DE60213235T2

DE60213235T2 - Überwachungsvorrichtung für fahrzeuge

Info

Publication number: DE60213235T2
Application number: DE60213235T
Authority: DE
Inventors: James Alastair BUCHANAN; Oghenovo Andrew Haymills OYAIDE; Hoe Tuan FOO
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2022-05-18
Also published as: AU2002310585A1; JP2004531424A; EP1395851B1; WO2002092375A3; US20040167717A1; EP1395851A2; JP4343536B2; WO2002092375A2; GB0111979D0; DE60213235D1

Description

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen in Erfassungsvorrichtungen für Fahrzeuge. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, betrifft sie eine Zielobjektpositionserfassungsvorrichtung für ein Stammfahrzeug, das den Ort eines Zielfahrzeugs oder eines anderen Zielobjekts aus einer Reihe von Fahrzeugen oder anderen Objekten bezüglich eines projizierten Weges eines Stammfahrzeugs zu schätzen vermag. In einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein adaptives Geschwindigkeitssteuersystem vor, das eine derartige Vorrichtung beinhaltet.
Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der EP 890 470 A2 bekannt.
In den letzten Jahren haben die Einführung verbesserter Sensoren und die Erhöhung der Rechenleistung zu beträchtlichen Verbesserungen bei automobilen Steuerungssystemen geführt. Verbesserungen bei der Fahrzeugsicherheit haben diese Entwicklungen vorangetrieben, die sich jetzt einer kommerziellen Akzeptanz nähern. Ein Beispiel für den neuesten Fortschritt ist das Vorsehen einer adaptiven Geschwindigkeitssteuerung für Fahrzeuge, die oft als ACC ("ACC = Adaptive Cruise Control") bezeichnet wird.
Derzeitige ACC-Systeme sind um Positionssensoren herum strukturiert, die das Vorhandensein anderer Fahrzeuge oder das von Hindernissen detektieren, die sich auf der vor dem Stammfahrzeug liegenden Straße befinden. Die Detektion wird üblicherweise unter Verwendung eines oder mehrerer radar- oder lidarbasierter Sensoren durchgeführt, die an der Vorderseite des Stammfahrzeugs angebracht sind. Die Sensoren identifizieren den Ort der detektierten Objekte relativ zu dem Stammfahrzeug und speisen Informationen in einen Prozessor. Der Prozessor bestimmt, ob das Zielobjekt auf einem für das Stammfahrzeug projizierten Weg liegt oder nicht.
In einem ACC-System kann das System nach einem Zielobjekt suchen, das einem vor dem Stammfahrzeug die Straße entlang fahrenden Fahrzeug entspricht und dem identifizierten Fahrzeug automatisch folgen. Dies ermöglicht es einem Fahrzeugkonvoi, einander auf sichere Weise entlang einer Straße mit geringem oder keinem Eingreifen durch den Fahrer zu folgen. In diesem Fall ist es aus offensichtlichen Gründen wichtig, dass nur Zielen gefolgt wird, die sich auf der gleichen Fahrspur wie das Stammfahrzeug befinden. Dies ist insbesondere auf einer Autobahn mit mehreren parallelen Fahrspuren relevant, wo ein derartiges System voraussichtlich den größten Nutzen bringen wird.
Bei der Konstruktion eines zuverlässigen ACC-Systems treten verschiedene inhärente Probleme auf.
Bewegt sich ein Stammfahrzeug entlang einer geraden Straße, ist die Implementierung trivial. Es müssen lediglich Ziele verfolgt werden, die sich genau vor dem Fahrzeug befinden. Wenn die Straße gekrümmt ist, ist das Problem bei weitem nicht trivial.
Bei der ersten Generation von ACC-Systemen wird die Identifikation der Fahrspur, auf der sich ein voraus befindliches Zielfahrzeug fortbewegt, durch die Verwendung einer Kombination aus einem Radar zum Detektieren der Position der Zielobjekte und an dem Stammfahrzeug angeordneten Giersensoren zum Bestimmen der Trajektorie beziehungsweise des projizierten Weges des Stammfahrzeugs erreicht. Die Ausgabe des Giersensors ermöglicht eine Bestimmung des Radius des projizierten Weges des Fahrzeugs, d. h. des Radius, entlang dem sich das Stammfahrzeug zu dem Zeitpunkt fortbewegt, zu dem die Messung gemacht wurde. Die Krümmung des Wegs wird dann vor das Fahrzeug projiziert und es werden Ziele verfolgt, die auf dem projizierten Weg liegen.
Das Leistungsvermögen dieser Systeme ist jedoch beschränkt, da die Projektion der augenblicklichen Position des momentanen Fahrzeugs nur gültig ist, wenn das Stammfahrzeug und das behindernde Fahrzeug einem Weg mit dem gleichen Radius folgen. Zudem ist die Information, die man von einem Giersensor erhaltenden kann, üblicherweise von geringer Qualität, was zu einer geringen Zuverlässigkeit des Systems führt. Dies kann zu Fehlern in dem projizierten Weg führen.
Uns ist die als EP 0 890 470 veröffentlichte europäische Patentanmeldung bekannt, die ein Fahrzeugsteuerungssystem offenbart, bei dem ein Zielfahrzeug auf der Basis seines Weges bezüglich des Weges des Stammfahrzeugs ausgewählt wird. Das Dokument bildet den Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einige Probleme des Standes der Technik zu vermindern.
Gemäß einem ersten Aspekt sieht die Erfindung eine Zielobjektpositionserfassungsvorrichtung für ein Stammfahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Insbesondere umfasst die Vorrichtung:
eine an dem Stammfahrzeug vorhandene Fahrspurdetektionsvorrichtung, die eine Bilderfassungseinrichtung umfasst, um ein Bild von zumindest einem Teil der vor dem Stammfahrzeug liegenden Straße zu erfassen;
eine Fahrzeugwegschätzeinrichtung zum Schätzen eines projizierten Wegs für das Stammfahrzeug;
eine sich an dem Stammfahrzeug befindende Zielfahrzeugdetektionsvorrichtung, die die Position eines beliebigen Zielobjekts zu identifizieren vermag, das sich auf der vor dem Stammfahrzeug liegenden Straße befindet, wobei die Position Daten umfasst, die den Abstand des Zielfahrzeugs von dem Stammfahrzeug repräsentieren;
erste Datenverarbeitungsmittel, die eine Zielfahrspur zu bestimmen vermögen, auf der sich das Stammfahrzeug befinden wird, wenn es sich entlang des projizierten Weges um den Abstand zu dem Zielobjekt fortbewegt hat;
und zweite Verarbeitungsmittel, die die durch die Zielfahrzeugdetektionsmittel bestimmte Position des Zielfahrzeugs mit der Position der Zielfahrspur vergleichen können, um eine verarbeitete Schätzung der tatsächlichen Position des Zielobjekts zur Verfügung zu stellen, und bei denen die verarbeitete Schätzung einen Indikator umfasst, ob das Zielfahrzeug auf der gleichen Fahrspur ist oder nicht, auf der das Stammfahrzeug projektionsgemäß sein wird, wenn es sich an dem Punkt des Zielfahrzeugs befindet, wobei die verarbeitete Schätzung einen Indikator umfasst, ob das Zielfahrzeug auf der gleichen Fahrspur ist oder nicht, auf der das Stammfahrzeug projektionsgemäß sein wird, wenn es sich an dem Punkt des Zielfahrzeugs befindet.
Demnach sieht die Erfindung die Kombination beziehungsweise Verschmelzung der Informationen von der Fahrspurdetektionsvorrichtung und der Fahrzeugpositiondetektionsvorrichtung vor, um eine zuverlässige Bestimmung des Ortes eines behindernden Fahrzeugs zu ermöglichen.
Die Verwendung der Fahrspurdetektion erübrigt den Bedarf nach von einem Giersensor zur Verfügung gestellten Informationen bezüglich des projizierten Wegs, indem real identifizierte Fahrspurinformationen verwendet werden, um die Position eines Ziel- oder behindernden Fahrzeugs und des Stammfahrzeugs zu schätzen.
Die Bilderfassungseinrichtung der Fahrspurdetektionsvorrichtung kann eine Videokamera umfassen, die ein beziehungsweise zumindest ein zweidimensionales Bild eines Bereichs der Straße vor dem Stammfahrzeug zu erzeugen vermag. Es können im Verlauf der Zeit, wenn sich das Fahrzeug eine Straße entlang bewegt, viele Bilder der Reihe nach erfasst werden.
Das erfasste Bild kann an eine Bildverarbeitungseinheit weitergeleitet werden. Diese kann das oder jedes Bild filtern, um Artefakte in dem Bild zu identifizieren, die einem oder mehreren der folgenden entsprechen: der rechte Rand der Straße, der linke Rand der Straße, Fahrspuren auf der Straße markierende Fahrspurmarkierungen, der Krümmungsradius der Fahrspur und/oder der Straße und optional der Fahrtrichtungswinkel des Stammfahrzeugs relativ zu der Straße/Fahrspur. Diese von der Bildverarbeitungseinheit ausgegebenen detektierten Artefakte können an den ersten Datenprozessor zur Bestimmung des Wegs des Stammfahrzeugs weitergeleitet werden. Die ausgegebenen Daten können kontinuierlich aktualisiert werden, wann immer ein neues Bild im Laufe der Zeit erfasst wird.
Die Bildverarbeitungseinheit kann zum Verarbeiten der identifizierten Straßeninformationen unter Verwendung eines oder mehrerer Bildverarbeitungsalgorithmen eingerichtet sein.
In einer ersten Stufe kann die Bildverarbeitungseinheit dazu eingerichtet sein, einen Kantendetektionsalgorithmus zum Detektieren von Linien oder Kurven anzuwenden, die den Fahrspurbegrenzungen entsprechen. Die Bildverarbeitungseinheit kann ferner einen Transformationsalgorithmus umfassen, wie etwa einen Umgekehrte-Perspektive-Algorithmus ("inverse perspective algorithm"), um die kantendetektierten Punkte der Fahrspurbegrenzungen von der Bildebene in die Ebene der realen Welt zu konvertieren.
Die Bildverarbeitungseinheit kann auch einen Verfolgungsalgorithmus umfassen, der eine rekursive Kleinste-Quadrate-Technik verwenden kann, um den Weg der Fahrspuren in dem oder jedem verarbeiteten Bild zu identifizieren.
Die Ausgabe der Bildverarbeitungseinheit umfasst die Fahrspurtopografie repräsentierende Daten, die an die ersten Datenverarbeitungsmittel weitergeleitet werden. Sie kann auch Informationen umfassen, die die Position des Stammfahrzeugs relativ zu den identifizierten Fahrspuren und seiner Fahrtrichtung umfassen.
Die ersten Datenverarbeitungsmittel können die Zielfahrspur auf mehrere mögliche Arten bestimmen. Bevor dies erreicht werden kann, muss jedoch die Fahrzeugwegschätzeinrichtung einen projizierten Weg des Fahrzeugs bestimmen.
Die Fahrzeugwegschätzeinrichtung kann die Krümmung eines Wegs, dem das Fahrzeug voraussichtlich folgen wird, auf mehrere Arten bestimmen. Beispielsweise können die Fahrspurinformationen dazu verwendet werden, um zu bestimmen, auf welcher Fahrspur sich das Stammfahrzeug momentan fortbewegt, und es kann angenommen werden, dass das Stammfahrzeug auf dieser Fahrspur bleiben wird. Demnach kann der projizierte Weg dem Weg der Fahrspur entsprechen. Es wird angenommen, dass er die gleiche Krümmung wie die der Fahrspur aufweist.
Um die Situation zu berücksichtigen, in der das Stammfahrzeug die Fahrspur wechselt, bevor es das Zielfahrzeug erreicht, kann die Fahrzeugwegschätzeinrichtung den Weg durch das Projizieren eines Weges auf der Basis der Fahrtrichtung des Stammfahrzeugs schätzen. Dies kann mit dem Verlauf einer Fahrspur übereinstimmen, ist aber tatsächlich von der Fahrspurausrichtung unabhängig.
In einer weiteren Anordnung kann, wenn ein verarbeitetes Bild oder die verarbeiteten Bilder anzeigen, dass das Stammfahrzeug sich nahe der linken Seite einer Fahrspur befindet und sich relativ zu der Straße nach links bewegt, die Wegschätzeinrichtung voraussagen, dass der Weg des Stammfahrzeugs für eine kurze Zeit in dieser Fahrspur bleiben wird, aber in Kürze zu einer anderen Fahrspur nach links wechseln wird. Eine ähnliche Vorhersage kann bei einem Wechsel nach rechts getroffen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrzeugwegschätzeinrichtung einen Giersensor umfassen, der die Gierrate des Stammfahrzeugs bestimmt, um ein Maß für den Krümmungsradius einer Bahn zur Verfügung zu stellen, der das Stammfahrzeug folgt. Dies kann mit der Fahrtrichtung des Fahrzeugs kombiniert werden, die man aus dem erfassten Bild erhält.
Die ersten Datenverarbeitungsmittel können dann bestimmen, welche Fahrspur das Stammfahrzeug belegt, wenn es sich um die Entfernung zu dem Zielobjekt fortbewegt hat, indem der durch die Wegschätzeinrichtung geschätzte Weg mit den Fahrspurbegrenzungsinformationen bei dieser Entfernung projiziert wird. Das Stammfahrzeug kann dann auf der geeigneten Fahrspur angeordnet werden, indem der projizierte Weg den beobachteten Fahrspurbegrenzungen an diesem Punkt angepasst wird.
Die Zielfahrzeugdetektionsvorrichtung kann einen Sender, der ein Signal nach außen vor das Fahrzeug emittiert, einen Empfänger, der einen Teil des emittierten Signals zu empfangen vermag, der von Objekten vor dem Fahrzeug reflektiert wird, und Zielverarbeitungsmittel umfassen, die den Abstand zwischen dem Stammfahrzeug und dem Objekt zu bestimmen vermögen.
Der Emitter und der Sender emittieren und empfangen vorzugsweise Radarsignale oder Lidarsignale. Selbstverständlich können andere Entfernungsmesstechnologien bei dieser Anwendung eingesetzt werden, wenn dies bevorzugt ist. Der Abstand zwischen dem Stammfahrzeug und einem Zielfahrzeug beziehungsweise -objekt kann durch Verarbeitungsmittel bestimmt werden, die auf der Laufzeit eines Signals von der Emission des Signals bis zum Empfang eines reflektierten Teils des Signals basieren.
Es versteht sich, dass das Vorsehen der Vorrichtung zum Identifizieren des Ortes eines Zielobjekts ein Teil von vielen Arten von Fahrzeugsteuerungssystemen darstellen kann.
Demnach stellt die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt ein adaptives Geschwindigkeitssteuerungssystem für ein Stammfahrzeug zur Verfügung, das umfasst: eine Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, die die Position eines Zielfahrzeugs oder -objekts auf einer Autobahn zu schätzen vermag; und Signalerzeugungsmittel, die ein Lenkungsvorspannungssignal zu erzeugen vermögen, das, wenn es an ein Lenkungssystem des Stammfahrzeugs angelegt wird, das Steuern der Richtung des Fahrzeugs auf solche Weise unterstützt, dass das Stammfahrzeug dem Zielfahrzeug folgt.
Die Signalerzeugungsmittel können ferner zumindest ein Fahrzeuggeschwindigkeitssteuersignal erzeugen, das, wenn es an ein Bremssystem oder ein Gaspedalsteuersystem des Fahrzeugs angelegt wird, bewirkt, dass das Fahrzeug einen vorbestimmten Abstand hinter dem behindernden Fahrzeug aufrechterhält. Die Fahrzeugsteuerungs- und/oder Brems- und/oder Gaspedalsignale können in Abhängigkeit von der Schätzung der Zielposition erzeugt werden, die von der Erfassungsvorrichtung bestimmt wird. Die Steuersignale können nur für Zielfahrzeuge erzeugt werden, die den projizierten Weg des Stammfahrzeugs belegen, d. h. die sich auf derselben Fahrspur befinden.
Es wird jetzt lediglich beispielhaft: eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Veranschaulichung der Beziehung zwischen einem Zielfahrzeug und einem Stammfahrzeug ist, wenn das Stammfahrzeug sich (a) in eine Biegung hinein, (b) aus einer Biegung heraus und (c) beim Fahrspurwechsel fortbewegt;
2 eine einfache geometrische Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Stammfahrzeug und dem Zielfahrzeug ist;
3 ein Flussdiagramm ist, das ein erstes Verfahren zum Schätzen der Zielfahrspurposition für das Stammfahrzeug veranschaulicht;
4 ein Flussdiagramm ist, das ein zweites Verfahren zum Schätzen der Zielfahrspurposition für das Stammfahrzeug veranschaulicht;
5 ein Flussdiagramm ist, das einen Überblick über die Strategie bietet, die durch die Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung implementiert ist, wenn ein Zielfahrzeugort geschätzt wird; und
6 ein Überblick über die Komponenten des Systems für die vorliegende Erfindung ist.
Wie obenstehend beschrieben hat die Herangehensweise gemäß dem Stand der Technik zur Vorhersage der Krümmung eines projizierten Weges für ein Fahrzeug Gierratenmessungen zusammen mit Messungen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingesetzt.
Diese Vorgehensweise ist für die Mehrzahl von Straßensituation geeignet, in denen ACC erwartungsgemäß arbeitet. Wenn sich jedoch die Komplexität der Straßenumgebung erhöht, können im Ergebnis falsche "Ziele" gewählt werden. Mit einem Ziel ist entweder ein behinderndes Fahrzeug oder ein Objekt in dem Weg des Stammfahrzeugs gemeint. Diese komplexen Situationen werden typischerweise am Eingang und am Ausgang von Biegungen und während Fahrspurwechselmanövern angetroffen, wie in den 1(a), 1(b) und 1(c) der begleitenden Zeichnungen veranschau licht. In jeder Zeichnung ist das Stammfahrzeug durch das Bezugszeichen 1 und das Zielfahrzeug durch das Bezugszeichen 2 angegeben. Die strichpunktierte Linie 3 veranschaulicht den projizierten Weg des Stammfahrzeugs, wobei die durchgezogenen Linien 4a, 4b die Straßenränder und die gestrichelte Linie 5 eine Fahrspurbegrenzung darstellen.
Das System der vorliegenden Erfindung verbessert den Stand der Technik durch das Vorsehen einer Bilderfassungsvorrichtung zum Detektieren des Ortes von Fahrspurbegrenzungen relativ zum Stammfahrzeug. Dies kann dazu verwendet werden, Informationen bezüglich der Position des Stammfahrzeugs relativ zu den Fahrspurbegrenzungen, der Fahrspurbreite und der Fahrtrichtung des Fahrzeugs relativ zur Fahrspur zu bestimmen, um eine projizierte Trajektorie für das Fahrzeug zu schätzen.
Die für das Implementieren des Systems benötigte Vorrichtung ist in 6 der begleitenden Zeichnungen veranschaulicht. In seiner einfachsten Form umfasst sie eine Videokamera 100, die an der Vorderseite des Stammfahrzeugs 101 angebracht ist sowie eine Bildverarbeitungsbaugruppe. Die Bildverarbeitungsbaugruppe erfasst Bilder von der Kamera in Echtzeit. Ein radarähnlicher oder lidarähnlicher Sensor 103 ist ebenfalls an der Vorderseite des Fahrzeugs 101 angebracht, was eine Objektidentifikation ermöglicht und es auch gestattet, den Abstand der detektierten Objekte von dem Stammfahrzeug 101 zusammen mit dem Verhalten des Objektes relativ zu dem Stammfahrzeug zu bestimmen. Die Ausgabe des Radarsensors und der Bildverarbeitungsbaugruppe 102 wird an einen Datenprozessor 104 weitergeleitet, der sich innerhalb des Fahrzeugs befindet und die Bild- sowie die Objektdetektiondaten kombiniert beziehungsweise verschmilzt, wie in dem allgemeinen Flussdiagramm der 5 der begleitenden Zeichnungen veranschaulicht.
Der Datenprozessor führt sowohl eine Bildverarbeitung auf niedrigem Niveau als auch Bildverarbeitungsfunktionen auf hohem Niveau durch.
Der Datenprozessor implementiert in dem Fahrspurdetektionssystem verwendete Softwarealgorithmen, darunter die Folgenden:

– eine Merkmals-Punkt-Detektionsroutine zum Extrahieren der Fahrspurmarkierungen aus der erfassten Bildszene, vorzugsweise unter Verwendung eines Kantendetektionsalgorithmus zum Identifizieren von Linien und Kurven in der Szene
– einen Transformationsalgorithmus, der die kantendetektierten Punkte in dem Bild aus der Bildebene in die Ebene der realen Welt konvertiert. Die Transformation basiert unter anderem auf einer Umgekehrte-Perspektive-Transformierung („inverse perspective transform"), die wie folgt dargestellt werden kann (unten stehende Gleichung 1):
wobei X und Y die auf das Zentrum der untersten Linie des erfassten Bildes bezogenen Bildkoordinaten sind, H der Horizont, f die Brennweite der Erfassungskamera, h die Höhe der Kamera über dem Boden und x, z die Koordinaten der realen Welt sind. Die z-Koordinate stellt den Abstand in der realen Welt vor dem Stammfahrzeug dar.

Ein Verfolgungsalgorithmus, der eine adaptive rekursive Kleinste-Quadrate-Technik bei der Schätzung der Fahrspurmodellparameter verwendet. Dieses Fahrspurmodell weist eine Beziehung zweiter Ordnung auf und kann beschrieben werden als (unten stehende Gleichung 2): x = c1 + c2z + c3z2 (2)wobei c₂ der linken/rechten Fahrspurmarkierungsverschiebung entspricht, c₂ der Fahrspur-Fahrtrichtungswinkel und c₃ das Zweifache der Fahrspurkrümmung ist.
Die Ausgabe von dem Datenprozessor, die der Anwendung dieser Algorithmen (oder einer anderen Verarbeitung) auf das erfasste Bild folgt, wird über einen Datenbus zu einer sekundären Datenverarbeitungseinheit übertragen. Diese Daten beschreiben vollständig die Straße, auf der das Stammfahrzeug sich fortbewegt, und umfassen eine oder mehrere der folgenden Parameter.
Straßenkrümmung
Diese stellt eine Vorausschau der vorausliegenden Straße dar und ist wichtig für eine korrekte Zielplatzierung bei Kurveneingangs- und Kurvenausgangssituationen.
Fahrspurversatz („lane offsets")
Die linken und rechten Versätze ermöglichen die Berechnung der Fahrspurbreite und Zielfahrspurposition des Fahrzeugs. Die Fahrspurbreite kann beträchtlich von Fahrspur zu Fahrspur variieren (beispielsweise bei einigen US-Highways und bei Straßenarbeiten). Die Fahrzeugposition in der Fahrspur kann dazu verwendet werden zu bestimmen, ob der Fahrer die Fahrspur wechseln möchte oder nicht.
Fahrtrichtungswinkel
Dieser kann in Verbindung mit der Fahrspurposition des Fahrzeugs zum Voraussagen der Fahrspurmanöverabsichten des Fahrers verwendet werden.
Vertrauensniveau
Es wird auch ein Maß für das Vertrauen in die Fahrspurparameterschätzung berechnet und über den Bus zu dem Sekundärprozessor übertragen. Diese Berechnung basiert auf der Varianz, die mit der Parameterschätzung verbunden ist. Das Vertrauensniveau ist insbesondere in dem Fall wichtig, dass sich die Fahrspurmarkierungen verschlechtert haben oder der Straßenverlauf sehr kompliziert ist. Wenn ein niedriges Vertrauensniveau angezeigt ist, kann das System auf eine alternative Strategie zur Zielauswahl umschalten.
Der Sekundärprozessor verschmilzt die Daten, die die Straßengestaltung beschreiben, mit Daten, die man von dem Fahrzeugidentifikationssensor bzw. den Fahrzeugidentifikationssensoren in Echtzeit erhält. Dies ermöglicht eine Integration innerhalb eines ACC oder anderer Fahrerassistenzsysteme.
Die Zusammenlegung der zwei Arten von Daten können am besten unter Bezugnahme auf 2 der begleitenden Zeichnungen verstanden werden. Diese zeigt eine atypische Situation mit einem eine Kurve durchfahrenden Stammfahrzeug. Unter Verwendung der Kleinwinkelapproximation kann die Hindernisinformation mit der Fahrspurkrümmungsinformation kombiniert werden, um eine bessere Zielplatzierung zu erhalten.
Die Information, die benötigt wird, um dieses durchzuführen, ist der Bereich („r = range") und der laterale Abstand von dem Stamm- zu einem detektierten Objekt. Unter Verwendung dieser Parameter kann der rechtwinklige Abstand, p(m), am Zentrum des Fahrzeugs berechnet werden zu (gemäß Gleichung 3): p = √(r² – d²) (3)
Die linken und rechten Fahrspurmarkierungen des Ziels, x_l und x_r, können durch Anwenden der Gleichung 2 auf die rechte beziehungsweise die linke Fahrspurmarkierung unter Verwendung des mit der Gleichung 3 ermittelten Abstands berechnet werden.
Unter Verwendung der Werte von x_r und x_l wird der Zielfahrzeugspositionsversatz von dem vorhergesagten Stammfahrzeugszentrum (unter Verwendung des projizierten Wegs) mit dem lateralen Abstand und den linken und rechten Zielfahrspurmarkierungen x_L und x_R berechnet. Die Ziele können dann auf der richtigen Fahrspur angeordnet werden.
Diese in den vorhergehenden Absätzen beschriebene Technik befasst sich mit dem Fall, bei dem angenommen wird, dass das Stammfahrzeug auf der gleichen Fahrspur entlang seines projizierten Wegs bleibt. Wenn der projizierte Weg des Fahrzeugs dieses auf eine andere Fahrspur bringt, dann kann eines oder können beide möglichen Verfahren angewendet werden.
In dem ersten Verfahren (gezeigt in dem Flussdiagramm der 3 der begleitenden Zeichnungen) erhält man zusätzliche Informationen aus einem Giersensor, der die Gierrate des Fahrzeugs misst. Dies wird dazu verwendet, einen Krümmungsradius für das Fahrzeug zu bestimmen. Dieser wird auf den Zielabstand projiziert und der Schnittpunkt dieses Weges mit den projizierten Fahrspurmarkierungen an dem Zielabstand wird dazu verwendet, die Fahrspur zu bestimmen, auf der sich das Stammfahrzeug befinden wird. Diese gewählte Fahrspur wird dann, wie in den vorhergehenden Absätzen, im Vergleich mit den Radardaten dazu verwendet, die richtige Fahrspur für das Zielfahrzeug zu wählen.
Bei einem zweiten Verfahren, das in dem Flussdiagramm der 4 der begleitenden Zeichnungen veranschaulicht ist, kann der Fahrtrichtungswinkel des Fahrzeugs relativ zu den Fahrspurbegrenzungen beim Erfassen des Bildes verwendet werden. Dies kann ebenfalls auf die Fahrspurbegrenzungen an dem Abstand des Ziels projiziert werden, um die Fahrspur zu bestimmen, auf der sich das Stammfahrzeug befinden wird.
Bei dem ersten Verfahren wird ein Giersignal hoher Qualität für eine akzeptable Genauigkeit benötigt. Im allgemeinen kann dies ein bezahlbarer Giersensor nicht zur Verfügung stellen, da er unter Rausch- und Driftproblemen leidet. Darüber hinaus ist er auch gegenüber Störungen empfindlich, die durch den Fahrer verursacht werden, reagiert langsam auf eine Biegung und stellt sich nach dem Verlassen einer Biegung langsam wieder zurück.
Im Gegensatz dazu wird die Videoinformation weniger durch Störungen des Fahrers beeinflusst und wird demnach in einigen Anwendungen bevorzugt, um das zweite Verfahren unter Bevorzugung gegenüber dem ersten anzuwenden. Nichtsdestotrotz fallen beide Verfahren in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
Zusammenfassend sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung eine verbesserte Schätzung der Position eines Zielobjekts auf dem Weg eines Stammfahrzeugs durch das Kombinieren tatsächlicher Zielpositionsinformationen mit von einer Videokamera erhaltenden Fahrspurmarkierungsdaten zur Verfügung stellt. Die Videoinformation ermöglicht es, die Fahrspur zu schätzen, auf der sich das Stammfahrzeug erwartungsgemäß befinden wird, wenn es das Ziel erreicht. Durch Vergleichen der Markierungen für diese Fahrspur mit den gemessenen Zielpositionen kann die tatsächliche Fahrspur geschätzt werden, auf der sich das Ziel befindet.
Es versteht sich auch, dass die Identifikation des Ortes des Zielgeräts es der Vorrichtung erlaubt, in eine große Auswahl von Fahrerassistenzsystemen, wie etwa adaptive Geschwindigkeitssteuerungen integriert zu werden.

Claims

Zielobjektpositionserfassungsvorrichtung für ein Stammfahrzeug (1), wobei die Vorrichtung umfasst: – eine an dem Stammfahrzeug vorhandene Fahrspurdetektionsvorrichtung, die eine Bilderfassungseinrichtung (100) umfasst, die ein Bild von zumindest einem Teil der vor dem Stammfahrzeug (1) liegenden Straße zu erfassen vermag; – eine Fahrzeugwegschätzeinrichtung, die einen projizierten Weg für das Stammfahrzeug (1) zu schätzen vermag; – eine sich an dem Stammfahrzeug befindende Zielfahrzeugdetektionsvorrichtung (103), die die Position eines beliebigen Zielobjekts zu identifizieren vermag, das sich auf der vor dem Stammfahrzeug liegenden Straße befindet, wobei die Position Daten umfasst, die den Abstand eines Zielfahrzeugs (2) von dem Stammfahrzeug repräsentieren; – erste Datenverarbeitungsmittel (104), die eine Zielfahrspur zu bestimmen vermögen, auf der sich das Stammfahrzeug befinden, wird; – und zweite Verarbeitungsmittel (104), die die Position des Zielfahrzeugs, die durch die Zielfahrzeugdetektionsmittel bestimmt ist, mit der Position der Zielfahrspur vergleichen können, um eine verarbeitete Schätzung der tatsächlichen Position des Zielobjektes zur Verfügung zu stellen, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Datenverarbeitungsmittel dazu ausgelegt sind, die Zielfahrspur als diejenige Fahrspur zu bestimmen, auf der sich das Stammfahrzeug befinden wird, wenn sich das Stammfahrzeug entlang des projizierten Weges um den Abstand zu dem Zielobjekt bewegt hat, und dass die verarbeitete Schätzung einen Indikator umfasst, ob das Zielfahrzeug (2) auf der gleichen Fahrspur ist oder nicht, auf der das Stammfahrzeug (1) projektionsgemäß sein wird, wenn es sich an dem Punkt des Zielfahrzeugs (2) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bilderfassungseinrichtung (100) der Fahrspurdetektionsvorrichtung eine Videokamera umfasst, die zumindest ein zweidimensionales Bild eines Bereiches der Straße vor dem Stammfahrzeug (1) zu erzeugen vermag.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das oder jedes erfasste Bild an eine Bildverarbeitungseinheit (102) weitergeleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Bildverarbeitungseinheit (102) das oder jedes Bild zu filtern vermag, um Artefakte in dem Bild zu identifizieren, die dem rechten Rand der Straße (46), dem linken Rand der Straße (49), den Fahrspuren auf der Straße definierenden Fahrspurmarkierungen (5), dem Krümmungsradius der Fahrspuren und der Straße und/oder den Fahrtrichtungswinkeln des Stammfahrzeugs (1) relativ zu der Straße und den Fahrspuren entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Bildverarbeitungseinheit (102) ferner einen Transformationsalgorithmus durchzuführen vermag, um die kantendetektierte Richtung der Fahrspurbegrenzungen von der Bildebene in die Ebene der realen Welt zu konvertieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die Bildverarbeitungseinheit (102) einen Kantendetektionsalgorithmus auf das oder jedes Bild anzuwenden vermag, um Linien oder Kurven zu detektieren, die den Fahrspurbegrenzungen (5) entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Bildverarbeitungseinheit (102) einen Verfolgungsalgorithmus durchzuführen vermag, der eine rekursive Kleinste-Quadrate-Technik verwendet, um den Weg der Fahrspuren (5) in dem oder jedem Bild zu identifizieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei der die Ausgabe der Bildverarbeitungseinheit (102) Daten umfasst, die die Fahrspurtopographie repräsentieren, die an die ersten Datenverarbeitungsmittel (104) weitergeleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Ausgabe der Bildverarbeitungseinheit (102) auch Informationen umfasst, die die Position des Stammfahrzeugs (1) relativ zu den identifizierten Fahrspuren und seiner Fahrtrichtung umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der die ersten Datenverarbeitungsmittel (104) zu bestimmen vermögen, welche Fahrspur das Stammfahrzeug (1) belegen wird, wenn es sich um den Abstand zu einem Zielobjekt fortbewegt hat, indem der durch die Fahrzeugwegschätzeinrichtung geschätzte Weg mit den Fahrspurbegrenzungsinformationen bei diesem Abstand projiziert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei der die Fahrzeugwegschätzeinrichtung (104) dazu ausgelegt ist, Fahrspurinformationen zu verwenden, um zu bestimmen, auf welcher Fahrspur sich das Stammfahrzeug (1) momentan fortbewegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Fahrzeugwegschätzeinrichtung (104) den Weg schätzt, indem ein Weg auf der Basis der Fahrtrichtung des Stammfahrzeugs (1) projiziert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der projizierte Weg der Bahn der Fahrspur entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Fahrzeugwegschätzeinrichtung (104) vorherzusagen vermag, dass, wenn das verarbeitete Bild anzeigt, dass das Stammfahrzeug (1) sich nahe einer gegebenen Seite einer Fahrspur befindet und sich in Richtung dieser gegebenen Seite relativ zu der Straße bewegt, die Wegschätzeinrichtung vorhersagen kann, dass der Weg des Stammfahrzeugs für eine kurze Zeit weiterlaufen wird, um in dieser Fahrspur zu bleiben, sich aber in Kürze auf eine andere Fahrspur auf der gegebenen Seite verändern wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Fahrzeugwegschätzeinrichtung (104) einen Giersensor umfasst, der die Gierrate des Stammfahrzeugs (1) zu bestimmen vermag, um ein Maß für den Radius einer Krümmung einer Bahn, der ein Fahrzeug folgt, zur Verfügung zu stellen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zielfahrzeugdetektionsvorrichtung (103) einen Sender, der vor dem Stammfahrzeug (1) ein Signal nach außen emittiert und einen Empfänger, der dazu ausgelegt ist, einen Teil des emittierten Signals, das von Objekten vor dem Fahrzeug reflektiert wird, zu empfangen und Zielverarbeitungsmittel umfasst, die den Abstand zwischen dem Stammfahrzeug und dem Objekt zu bestimmen vermögen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der der Sender und der Empfänger Radarsignale oder Lidar-Signale emittieren und empfangen.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, bei der der Abstand zwischen dem Stammfahrzeug (1) und einem Zielfahrzeug (7) oder einem Objekt durch die Zielverarbeitungsmittel auf der Basis der Laufzeit eines Signals von der Emission des Signals zum Empfang eines reflektierten Teils des Signals bestimmt wird.
Adaptives Geschwindigkeitssteuersystem für ein Stammfahrzeug (1), mit: – einer Sensiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Signalerzeugungsmitteln, die ein Lenkungsvorspannungssignal zu erzeugen vermögen, das, wenn es an ein Lenkungssystem des Fahrzeugs angelegt wird, das Steuern der Richtung des Fahrzeugs in solcher Weise unterstützt, dass das Stammfahrzeug dem Zielfahrzeug folgt.
Steuersystem nach Anspruch 19, bei dem die Signalerzeugungsmittel zumindest ein Fahrzeuggeschwindigkeitssteuersignal erzeugen, das, wenn es an ein Bremssystem oder ein Gaspedalsteuersystem des Fahrzeugs angelegt wird, bewirkt, dass das Fahrzeug (1) einen vorherbestimmten Abstand hinter einem Zielfahrzeug (2) aufrechterhält.
Steuersystem nach Anspruch 19 oder 20, bei dem zumindest eines der Signale in Abhängigkeit von der Schätzung der Zielposition erzeugt wird, die von der Erfassungsvorrichtung bestimmt wird.
Steuersystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem die Steuersignale nur für Zielfahrzeuge erzeugt werden, die den projizierten Weg des Stammfahrzeugs (1) belegen.