DE69120443T2

DE69120443T2 - Gerät zum automatischen Fahren

Info

Publication number: DE69120443T2
Application number: DE69120443T
Authority: DE
Inventors: Shinnosuke Ishida; Akihiko Takei
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2011-03-14
Also published as: EP0446903A3; JP2844240B2; JPH03265008A; DE69120443D1; EP0446903A2; US5243524A; EP0446903B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Fahrvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel aus der EP- A-0 354 561 bekannt.
Beim Fahren durch eine Kurve kann die tatsächliche Fahrrichtung eines mit der automatischen Fahrvorrichtung ausgestatteten Fahrzeugs von der Richtung abweichen, die der Karosserie des Fahrzeugs zugeordnet ist. Ein angemessenes Maß für diese Abweichung ist der sogenannte Seitenschlupfwinkel, d. h. der Winkel zwischen der tatsächlichen Fahrrichtung und der Fahrzeuglängsachse. Dieser mit β bezeichnete Seitenschlupfwinkel hängt von der Fahrgeschwindigkeit, dem Gewicht, dem Lenkwinkel und anderen Parametern des Fahrzeugs ab.
Da die Bildaufnahmevorrichtung ein Bild des Bereiches vor dem Fahrzeug mit dem Fahrzeug als Bezugsbasis aufnimmt, weicht die Überwachungsrichtung der Bildaufnahmevorrichtung von der tatsächlichen Fahrrichtung des Fahrzeugs ab, falls der Seitenschlupfwinkel ungleich null ist. Dementsprechend kann die Bildaufnahmevorrichtung den tatsächlichen Kurs des Fahrzeugs nicht überwachen, während das Fahrzeug mit einem Seitenschlupfwinkel fährt. Falls in dieser Situation der Lenkwert bezüglich einem in einem zulässigen Fahrbereich festgesetzten Zielkurs bestimmt wird, kann er einen dem Seitenschlupfwinkel des Fahrzeugs entsprechenden Fehler enthalten, wodurch die Genauigkeit verringert wird, mit der dem Zielkurs gefolgt wird.
Mit anderen Worten, während das Fahrzeug mit einem Seitenschlupfwinkel fährt, kann die Bildaufnahmevorrichtung den tatsächlichen Kurs des Fahrzeugs nicht überwachen, d. h., die Y-Achse der X-Y-Koordinaten entspricht nicht der tatsächlichen Fahrrichtung. Falls in dieser Situation ein Lenkwert bezüglich einem in einem zulässigen Fahrbereich festgesetzten Zielkurs in den X-Y-Koordinaten bestimmt wird, kann er einen dem Seitenschlupfwinkel des Fahrzeugs entsprechenden Fehler enthalten, wodurch eine Kursfolgegenauigkeit vermindert wird.
Aus der DE-A-38 20 589 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Lagewinkels eines Fahrzeugs bezüglich der Mittellinie der Straße und der Straßenkrümmung bekannt. Dieses Dokument offenbart ferner eine automatische Fahrvorrichtung, bei der der Lenkwert unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Lagewinkels des Fahrzeugs, der Krümmung der Straße, der Breite der Straße und des Abstands des Fahrzeugs vom Rand der Straße berechnet wird. Der Seitenschlupfwinkel wird für die Bestimmung des Lenkwerts nicht in Betracht gezogen. Dieses Dokument versäumt es ferner, wenigstens das Problem zu erwähnen, daß die tatsächliche Fahrrichtung des Fahrzeugs von der Richtung der Fahrzeugkarosserie abweichen könnte. Dementsprechend kommt keine Größe vor, die dem Seitenschlupfwinkel zuzuordnen wäre.
Auch die DE 35 41 969 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen eines Lagewinkels eines Fahrzeugs, enthält aber keinerlei Bezugnahme auf einen Seitenschlupfwinkel oder dergleichen.
In Anbetracht des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatische Fahrvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die dazu fähig ist, das Fahrzeug mit einem höheren Genauigkeitsgrad zu steuern, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug dem Zielkurs genau folgt, selbst wenn es eine Kurve durchfährt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im neuen Anspruch 1 definierte automatische Fahrvorrichtung. Gemäß der Erfindung wird der Lenkwert unter Berücksichtigung des Seitenschlupfwinkels bestimmt. Dies bedeutet zum Beispiel: Falls das Fahrzeug einem Zielkurs mit einer Rechtskurve folgt, kann die tatsächliche Fahrrichtung mit einem Seitenschlupfwinkel β von der Fahrzeuglängsachse zur linken Seite abweichen, wobei dieser Winkel mit der Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Um dem Zielkurs zu folgen, wäre ein Reifenlenkwinkel nach rechts, der für den Fall, daß der Seitenschlupfwinkel gleich null ist, angemessen sein mag, für einen Fall β = β&sub1; > 0 zu klein, und ein für den Fall β = β&sub1; angemessener Reifenlenkwinkel wäre zu klein für einen Fall β = β&sub2; > β&sub1;, bei dem der Seitenschlupfwinkel weiter vergrößert ist. Dementsprechend muß für das oben diskutierte Beispiel der Reifenlenkwinkel mit dem Seitenschlupfwinkel vergrößert werden. Wie in Anspruch 1 angegeben, wird dies durch die folgende Maßnahme getan: Durch Drehen des durch die Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bildes auf Grundlage des erfaßten Seitenschlupfwinkels, oder durch Drehen des bestimmten zulässigen Fahrbereiches auf der Grundlage des erfaßten Seitenschlupfwinkels, oder durch Drehen des Zielkurses auf der Grundlage des erfaßten Seitenschlupfwinkels. Dementsprechend wird der Reifenlenkwinkel durch angemessenes Lenken des Fahrzeugs stets angemessen bezüglich des Zielkurses und des Seitenschlupfwinkels gesetzt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer die vorliegende Erfindung ausführenden automatischen Fahrvorrichtung zeigt.
Fig. 2 zeigt ein Liniensegment einer Straße, das durch Verarbeiten eines durch eine Videokamera aufgenommenen Bildes erhalten ist.
Fig. 3 zeigt ein Bild, das durch eine Projektionstransformation des in Fig. 2 gezeigten Bildes erhalten ist.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines in einem zulässigen Bereich innerhalb einer Straßenbreite festgesetzten Zielkurses.
Fig. 5(a) und 5(b) zeigen auf einer Straße festgesetzte Zielkurse, die ein Fahrzeug bei einer niedrigen Geschwindigkeit (a) bzw. einer hohen Geschwindigkeit (b) fahren soll.
Fig. 6 zeigt eine Beziehung zwischen einem Zielkurs und einem vermuteten Kurs.
Fig. 7 zeigt eine Beziehung zwischen dem Lenkwinkel eines Fahrzeugs und seinem Kurvenfahrradius.
Fig. 8 zeigt ein Liniensegment in den X-Y-Koordinaten.
Fig. 9 zeigt einen durch die Hough-Umwandlung des in Fig. 8 gezeigten Liniensegments erhaltenen Punkt in den ρ-θ-Punktkoordinaten.
Fig. 10(a) und Fig. 10(b) zeigen, wie ein Fahrzeug bei hohen (a) bzw. niedrigen (b) Fahrgeschwindigkeiten gleichförmige Kurvenfahrten durchführt.
Fig. 11(a) und Fig. 11(b) zeigen Bildeigenschaften, wenn ein Fahrzeug gleichförmige Kurvenfahrten bei hohen (a) bzw. niedrigen (b) Fahrgeschwindigkeiten durchführt.
Fig. 12 zeigt ein um einen Seitenschlupfwinkel eines Fahrzeugs gedrehtes Bild.
Fig. 13 zeigt ein Beispiel eines Steuerungsablaufes gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den Zeichnungen ist 1 eine Bildaufnahmevorrichtung, 2 ein Bildprozessor, 3 ein Mittel zum Bestimmen eines zulässigen Fahrbereiches, 4 ein Mittel zum Festsetzen eines Zielkurses, 5 ein Steuermittel, 6 ein Fahrgeschwindigkeitssensor, 7 ein Gierratensensor, 8 ein Lenkwinkelsensor, 9 eine Lenksteuereinheit, 10 ein Lenkantrieb, 11 ein Fahrzeug.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es wird nun bezugnehmend auf die Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform im Detail beschrieben.
In Fig. 1 umfaßt eine automatische Fahrvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung: eine Bildaufnahmevorrichtung 1, wie etwa eine Videokamera, die an einem Fahrzeug zum kontinuierlichen Aufnehmen aufeinanderfolgender Bilder eines Untergrunds vor dem Fahrzeug angebracht ist; ein Mittel 2 zum Verarbeiten der durch die Bildaufnahmevorrichtung 1 aufgenommenen Bilder, um hieraus Segmente durchgehender Linien, wie etwa Straßenränder und dergleichen, zu extrahieren; ein Mittel 3 zum Bestimmen - auf der Grundlage der erhaltenen durchgehenden Liniensegmente - eines zulässigen Fahrbereichs wie etwa einer Straße in der Richtung, in der das Fahrzeug fahren soll; ein Mittel 4 zum Festsetzen eines Zielkurses in dem derart bestimmten zulässigen Fahrbereich; ein Mittel 5 zum Bestimmen des momentanen Fahrzustands des Fahrzeugs auf der Grundlage eines die Fahrgeschwindigkeit "v" des Fahrzeugs repräsentierenden Ausgangssignals von einem Geschwindigkeitssensor 6, eines die Gierrate "γ" repräsentierenden Ausgangssignals von einem Gierratensensor 7 und eines den Reifenwinkel "δ" repräsentierenden Ausgangssignals von einem Lenkwinkelsensor 8, welcher Reifenwinkel "δ" sich mit dem Lenken des Fahrzeugs ändert, und zum Bestimmen - auf der Grundlage des momentanen Fahrzustandes - eines Lenkwerts, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug dem Zielkurs folgt; und ein Mittel 9 (und einen Lenkantrieb 10) zum Lenken des Fahrzeugs bezüglich des Lenkwerts.
Tatsächlich wird anstelle der Mittel 2, 3, 4 und 5 eine mikrocomputergestützte Steuerung verwendet, und das Mittel 9 kann von der mikrocomputergestützten Steuerung umfaßt sein, falls hierzu Veranlassung besteht.
Das Extrahieren der durchgehenden Liniensegmente, wie etwa Straßenränder, aus dem aufgenommenen Bild in dem Bildverarbeitungsmittel 2 kann wie folgt durchgeführt werden:
Als erstes wird jedes von der Bildaufnahmevorrichtung 1 zugeführte Bild zum Detektieren der Straßenränder einem Differentiationsprozeß ausgesetzt. Danach setzt eine automatische Schwellensetzschaltung in dem Bildverarbeitungsmittel 2 einen optimalen Schwellenwert unter Berücksichtigung des Abstufungsgrads der gerade verarbeiteten Straßenrandbildinformation. Das Straßenrandbild wird einer binären Transformation ausgesetzt.
Alternativ können als erstes die Bilder einer binären Transformation ausgesetzt werden und können dann die binären Daten der Differentiation ausgesetzt werden. Anstelle einer binären Transformation kann eine Mehrfachdigitalisierung durchgeführt werden, um einige Abstufungseinzelheiten des Bildes auszudrücken.
Die digitalisierte Bildinformation wird der Hough-Umwandlung ausgesetzt, um die X-Y-Linearkoordinaten in die entsprechenden ρ-θ-Punktkoordinaten umzuwandeln, wodurch isolierte Punkte und Darstellungen eliminiert werden, um durchgehende Liniensegmente der Straßenränder zu liefern, wie in Fig. 2 gezeigt.
θ steht für einen Winkel, der zwischen der X-Achse und einer Senkrechten von dem Ursprung der X-Y-Koordinaten zu einem Liniensegment gebildet ist, wohingegen ρ für die Länge der Normallinie steht. Zum Beispiel ist die Linie L in den X-Y-Koordinaten in Fig. 10 als der Punkt 01 in den ρ-θ-Punktkoordinaten in Fig. 11 ausgedrückt.
Bei dieser Gelegenheit kann eine Kantensuche auf der Grundlage von binär kodierter Bildinformation durchgeführt werden, um einen durchgehenden Straßenrand zu erhalten. Die Hough-Umwandlung, die Kantensuche und andere angemessene Verarbeitungen können simultan durchgeführt werden, und es kann dann über die Ergebnisse dieser Verarbeitungen eine synthetische Beurteilung durchgeführt werden, um eine präzise Straßenrandinformation zu erhalten. Genauere Straßenrandinformation kann erhalten werden, wenn die oben erwähnten Bildverarbeitungen unter Entwicklung eines Eingabebildbereiches durchgeführt werden, während das Fahrzeug fährt.
Das durch eine Videokamera aufgenommene Bild repräsentiert eine perspektivische Ansicht. Das perspektivische Straßenrandbild, wie in Fig. 2 gezeigt, kann gemäß dem bekannten Projektionsumwandlungsprozeß in ein nicht-perspektivisches Straßenrandbild umgewandelt werden, wie in Fig. 3 gezeigt.
Das Mittel 3 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs weist Projektionsumwandlungscharakteristika auf, die unter Berücksichtigung der perspektivischen Charakteristika der zugeordneten Videokameras festgesetzt sind.
Das Mittel 3 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs kann
- auf der Grundlage des durch Projektionsumwandlung erhaltenen nicht-perspektivischen Straßenbildes - zum Beispiel einen Bereich zwischen den durchgehenden Straßenrändern E1 und E2, die in Fig. 4 gezeigt sind, als einen zulässigen Fahrbereich RA in den X-Y-Koordinaten bestimmen, wobei die Y-Achse der Richtung entspricht, in der das Bild durch die Bildaufnahmevorrichtung 1 aufgenommen wird, d. h. der Richtung, in die das Fahrzeug fährt.
In Fig. 4 ist eine gegenwärtige oder momentane Position des Fahrzeugs 11 an einem Punkt P angedeutet, und die Videokamera der Bildaufnahmevorrichtung 1 ist an einer vorbestimmten Position an dem Fahrzeug angebracht, an der der Punkt P am mittleren unteren Punkt des Anzeigebildschirms als der Ursprung der X-Y-Koordinaten erscheinen kann.
Nachdem ein zulässiger Fahrbereich durch das Mittel 3 zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereichs bestimmt ist, wählt das Mittel 4 zum Festsetzen eines Zielkurses einen Kurs, der zum Fahren in dem zulässigen Fahrbereich am angemessensten ist und setzt den so gewählten Kurs als einen Zielkurs fest, dem zu folgen ist.
Bevorzugt kann der Kurs unter Berücksichtigung der Straßenkontur und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden, um dem momentanen Fahrzustand des Fahrzeugs gerecht zu werden. Allerdings kann der Kurs im Grunde in der Breite der Straße wie folgt bestimmt werden:
Im Falle, daß das Mittel 4 zum Festsetzen des Zielkurses ermittelt, daß die Breite der Straße ein vorbestimmtes Maß übersteigt und daß sich Fahrzeuge links halten müssen, wird ein Zielkurs OC mit einem vorgegebenen konstanten Abstand "w" (z. B. 1,5 m) von dem linken Rand der Straße festgesetzt, wie in Fig. 4 gezeigt.
Im Falle, daß die Breite der Straße kleiner als das vorbestimmte Maß ist, wird ein Zielkurs entlang der Mittellinie (nicht gezeigt) der Straße festgesetzt.
Die Koordinaten des Zielkurses sind in den Speichern des Mittels 4 zum Festsetzen des Zielkurses gespeichert und werden beim Fahren des Fahrzeugs kontinuierlich aktualisiert. Die Unterteilungen der X-Y-Koordinaten für den zulässigen Fahrbereich und für den Zielkurs sind gemäß der Vergrößerung der Videokamera der Bildaufnahmevorrichtung 1 gewählt.
In Fig. 4 repräsentiert der Weg des Fahrzeugs von "P" zu "O" den Kurs, dem das Fahrzeug unter der Steuerung des Steuermittels 5 tatsächlich folgt, bis das Fahrzeug den Zielkurs OC an dem Punkt O erreicht hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, den Zielkurs unter Berücksichtigung des Fahrzustands des Fahrzeugs wie folgt festzusetzen:
Im Falle, daß das Mittel 4 zum Festsetzen des Zielkurses ermittelt, daß die durch den Geschwindigkeitssensor 6 gemessene Fahrgeschwindigkeit kleiner als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, wird der Zielkurs OC konform mit der Straßenkontur festgesetzt, wie aus Fig. 4 ersichtlich.
Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs größer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, und wenn das Fahrzeug auf einer kurvigen Straße fährt, wie in Fig. 5(b) gezeigt, wird ein Zielkurs OC mit reduziertem Kurvenradius festgesetzt, so daß die auf das Fahrzeug ausgeübte Querkraft reduziert wird.
Nachdem ein Zielkurs auf der Straße festgesetzt ist, berechnet das Steuermittel 5 einen Lenkwert wie folgt, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug dem Zielkurs folgt:
Wenn der Lenkwert sich auf einen Lenkwinkel des Fahrzeugs bezieht, vermutet das Steuermittel 5 einen Kurs, den das Fahrzeug auf der Grundlage des gegenwärtig erfaßten Fahrzustands entlangfahren wird; berechnet eine Abweichung des vermuteten Fahrkurses von dem Zielkurs; bestimmt einen Korrektur-Lenkwinkelwert, um das Fahrzeug dazu zu bringen, dem Zielkurs zu folgen; und führt dann die Lenksteuerung des Fahrzeugs gemäß dem Lenkwert, d. h. dem Korrektur-Lenkwinkel durch.
In der Praxis wird zum Beispiel die Position, die das Fahrzeug erreichen wird, als ein Punkt in den X-Y-Koordinaten vermutet, wobei die Y-Achse die Fahrrichtung des Fahrzeugs repräsentiert, und es wird die seitliche Abweichung des vermuteten Punkts von dem Zielpositionspunkt gemessen, um hieraus schließlich einen entsprechenden Korrektur-Lenkwinkelwert zu bestimmen.
Es wird nun angenommen, daß ein Fahrzeug 11 am Punkt "P" derart gelenkt werden soll, daß es auf den Zielkurs OC gebracht wird.
Als erstes wird der Abstand L (m) (L = v · T) auf der Y- Achse, den das Fahrzeug in T Sekunden fahren kann, auf der Grundlage der Fahrgeschwindigkeit v (m/s) des Fahrzeugs bestimmt, welche Fahrgeschwindigkeit durch den Geschwindigkeitssensor bestimmt wird. Danach wird die Seitenabweichung xl vom Punkt "C" (auf dem das Fahrzeug in T Sekunden wäre, falls es den Abstand L gerade entlang der Y-Achse fahren würde) zu dem Zielkurs OC berechnet.
Als zweites werden der Kurs AC, dem das Fahrzeug vermutlich folgt, aus der Gierrate γ (rad/sec) berechnet, und danach wird die seitliche Abweichung xm vom Punkt "C" zu dem vermuteten Kurs AC durch die folgende Gleichung berechnet:
xm = R - {R² - (v X tm)²}1/²
= R - R {1 - (v X tm/R)²}1/2
wobei R für einen Radius des vermuteten Kurses AC steht.
Wenn R » v X tm, erhalten wir
xm ÷ R - R {1 - (v X tm/R)²/2}
= v² X tm²/2R
= L²/2R (1)
γ = v/R (2)
Aus den Gleichungen (1) und (2) erhält man
xm = L² γ/2v (3).
Das positive Vorzeichen der Gierrate γ bedeutet, daß der vermutete Kurs AC nach links biegt, wohingegen das negative Vorzeichen anzeigt, daß der vermutete Kurs nach rechts biegt.
Die Gierrate Δγ, auf die die Gierrate des Fahrzeugs zu korrigieren ist, wird aus der folgenden Gleichung bestimmt:
Δγ = e X 2v/L² (4)
Dann kann auf der Grundlage des am Punkt "P" durch den Lenkwinkelsensor 8 erfaßten Reifenwinkels δ der Lenkwert δ' wie folgt bestimmt werden, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug auf den Zielkurs OC gelangt:
Es wird auf Fig. 7 Bezug genommen. Wenn R » l gilt, kann die folgende Gleichung erhalten werden:
δ = l/R (5)
Aus den Gleichungen (2) und (5) können wir ableiten
δ = (l/v) γ (6)
wobei l für einen Radstand steht. Gemäß der Gleichung (6) kann der Korrektur-Reifenwinkel Δδ in Übereinstimmung mit der zu korrigierenden Gierrate Δγ durch die folgende Gleichung angegeben werden:
Δδ = (l/v) Δγ (7)
Berücksichtigt man eine übliche Gleichung des Lenkwinkels in Relation zu der Fahrgeschwindigkeit, d. h., substituiert man l=(1+Kv²) in die Gleichung (7), können wir erhalten
Δδ = Δγ {l (1 + Kv²)/v) (8)
wobei "K" eine Konstante ist, die sowohl durch die Reifencharakteristika als auch durch die Fahrzeugcharakteristika bestimmt ist.
Zum Ermöglichen, daß das Fahrzeug auf den Zielkurs gelangt, kann deshalb ein Lenkwert δ' durch die folgende Gleichung erhalten werden:
δ' = δ + Δδ (9)
In Antwort auf den von dem Steuermittel 5 ausgegebenen Lenkwert δ' gibt das Lenksteuermittel 9 ein Antriebskommando an den Lenkantrieb 10 aus, der dann wieder das Fahrzeug zu dem Zielkurs OC lenkt.
Die oben erwähnten Verarbeitungsabläufe werden in bestimmten Intervallen von einigen Millisekunden wiederholt, wodurch die Lenksteuerung des Fahrzeugs fortwährend durchgeführt werden kann, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug dem Zielkurs OC automatisch folgt.
Die oben erwähnte automatische Fahrvorrichtung weist, wie vorstehend erwähnt, das Problem auf, daß die Karosserie des Fahrzeugs von der tatsächlichen Fahrrichtung aufgrund der Beeinflussung durch einen Seitenschlupfwinkel abweichen kann, während das Fahrzeug eine Kurve durchfährt, und daß dadurch die Überwachungsrichtung der an dem Fahrzeug zum Aufnehmen eines Bildes des Untergrunds vor dem Fahrzeug angebrachten Bildaufnahmevorrichtung ebenfalls von der tatsächlichen Fahrrichtung des Fahrzeugs abweichen kann.
Wie in den Fig. 10(a) und (b) gezeigt, kann ein Fahrzeug 11 beim gleichförmigen Fahren im Kreis einen Unterschied zwischen seiner Karosserierichtung und der Fahrrichtung (durch den Vektor "v" angezeigt) aufweisen, welcher Unterschied einem Seitenschlupfwinkel "β" entspricht, dessen Wert von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt. Fig. 10(a) zeigt den Zustand des Fahrzeugs beim Kurvenfahren bei einer niedrigeren Geschwindigkeit, und Fig. 10(b) zeigt den Zustand des Fahrzeugs beim Kurvenfahren bei einer höheren Geschwindigkeit. Je höher die Fahrgeschwindigkeit "v" des Fahrzeugs ist, desto größer ist sein Seitenschlupfwinkel "β".
In diesem Fall kann ein durch eine Videokamera (Bildaufnahmevorrichtung 1) aufgenommenes Bild - wobei die Videokamera derart an dem Fahrzeug 11 angebracht ist, daß sie ein Bild eines Bereiches vor dem Fahrzeug 11 in der Richtung entlang einer Mittellinie c-c aufnimmt - um den gleichen Kreis kurven, aber hierbei einen Vorderbereich überwachen, der um einen Seitenschlupfwinkel "β" mit seiner Achse von der Mittellinie c-c abweicht, wobei der Wert von "β" in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs unterschiedlich sein kann, wie in den Fig. 11(a) und (b) gezeigt, in denen "BA" ein durch die jeweilige Videokamera aufgenommenes Vorderbereichsbild bezeichnet.
Falls die Vorrichtung einen zulässigen Fahrbereich auf der Grundlage eines durch die Videokamera aufgenommenen Bildes bestimmt, wenn das Fahrzeug einen Seitenschlupfwinkel β aufweist, hierin einen Zielkurs festsetzt und einen Lenkwert berechnet, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug dem Zielkurs folgt, kann dementsprechend der Lenkwert in sich einen Fehler enthalten, der dem Seitenschlupfwinkel entspricht, den das Fahrzeug aufwies.
Um das oben erwähnte Problem zu beseitigen, umfaßt die automatische Fahrvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung Mittel zum Bestimmen eines Seitenschlupfwinkels β des Fahrzeugs und Mittel zum Umwandeln eines während das Fahrzeug einen Seitenschlupfwinkel aufwies aufgenommenen Bildes in ein Vorderbereichsbild mit Sichtrichtung in der Fahrrichtung.
Diese Mittel arbeiten in dem Bildverarbeitungsmittel 2.
Die Mittel zum Umwandeln eines Bildes gemäß dem Seitenschlupfwinkel des Fahrzeugs in ein Bild mit Sichtrichtung in der Fahrrichtung können in der Praxis das aufgenommene Bild um den bestimmten Seitenschlupfwinkel β um einen Zentrumspunkt P in einer derartigen Art und Weise drehen, daß die (durch einen Vektor "v" repräsentierte) tatsächliche Fahrrichtung in Übereinstimmung mit der Y-Achse der X-Y- Koordinaten gebracht wird. Das Bilddrehen wird auf der Basis der Bilddaten gemäß einem speziellen Operationsausdruck berechnet.
Die automatische Fahrvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann einen zulässigen Fahrbereich in den X-Y-Koordinaten auf der Grundlage des bezüglich des Seitenschlupfwinkels des Fahrzeugs derart korrigierten Bildes bestimmen, einen Zielkurs in dem zulässigen Fahrbereich festsetzen und einen Lenkwert berechnen, um dem Zielkurs zu folgen, wodurch ermöglicht wird, daß das Fahrzeug den Zielkurs ohne Beeinflussung durch den Seitenschlupfwinkel β des Fahrzeugs einhält.
Neben dem oben erwähnten Bilddrehprozeß in dem Bildverarbeitungsmittel 2 ist es ferner möglich, einen Fehler aufgrund eines Seitenschlupfwinkels β des Fahrzeugs derart zu eliminieren, daß ein zulässiger Fahrbereich, z. B. ein Bereich zwischen Straßenrändern in den X-Y-Koordinaten, der auf der Grundlage des nicht einem Drehprozeß in dem Bildverarbeitungsmittel 2 ausgesetzten Bildes bestimmt ist, um den Seitenschlupfwinkel β in dem Mittel 3 zum Bestimmen eines zulässigen Fahrbereichs gedreht wird.
In diesem Fall kann die Lenksteuerung ohne Beeinflussung durch den Seitenschlupfwinkel β durchgeführt werden, falls ein Zielkurs in dem derart zur Korrektur gedrehten zulässigen Fahrbereichsmuster festgesetzt wird und ein Lenkwert bezüglich dieses Zielkurses berechnet wird.
Neben den beiden oben erwähnten Drehprozessen ist es auch möglich, einen Fehler aufgrund eines Seitenschlupfwinkels β des Fahrzeugs derart zu eliminieren, daß ein in dem nicht dem Drehprozeß ausgesetzten zulässigen Fahrbereich festgesetzter Zielkurs um den Seitenschlupfwinkel β in dem Zielkursfestsetzmittel 4 gedreht wird.
In diesem Fall kann die Lenksteuerung ohne Beeinflussung durch den Seitenschlupfwinkel β durchgeführt werden, falls ein Lenkwert bezüglich des derart zur angemessenen Korrektur gedrehten Zielkurses berechnet wird.
Ein Seitenschlupfwinkel β eines Fahrzeugs ist durch die folgende Formel gegeben:
β = (I·Cf·S/v + Cf·Cr·l·b/v² - M·Cf·a) X δ/Δo (S) (10)
Δo(S) = I·M·S² + {(Cf·a² + Cr·b²)M + (Cf + Cr)I} (S/V) + Cf·Cr·l² (1 + Kv²)/v² (11)
K = (Cr·b - Cf·a) M/Cf·Cr·l² (12)
wobei I ein Trägheitsmoment eines Fahrzeugs ist, v eine Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs ist, M eine Fahrzeugmasse ist, Cf, Cr das Seitenführungsvermögen der vorderen bzw. hinteren Reifen sind, a, b Abstände des Fahrzeugschwerpunkts zu den vorderen bzw. hinteren Reifen sind, l ein Radstand ist, δ ein Lenkwinkel ist, S ein Laplace-Operator ist.
Es können vorher Werte eines Seitenschlupfwinkels "β" eines Fahrzeugs bei unterschiedlichen Werten der Fahrgeschwindigkeit "v" des Fahrzeugs und des Lenkwinkels "δ" berechnet und in einer Speichertabelle gespeichert worden sein, und wenn eine Fahrgeschwindigkeit "v" und ein Lenkwinkel "δ" durch einen Fahrgeschwindigkeitssensor bzw. einen Lenkwinkelsensor erfaßt werden, wird ein entsprechender Wert des Seitenschlupfwinkels "β" aus der Speichertabelle ausgelesen.
Fig. 13 zeigt ein Beispiel eines Steuerungsablaufes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich, bietet die automatische Fahrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß beim Durchführen eines Steuerzykluses umfassend: Aufnehmen eines Bildes eines Bereiches vor einem Fahrzeug in seiner Fahrrichtung durch eine an dem Fahrzeug festgelegte Bildaufnahmevorrichtung; Bestimmen, durch Verarbeiten des aufgenommenen Bildes, eines zulässigen Fahrbereiches in X-Y-Koordinaten, deren Y-Achse der Achse der Fahrrichtung des Fahrzeugs entspricht; Festsetzen eines Zielkurses in dem bestimmten zulässigen Fahrbereich; Bestimmen - auf der Grundlage des erfaßten Fahrzustands des Fahrzeugs - eines Lenkwerts, der dazu nötig ist, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug dem Zielkurs folgt; und Lenken des Fahrzeugs bezüglich des Lenkwerts, damit dieses dem Zielkurs folgt; die Fahrvorrichtung fähig ist, einen Seitenschlupfwinkel des Fahrzeugs zu bestimmen und das Bild oder den zulässigen Fahrbereich oder den Zielkurs um den bestimmten Seitenschlupfwinkel zu drehen, um die tatsächliche Fahrrichtung des Fahrzeugs mit der Richtung der Y- Achse in Übereinstimmung zu bringen, wodurch ermöglicht wird, daß das Fahrzeug dem Zielkurs ohne Einfluß des Seitenschlupfwinkels folgt.
Die oben beschriebene Erfindung kann wie folgt zusammengefaßt werden:
Es ist eine automatische Fahrvorrichtung offenbart, die dazu fähig ist, ein Bild eines Bereiches vor einem Fahrzeug in dessen Fahrrichtung durch eine an dem Fahrzeug festgelegte Bildaufnahmevorrichtung aufzunehmen, einen zulässigen Fahrbereich in X-Y-Koordinaten durch Verarbeiten des aufgenommenen Bildes zu bestimmen, wobei die Y-Achse der X-Y- Koordinaten der Achse der Fahrrichtung des Fahrzeugs entspricht; einen Zielkurs in dem bestimmten zulässigen Fahrbereich festzusetzen; einen Lenkwert auf der Grundlage des erfaßten Fahrzustands des Fahrzeugs zu bestimmen, welcher Lenkwert nötig ist, um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug dem Zielkurs folgt; und das Fahrzeug bezüglich des Lenkwerts zu lenken, damit dieses dem Zielkurs folgt; und die ferner dazu fähig ist, einen Seitenschlupfwinkel des Fahrzeugs zu bestimmen und eines der Muster: Bild, zulässiger Fahrbereich und der Zielkurs um den bestimmten Seitenschlupfwinkel zu drehen, um die tatsächliche Fahrrichtung des Fahrzeugs mit der Richtung der Y-Achse in Übereinstimmung zu bringen.

Claims

1. Automatische Fahrvorrichtung, umfassend:

eine an einem Fahrzeug (11) angebrachte Bildaufnahmevorrichtung (1) zum Aufnehmen eines Bereichsbildes vor dem fahrenden Fahrzeug (11);

Mittel (3) zum Bestimmen eines zulässigen Fahrbereiches (RA) in X-Y-Koordinaten mit einer der Fahrzeugfahrrichtung entsprechenden Y-Achse durch Verarbeiten eines durch die Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bildes;

Mittel (4) zum Festsetzen eines Zielkurses (OC) in dem derart bestimmten zulässigen Fahrbereich (RA);

Mittel (6, 7, 8) zum Erfassen des momentanen Fahrzustands (v, γ, δ) des Fahrzeugs;

Mittel (5) zum Bestimmen - auf der Basis des momentanen Fahrzustands (v, γ, δ) - eines Lenkwerts (δ'), um zu ermöglichen, daß das Fahrzeug (11) dem Zielkurs (OC) folgt; und

Mittel (9, 10) zum Lenken des Fahrzeugs (11) bezüglich des Lenkwerts (δ'), dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (5) zum Bestimmen eines Seitenschlupfwinkels (β) des Fahrzeugs und Mittel (2; 3; 4) zum Drehen - auf der Grundlage des erfaßten Seitenschlupfwinkels (β) - des Bereichsbildes (BA), des zulässigen Fahrbereiches (RA) oder des Zielkurses (OC) derart, daß eine tatsächliche Fahrrichtung (θ) der Y-Achse entspricht, vorgesehen sind.

2. Automatische Fahrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (2) zum Drehen des durch die Bildaufnahmevorrichtung (1) aufgenommenen Bildes (BA) zum Bestimmen des zulässigen Fahrbereiches (RA) bezüglich des dem Drehvorgang ausgesetzten Bildes (BA) vorgesehen sind.

3. Automatische Fahrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (3) zum Drehen des bestimmten zulässigen Fahrbereiches (RA) zum Festsetzen des Zielkurses (OC) in dem dem Drehvorgang ausgesetzten zulässigen Fahrbereich (RA) vorgesehen sind.

4. Automatische Fahrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (4) zum Drehen des Zielkurses (OC) zum Bestimmen des Lenkmomentes (δ') bezüglich des dem Drehvorgang ausgesetzten Zielkurses (OC) vorgesehen sind.

5. Automatische Fahrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der momentane Fahrzustand des Fahrzeugs (11) durch die Fahrgeschwindigkeit (v), die Gierrate (γ) und den Reifenlenkwinkel (δ) bestimmt ist.