ITRM960147A1 - Dispositivo per la determinazione della distanza di un veicolo da una marcatura laterale di una carreggiata stradale - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"DISPOSITIVO PER LA DETERMINAZIONE DELLA DISTANZA DI UN VEICOLO DA UNA MARCATURA LATERALE DI UNA CARREGGIATA STRADALE"

L'invenzione concerne un dispositivo per la determinazione della distanza del veicolo da almeno una marcatura orizzontale laterale secondo il preambolo della rivendicazione 1 oppure 2. Un tale dispositivo può essere impiegato in particolare come cosiddetto sistema antisonno, cioè come un sistema che dà un avvertimento acustico o tattile quando il veicolo, ad esempio a causa di una mancata reazione dello sterzo da parte di un conducente stanco o distratto, rischia di scostarsi dalla carreggiata e quindi di finire oltre la marcatura orizzontale laterale .

In dispositivi, quali sono descritti nelle domande di brevetto pubblicate EP 0586 857 11 ed EP 0 361 914 A2 nonché nel brevetto US 4.970.653, il dispositivo di elementi sensibili è costituito di volta in volta da un insieme di elementi sensibili bidimen-sionali di una macchina da presa disposta nella zona anteriore del veicolo relativo in modo da essere orientata in avanti per esplorare otticamente una determinata zona del piano stradale antistante il veicolo. Le informazioni fotografiche ottenute dalla camera vengono elaborate analogicamente, ad esempio per mezzo di strutture resistive non lineari, allo scopo di generare una configurazione di prova binaria delle segnaletiche orizzontali. Per mezzo di tecniche note, quali la trasformazione di Hough (Hough-transformation) e la filtrazione di Kalman, da esse si estraggono con un microprocessore i parametri rilevanti per la determinazione della distanza.

L’impiego tradizionale di camere da presa con matrici di elementi sensibili bidimensionali sotto forma di matrici di CCD (dispositivi accoppiati a carica) richiede, per l'impiego in un veicolo, una ulteriore elaborazione analogica dei dati dei sensori, dato che una elaborazione digitale in tempo reale delle elevate quantità di dati di una tale matrice di elementi sensibili bidimensionali per mezzo di microprocessori attualmente usati nell'autoveicolo non può essere realizzata in modo soddisfacente.

Dal brevetto US 4.630.109 è noto un dispositivo del tipo in questione in cui il dispositivo di elementi sensibili è costitutito da una o più linee relative dove, in caso di una sola linea di elementi sensibili la striscia orizzontale relativa esplorata è disposta , mediante posizionamento centrale di una camera CCD, simmetricamente alla parte centrale longitudinale del veicolo mentre, in alternativa, si propone l'impiego di due camere disposte lateralmente che di volta in volta esplorano una striscia orizzontale. In quest'ultimo caso, le due strisce orizzontali laterali esplarate sono disposte in direzione dell'asse longitudinale del veicolo alla stessa altezza davanti al veicolo e si estendono di volta in volta quasi dalla parte centrale longitudinale del veicolo finoal di là della relativa zona laterale del veicolo.

Nella domanda di brevetto pubblicata EP 0 640 903 Al è indicato un dispositivo per la determinazione della distanza del veicolo da almeno una marcatura orizzontale laterale in cui viene esplorata otticamente una segmento di carreggiata che si estende tipicamente in avanti fino a 60 metri davanti al veicolo, dove una unità di valutazione collocata a valle valuta la videoimmagine relativa alle marcature orizzontali ed è attrezzata a caricare il meccanismo di guida del veicolo con forze appropriate atte a facilitare al conducente la tenuta della direzione.. Inoltre è previsto un dispositivo di avvertimento che, in caso di pericoloso superamento di una segnaletica orizzontale, invia al conducente, in una prima fase, un avvertimento ottico sotto forma di vibrazione del volante e, in una seconda fase, una informazione di avvertimento acustico.

L'invenzione si prefigge, come problema tecnico, l'approntamento di un dispositivo del tipo citato avanti che, da un lato, consenta di determinare in modo affidabile la distanza del veicolo dalle marcature orizzontali laterali e, dall'altro lato, richiede soltanto un dispendio comparativamente piccolo per l'elaborazione dei dati che consente in particolare senz'altro anche una elaborazione digitale in tempo reale dei dati dei sensori in un microprocessore laterale al veicolo ed è in grado di produrre eventualmente un avvertimento efficace prima di un superamento pericoloso di un segnaletica orizzontale.

Questo problema viene risolto con un dispositivo con i particolari del rivendicazione 1 oppure 2. In questo caso, il dispositivo di elementi sensibili è costituito in modo caratteristico soltanto da una o da alcune linee di elementi sensìbili non da una usuale matrice bidimensionale di elementi sensibili. Ciò riduce notevolmente la quantità di dati da elaborare in tempo reale da parte dell'unità di valutazione collocata a valle in modo che questa elaborazione di dati dei sensori possa avvenire per via digitale per mezzo di un sistema di mocroprocessori convenzionale da collocare senza problemi nel veicolo. Naturalmente in alternativa è possibile, inoltre, anche una elaborazione analogica dei dati dei sensori. Il piazzamento delle linee di elementi sensibili in modo da esplorare di volta in volta una striscia orizzontale non parallela all'asse longitudinale del veicolo che si estende davanti al veicolo e lateralmente fino alla marcatura o alle marcature orizzontali consente che le segnaletiche orizzontali possano essere rilevate otticamente in modo affidabile e possano essere riconosciute dall'unità di valutazione in modo che quest'ultima possa determinare le distanze laterali del veicolo dalle marcature orizzontali.

Inoltre il dispositivo secondo l'invenzione consente, in modo speciale con l'impiego di una seconda linea di elementi sensibili che esplora una seconda striscia orizzontale disposta a distanza prestabilita parallelamente davanti alla prima striscia orizzontale esplorata dalla prima linea di elementi sensibili, di verificare i risultati di misura di una linea di elementi sensibili di volta in volta attraverso l'altra linea di elementi sensibili nonché una calibratura automatica del sistema complessivo dal punto di vista della misurazione dell'errore di angolazione tra l'asse longitudinale del veicolo e l’asse ottico.

Una funzione confortevole antisonno e rispettivamente di controllo della pista viene realizzata in particolare con il dispositivo secondo la rivendicazione 2 per il fatto che si invia di volta in volta un avvertimento acustico sotto forma di cosiddetti rumori di vibrazioni di nastri chiodati laterali specifici di volta in volta sul lato del veicolo su cui il veicolo rischia di allontanarsi dalla pista di marcia, dove il rumore di vibrazioni di nastro chiodato suggerisce acusticamente al conducente di superare una marcatura orizzontale provvista di chiodi o di un profilo. Siccome al conducente è noto il significato di questo rumore, egli eseguirà, in genere molto rapidamente una correzione appropriata intuitiva dello sterzo per portare il veicolo di nuovo in direzione del centro della corsia.

In una forma di realizzazione vantaggiosa dell’invenzione secondo la rivendicazione 3, il dispositivo contiene una telecamera a righe, la quale è disposta dietro il parabrezza del veicolo in modo da esplorare una striscia stradale perpendicolrmente all'asse longitudinale del veicolo che si trova all'incirca tra 4m e 10m davanti al veicolo. Questa distanza tra la striscia stradale esplorata e il veicolo è sufficiente quando il dispositivo viene impiegato come sistema antisonno o come "dispositivo di controllo automatico" per poter avvertire in tempo un conducente eventualmente addormetato o distratto.

Un dispositivo strutturato secondo la rivendicazione 4 consente di rilevare inoltre l'errore dell'angolo d'imbardata e/o della larghezza della carreggiata tra le marcature orizzontali, per cui all'unità di valutazione si possono inviare le grandezze di entrate necessarie a questo scopo.

Un dispositivo realizzato secondo la rivendicazione 6 avverte, prima del superamento pericoloso di una segnaletica orizzontale laterale, già abbastanza prima di raggiungere detta segnaletica, per mezzo del cosiddetto metodo TLC (Time to Line Crossing) con cui si rileva in modo continuo il tempo dopo il quale il veicolo raggiungerebbe un marcatura orizzontale laterale continuando a viaggiare secondo lo stato di marcia momentaneo. Un avvertimento ha luogo quando si scende al di sotto di una soglia minima di TLC , ad esempio, dell'ordine di grandezza di 0,5s.

Una forma di esecuzione preferita dell'invenzione è rappresentata nei disegni ed è descritta in seguito.

La figura 1 mostra una vista laterale schematica di un veicolo commerciale in marcia, equipaggiato con un dispositivo per la determinazione della distanza del veicolo da segnaletiche orizzontali laterali e

la figura 2 mostra una vista dall'alto relativa alla situazione di marcia della figura 1.

Nella situazione di marcia indicata nelle figure, un veicolo commerciale (1) equipaggiato con una telecamera a righe (2) si muove con una •determinata velocità (v) lungo una corsia (3) di un’autostrada. La corsia (3) è limitata, su entrambi i lati, da marcature di corsie (7, 8) dove in alternativa si possono prevedere marcature interrotte oppure una sola marcatura su un lato della carreggiata. La telecamera a righe (2) possiede un riga di elementi sensibili alla luce, il cui numero oscilla tipicamente tra 128 e 1024. La telecamera a righe (2) ha una struttura usuale e pertanto non ha bisogno qui di essere descritta più dettagliatamente. Essa è disposta nell’abitacolo del veicolo al centro dello stesso dietro un parabrezza (5) in corrispondenza di uno specchietto retrovisore, cioè è disposta nell'asse longitudinale (L) del veicolo. In questo caso, la telecamera a righe (2) è inclinata in basso in avanti in modo che la riga degli elementi sensibili alla luce esplori, con il suo cono di esplorazione (6) relativo analizzi una striscia (4) molto stretta della carreggiata che si estende ad una distanza tra 4m e 8m circa, a seconda del caso, davanti al veicolo perpendicolarmente all'asse longitudinale (L) dello stesso.

A valle della riga di elementi sensibili della telecamera (2) è disposta una unità di valutazione non indicata più dettagliatamente, la quale legge in sequenza i dati dalla riga di elementi sensibili e li analizza per la determinazione delle distanze laterali (aL, aR ) del veicolo (1) dalla marcatura sinistra (8) e rispettivamente dalla marcatura destra (7) della corsia. In questo caso si presuppone che il cono di esplorazione (6)della riga di elementi sensibili proiettato sulla corsia (3) e quindi la striscia (3) stretta ed esplorata della carreggiata si estenda lateralmente, come rappresentato nella figura 2, oltre le marcature (7, 8) della corsia. A questo riguardo, la distanza citata della striscia (4) esplorata della corsia dal veicolo (1) e quindi la distanza orizzontale (A) leggermente più grande rispetto alla prima della striscia (4) esplorata della carreggiata dalla telecamera a righe (2) è sufficientemente grande, cosa che può essere garantita grazie alla corrispondente inclinazione della telecamera a righe (2) a determinata altezza (H) della telecamera a righe (2) sopra la carreggiata (3) e ad appropriata distanza focale dell'obiettivo. Il dispositivo può essere impiegato, quindi, come sistema antisonno, al cui scopo l'unità di avvertimento attiva un relativo elemento di avvertimento acustico e/o tattile. Da segnale di avvertimento acustico particolarmente semplice può fungere un cosiddetto rumore di vibrazioni di nastro chiodato come avviene durante il superamento di una serie continua di chiodi di marcatura orizzontale. Esso viene prodotto artificialmente e irradiato lateralmente tramite altoparlanti applicati lateralmente nell'abitacolo del veicolo, cioè sul lato in cui il veicolo rischia di superare la marcatura laterale della carreggiata. Il conducente, a causa del significato di questo rumore a lui noto, eseguirà, intuitivamente e quindi in modo comparativamente rapido, una correzione appropriata dello sterzo che riporti il veicolo di nuovo in direzione del centro della corsia. Per riconoscere il pericolo di superamento di una marcatura laterale della carreggiata stradale serve, preferibilmente, il cosiddetto metodono TLC in cui l’unità di valutazione, con riferimento alle distanze laterali (aL , a R ) rilevate del veicolo dalle marcature laterali della carreggiata stradale, all'errore dell'angolo d'imbardata rilevato e alla velocità del veicolo rilevata, deduce il tempo entro cui il veicolo raggiungerebbe la marcatura laterale della carreggiata mantenendo la stato di marcia attuale. L'avvertimento avviene sempre quando il tempo rilevato scende ad di sotto di una soglia minima di TLC tipica prestabilita di 0,5s circa.

Allo stesso modo, l'unità di valutazione che elabora il segnale luminoso proporzionale della striscia di segnaletica orizzontale (4) esplorata proveniente dalla riga dell'elemento sensibile possiede una struttura sostanzialmente tradizionale, quale notoriamente viene impiegata per la intepretazione dei segnali di un dispositivo video ad elementi sensibili. In questo caso, le posizioni dell'immagine della segnaletica orizzontale destra (7) e della segnaletica orizzontale sinistra (8) all'interno del quadro fornito dalla riga dell'elemento sensibili vengono rilevate per mezzo di un operatore differenziatore e di una unità logica operante in modo non lineare. In questo caso, paragonato al sistema tradizionale che utilizza una matrice di elementi sensibili bidimensionale, la quantità di dati relativi è notevolmente ridotta grazie all'impiego di un'unica riga di elementi sensibili, cosa che consente di realizzare l'elaborazione dei dati nell'unità di valutazione analogamente alla citata funzione differenziatrice dell'operatore e alla funzione logica non lineare per la elaborazione dei dati mediante un sistema di microprocessori convenzionale.

Ciò, da un lato, mantiene ragionevolmente basso il fabbisogno di spazio e il dispendio di calcolo per questo impiego in un autoveicolo e, dall'altro lato, consente, in alternativa ad una funzione analogica, una elaborazione digitale delle informazioni dei segnali dei sensori. Grazie alla ridotta quantità di dati, il microprocessore convenzionale è in condizione di elaborare i dati in tempo reale, cosa che costituisce la premessa per l'impiego del dispositivo come sistema antisonno. In alternativa, l’operatore differenziatore e l'unità logica non lineare possono essere realizzate per mezzo di un approprirato circuito elettrico discreto, come descritto nella citata domanda di brevetto pubblicata EP 0 586 857 Al, oppure per mezzo di un semplice circuito differenziatore analogico o discreto con non linearità collocata a valle, dove il circuito viene alimentato con il segnale analogico della riga di elementi sensibili letti in sequenza. La esatta esecuzione tecnico-circuitale può essere eseguita senz'altro dall'esperto.

All''unità di valutazione vengono inviati, come ulteriori grandezze di entrata, i parametri interni della macchina da presa, la larghezza del veicolo, l'altezza (H) della camera a righe (2) sulla carreggiata (3), la distanza orizzontale (A) tra la riga degli elementi sensibili e le strisce (4) esplorate della carreggiata stradale nonché la velocità (v) del veicolo. Con l'impiego di queste grandezze di entrata supplementari, l'unità di valutazione è in grado di rilevare,inoltre, dalle posizioni d'immagine delle segnaletiche orizzontali (7, 8) laterali riconosciute dalla elaborazione preliminare di dati all'interno dell'immagine fornita dalla riga degli elementi sensibili mediante un filtro Kalman collocato a valle oltre alle distanze laterali (aL, aR ) del veicolo rispetto alle due segnaletiche orizzontali (7, 8), anche l'errore dell'angolo d'imbardata e la larghezza della corsia (3) tra le segnaletiche orizzontali laterali (7, 8). Queste informazioni possono essere utilizzate anch'esse per l'esecuzione della determinazione del TLC sopraccitato. Per mezzo del filtro Kalman si può predire la posizione d'immagine delle segnaletiche orizzontali (7, 8) nel segnale della riga di elementi sensibili per ciascun passo di misura successivo. Vantaggiosamente si hanno però le misurazioni successive in un ciclo di 40 ms.

circa. Un confronto della posizioni d'immagine delle marcature predette/ misurate successivamente, dà un comportamento indisturbato del sistema.

Inoltre può essere vantaggioso l'impiego ottimale di una seconda riga di elementi sensibili che esplora una seconda striscia stretta (9) della carreggiata, come indicato nella figura 2 che si estende pure perpendicolarmente all'asse longitudinale (L) del veicolo ad una determinata distanza prima della striscia (4) della carreggiata esplorata dalla prima riga di elementi sensibili. Ciò consente sia una verifica delle misurazioni della striscia di carreggiata esplorata per prima sia una calibratura automatica del sistema mediante misurazione dell'errore di angolazione tra l'asse longitudinale (L) del veicolo e l'asse ottico del dispositivo di telecamera a righe.

La presente descrizione di un esempio di esecuzione preferito mostra che il dispositivo secondo l'invenzione realizza un sistema per la dedeterminazione della distanza di un veicolo da una o più marcature laterali di carreggiata, il quale richiede un dispendio tecnico comparativamente basso e, ciò nonostante, un riconoscimento in tempo reale sufficientemente affidabile del riconoscimento della corsia in modo da poter usare il dispositivo come sistema antisonno. In questo caso va messo in evidenza il piccolo dispendio di elaborazione dei dati con l'impiego di una o di poche righe di elementi sensibili alla luce, la disposizione delle righe di elementi sensibili quasi all'altezza del piano mediano longitudinale del veicolo in modo che sia sufficiente un singolo obiettivo per il sistema ottico nonché la possibilità di poter elaborare in tempo reale i dati anche per via digitale.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI Dispositivo per la determinazione della distanza del veicolo da almeno una marcatura laterale di una carreggiata stradale con - un dispositivo di elementi sensibili alla luce applicati al veicolo (1) per l'esplorazione ottica di una zona della carreggiata antistante il veicolo, dove il dispositivo di elementi sensibili è costituito da almeno due righe di elementi sensibili che esplorano di volta in volta una striscia di carreggiata stradale (4, 9) che si estende in modo non parallelo all'asse longitudinale (L) del veicolo davanti a quest'ultimo (1) e lateralmente fino alla segnaletica orizzontale laterale {7, 8) e - una unità di valutazione collocata a valle del dispositivo di elementi sensibili che legge in sequenza ciascuna riga di elementi sensibili ed elabora i segnali ricevuti per la determinazione della distanza laterale (aL, ) del veicolo dalla segnaletica orizzontale, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di elementi sensibili contiene due righe di elementi sensibili che esplorano due strisce di carreggiata (4, 9) distanziate fra loro in direzione dell'asse longitudinale (L) del veicolo 2. Dispositivo per la determinazione della distanza del veicolo da almeno una marcatura laterale della carreggiata, in particolare secondo la rivendicazione 1, con un dispositivo di elementi sensibili alla luce applicati al veicolo (1) per l'esplorazione ottica di una zona della carreggiata disposta davanti al veicolo, dove il dispositivo di elementi sensibili è costituito da una o da poche righe di elementi sensibili che esplorano di volta in volta una striscia di carreggiata (4, 9) che si estende in modo non parallelo all'asse longitudinale del veicolo davanti a quest'ultimo e lateralmente fino alla segnaletica stradale laterale, e - una unità di valutazione collocata a valle del dispositivo di elementi sensibili, la quale legge in sequennza ciascuna riga di elementi sensibili ed elabora i segnali ricevuti per la determinazione della distanza laterale (aL, aR) del veicolo dalla marcatura della carreggiata, caratterizzato da - un dispositivo di produzione di segnali di avvertimento con altoparlanti applicati lateralmente nell'abitacolo del veicolo, mediante i quali detto dispositivo, in caso di pericolo di superamento di una marcatura di carreggiata riconosciuto dalla unità di valutazione, emette un rumore di vibrazioni di nastro chiodato prodotto artificialmente sul lato in cui il veicolo rischia di superare la marcatura della carreggiata. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di elementi sensibili è parte di una telecamera a righe (2) disposto in modo inclinato in avanti verso il basso in modo che ciascuna riga di elementi sensibili esplori una striscia di carreggiata (4, 9) relativa che si estende perpendicolarmente all'asse longitudinale (L) del veicolo che si trova all'incirca tra 4m e 10m davanti al veicolo (1). 4. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato inoltre dal fatto che da ulteriori grandezze di entrata per l'unità di valutazione funge l'altezza (H) della riga di elementi sensibili sulla carreggiata, la distanza orizzontale (A) della riga di elementi sensìbili dalla striscia (4) della carreggiata esplorata da essa e la velocità del veicolo (v) e la unità di valutazione rileva, inoltre, da ciò l'errore dell'angolo d'imbardata e/o la larghezza della carreggiata tra le marcature relative (7, 8). 5. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato, inoltre, dal fatto che l'unità di valutazione determina, dalle distanze laterali rilevate (aL , aR ) del veicolo da segnaletiche orizzontali laterali, dall’errore di angolo d'imbardata rilevato e dalla velocità del veicolo rilevata, il tempo fino al raggiungimento di una segnaletica orizzontale laterale con il presupposto che si mantenga lo stato di marcia momentaneo del veicolo, ed emette un segnale di avvertimento quando questo tempo (TLC) scende al di sotto di un periodo di tempo minimo prestabilito .