind.
Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor 13 ein Fahrzeugsteuersignal zur Steuerung eines oder mehrerer Fahrzeugsysteme in Abhängigkeit von den ermittelten vorderen und hinteren Knickwinkeln α1, α2 ausgeben. Das Steuersignal kann eines oder mehrere der folgenden Systeme steuern: eine Drosselklappenreaktion; einen Antriebsstrang; ein Fahrzeuggetriebe (z. B. zur Auswahl eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses); ein Verteilergetriebe (z. B. zur Auswahl eines hohen oder niedrigen Übersetzungsverhältnisses); eine elektrische Servolenkung (z. B. zur Änderung eines Lenkverhältnisses und/oder zur Änderung der Rückmeldung vom Lenkrad); und ein Federungssystem (z. B. zur Anpassung des Federwegs und/oder zur Anpassung einer Dämpfungseinstellung).
Ein viertes Bild IMG4, das von der Bildgebungsvorrichtung 10 aufgenommen wurde, ist in 13 beispielhaft dargestellt. Im vierten Bild IMG4 ist die Bestimmung des vorderen und hinteren Knickwinkels α1, α2 für eine Fahrzeugstrecke R dargestellt. Die bildgebende Vorrichtung 10 nimmt die Bilddaten DIMG für einen Bildbereich RIMG vor dem Fahrzeug 2 auf. Der Prozessor 13 analysiert die Bilddaten DIMG, um die MLS-Karte 17 zu erstellen. Die linken und rechten Radwege P1, P2 werden für die Fahrzeugroute R bestimmt. Die Position jedes Rads W1-4 wird für eine vorhergesagte Position des Fahrzeugs 2 auf der Fahrzeugroute R bestimmt. Die vertikale Position jedes Rads 5 W1-4 kann relativ zu einem Referenzpunkt, wie z. B. der Mittelposition CP2, am Fahrzeug 2 bestimmt werden. Die vorderen und hinteren Knickwinkel α1, α2 werden dann für die vorausberechnete Position bestimmt. In dem dargestellten Beispiel beträgt der vordere Knickwinkel α1 -15,7° und der hintere Knickwinkel α2 -11,5°. Die vorderen und hinteren Knickwinkel α1, α2 können auf einem Bildschirm ausgegeben werden, um beispielsweise eine grafische Darstellung der voraussichtlichen Ausrichtung des Fahrzeugs 2 zu erhalten.
Die Funktionsweise des Steuersystems 1 ist in einem Flussdiagramm 100 in 14 dargestellt. Die Bildgebungsvorrichtung 10 ist vorgesehen, um Bilddaten DIMG (BLOCK 105) zu erfassen, die einem Bildgebungsbereich RIMG vor dem Fahrzeug 2 entsprechen. Die erste und zweite Kamera 11-1, 11-2 15 der Bildgebungsvorrichtung 10 erfassen jeweils einen ersten und zweiten Satz von Bilddaten DIMG-1, DIMG-2 (BLOCK 110). Der Prozessor 13 erzeugt ein Disparitätsbild in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Bilddatensätzen DIMG-1, DIMG-2 (BLOCK 115). Der Prozessor 13 ruft bekannte Parameter der Bildgebungsvorrichtung ab (BLOCK 120) und erzeugt eine Punktwolke 15 in Abhängigkeit von dem Disparitätsbild (BLOCK 125). Der Prozessor 13 liest das von der IMU 8 ausgegebene Neigungswinkelsignal S1 und bestimmt den Neigungswinkel der Fahrzeugkarosserie 4 (BLOCK 130). Die MLS-Karte 17 wird in Abhängigkeit von der Punktwolke 15 und der ermittelten Neigung des Fahrzeugs 2 erstellt (BLOCK 135). Der Prozessor 13 analysiert die MLS-Karte 17, um die einzelnen Zellen 18 entweder als Hindernis (d. h. nicht vom Fahrzeug 2 befahrbar) oder als befahrbaren Geländeabschnitt zu klassifizieren (BLOCK 140). Die Zellen 18 25, die einem Hindernis entsprechen, können optional von der weiteren Analyse ausgeschlossen werden. Der Prozessor 13 liest das Lenkwinkelsignal S2 aus und ermittelt den aktuellen Lenkwinkel des Fahrzeugs 2 (BLOCK 145), z.B. durch Auslesen eines von einem Lenkwinkelsensor ausgegebenen Lenksignals. In Abhängigkeit vom aktuellen Lenkwinkel wird eine Fahrzeugroute R bestimmt und der linke und rechte Radweg P1, P2 ermittelt (BLOCK 150). Der Prozessor 13 empfängt 30 eine Abstandsmetrik ‚n‘, die einen Ort entlang der Fahrzeugroute R identifiziert (BLOCK 155); und bestimmt die Position jedes Rads W1-4 auf dem linken und rechten Radweg P1, P2 an dem identifizierten Ort (BLOCK 160). Der Prozessor 13 schätzt dann die Höhe jedes Rades W1-4 an der identifizierten Stelle in Abhängigkeit von der MLS-Karte 17 (BLOCK 165). Die vorderen und hinteren Knickwinkel α1, α2 werden in Abhängigkeit von der geschätzten Höhe der einzelnen Räder W1-4 bestimmt (BLOCK 170). Die hier beschriebene(n) Ausführungsform(en) kann (können) ohne Abweichung vom Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche in verschiedener Weise geändert werden.
Der hier beschriebene Prozessor 13 verwendet den Neigungswinkel der Fahrzeugkarosserie 4, um die MLS-Karte 17 zu erzeugen. Der Prozessor 13 kann optional auch den Wankwinkel der Fahrzeugkarosserie 4 verwenden, um das MLS-Kennfeld 17 zu erzeugen. Der hier beschriebene Prozessor 13 kann so konfiguriert sein, dass er Federwegsignale empfängt, die den Federweg (oder die Höhe) jeder der Federungsbaugruppen S1-4 angeben. Eine ungleichmäßige Beladung 10 des Fahrzeugs 2 kann zu einer Änderung des Nick- oder Rollwinkels des Fahrzeugs 4 führen. Bei der Ermittlung des MLS-Kennfelds 14 kann der Prozessor 13 einen Korrekturfaktor anwenden, um solche Abweichungen auszugleichen. Der Korrekturfaktor kann in Abhängigkeit von den Federwegsignalen bestimmt werden. 15 Der Prozessor 13 kann die MLS-Karte 17 als kinematisches Modell zur Bestimmung der Ausrichtung des Fahrzeugs 2 verwenden. Beispielsweise kann der Prozessor 13 das MLS-Kennfeld 17 verwenden, um einen Rollwinkel und/oder einen Nickwinkel der Fahrzeugkarosserie 4 zu schätzen.
Die Bildgebungsvorrichtung 10 wurde hier so beschrieben, dass sie erste und zweite Bildgebungssensoren 11-1, 11-2 umfasst. Die ersten und zweiten Bildsensoren 11-1, 11-2 sind als erste und zweite optische Kameras beschrieben worden. Es versteht sich, dass verschiedene Arten von Sensoren verwendet werden können, um die Bilddaten zu erzeugen, die zur Erzeugung der dreidimensionalen Daten für die Vorhersage der vertikalen Position des mindestens einen Rades verwendet werden. Das bildgebende System kann beispielsweise ein Lidar-System (Light Detection and Ranging) zur Erzeugung der dreidimensionalen Daten umfassen oder aus einem solchen bestehen. Das Lidar-System kann aus einem Lasersender und einer Sensoranordnung bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Bildgebungsvorrichtung 10 ein Radarsystem umfassen, das zur Erzeugung der dreidimensionalen Daten eingesetzt werden kann.

Claims

Ein Steuersystem zur Identifizierung einer oder mehrerer Spurrillen in einer Oberfläche, wobei das Steuersystem eine oder mehrere Steuerungen umfasst, wobei das Steuersystem konfiguriert ist, um: Bilddaten zu empfangen, die einen Bildbereich darstellen; die Bilddaten zu analysieren, um dreidimensionale Daten über den Bildbereich zu erzeugen; die dreidimensionalen Daten zu analysieren, um einen oder mehrere längliche Abschnitte zu identifizieren, die einen vertikalen Versatz relativ zu einem benachbarten Abschnitt aufweisen; und ein Spurrillenidentifikationssignal auszugeben, um jeden identifizierten länglichen Abschnitt als einer Spurrille entsprechend zu identifizieren.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass es die dreidimensionalen Daten analysiert, um den einen oder die mehreren länglichen Abschnitte zu identifizieren, indem es eine schrittweise Änderung der vertikalen Höhe relativ zu dem benachbarten Abschnitt identifiziert.
Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass es die dreidimensionalen Daten analysiert, um den einen oder die mehreren länglichen Abschnitte mit einem im Wesentlichen kontinuierlichen Profil in der Draufsicht zu identifizieren.
Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dreidimensionalen Daten eine Vielzahl von Zellen umfassen, wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass es die dreidimensionalen Daten analysiert, um den einen oder mehreren länglichen Abschnitt zu identifizieren, indem es eine Sequenz identifiziert, die aus einer Vielzahl der Zellen besteht, wobei jede der Zellen in der Sequenz vertikal von mindestens einer benachbarten Zelle versetzt ist.
Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass es einen ersten und einen zweiten langgestreckten Abschnitt als einer ersten und einer zweiten Spurrille entsprechend identifiziert, und wobei das Identifizieren des ersten und des zweiten langgestreckten Abschnitts optional das Identifizieren von langgestreckten Abschnitten umfasst, die im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass es die dreidimensionalen Daten analysiert, um einen vertikalen Versatz zwischen dem länglichen Abschnitt und dem benachbarten Abschnitt zu bestimmen, um eine Tiefe der entsprechenden Spurrille zu bestimmen, und wobei das Steuersystem optional so konfiguriert ist, dass es eine Warnung ausgibt, wenn der bestimmte vertikale Versatz größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert bestimmt wird.
Verfahren zur Identifizierung einer oder mehrerer Spurrillen in einer Oberfläche, wobei das Verfahren umfasst: Empfang von Bilddaten, die einen Bildbereich darstellen; Analyse der Bilddaten, um dreidimensionale Daten über den Bildbereich zu erzeugen; Analysieren der dreidimensionalen Daten, um einen oder mehrere längliche Abschnitte zu identifizieren, die einen vertikalen Versatz relativ zu einem benachbarten Abschnitt aufweisen; und Ausgabe eines Spurrillen-Identifikationssignals um jeden identifizierten länglichen Abschnitt als einer Spurrille entsprechend zu identifizieren.
Ein Steuersystem zur Vorhersage einer vertikalen Position von mindestens einem Rad eines Fahrzeugs, wobei das Steuersystem eine oder mehrere Steuerungen umfasst, wobei das Steuersystem konfiguriert ist, um: Bilddaten zu empfangen, die einen Bildbereich darstellen; die Bilddaten zu analysieren, um dreidimensionale Daten über den Bildbereich zu erzeugen; eine Angabe einer voraussichtlichen Position des mindestens einen Rades zu erhalten; und die vertikale Position des mindestens einen Rades an der vorhergesagten Position in Abhängigkeit von den dreidimensionalen Daten vorherzusagen.
Steuersystem nach Anspruch 8, wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass es die vertikale Position jedes Rads auf einer ersten Achse und/oder einer zweiten Achse vorhersagt, und wobei das Steuersystem optional so konfiguriert ist, dass es einen ersten und/oder einen zweiten Knickwinkel in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position jedes Rads auf der ersten und/oder zweiten Achse bestimmt.
Steuersystem nach Anspruch 9, wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass es einen Fahrzeugrollwinkel und/oder einen Fahrzeugnickwinkel in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position der Räder an der ersten Achse relativ zu der vorhergesagten vertikalen Position der Räder an der zweiten Achse vorhersagt.
Steuersystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass es die vertikale Position des mindestens einen Rades in einer Vielzahl von vorhergesagten Positionen vorhersagt.
Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Fahrzeugdatensatz eine relative Position jedes Rades am Fahrzeug definiert, wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass es jedes Rad des Fahrzeugs den dreidimensionalen Daten zuordnet, um die vertikale Position jedes Rades vorherzusagen.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Steuerungssystem so konfiguriert ist, dass es eine Route des Fahrzeugs bestimmt, wobei die vorhergesagte Position des mindestens einen Rads für eine gegebene Position des Fahrzeugs auf der Route bestimmt wird.
Steuersystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Steuersystem so konfiguriert ist, dass es ein Fahrzeugsteuersignal in Abhängigkeit von der vorhergesagten vertikalen Position des mindestens einen Rades des Fahrzeugs ausgibt.
Verfahren zur Vorhersage einer vertikalen Position von mindestens einem Rad eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst: EmpfangenF von Bilddaten, die sich auf einen Bildbereich beziehen; Analyse der Bilddaten, um dreidimensionale Daten über den Bildbereich zu erzeugen; Vorhersage einer Position des mindestens einen Rades; und Vorhersage der vertikalen Position des mindestens einen Rades an der vorhergesagten Position in Abhängigkeit von den dreidimensionalen Daten.
Nichttransitorisches computerlesbares Medium umfassend einen Satz darin gespeicherter Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, einen Prozessor veranlassen, das in Anspruch 7 beanspruchte Verfahren oder das in Anspruch 15 beanspruchte Verfahren durchzuführen.
Fahrzeug mit einem Steuersystem nach einem der Ansprüche 1-6 oder einem der Ansprüche 8-14.