JP5174304B2 - 車両の進路を視覚化するための方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の、車両の進路をビジュアル化もしくは視覚化するための方法に関する。ドイツ連邦共和国特許第４３３６２８８号明細書に基づき、車庫入れする自動車の後方空間もしくは前方空間を監視するための装置が既に公知である。この公知の装置では、特に車庫入れする自動車の後方空間が、車両の後側の部分に配置されたカメラを用いて監視される。このカメラは接続線路を介して、車両運転者の覗き込み範囲に設けられたディスプレイ・コントロールユニットに接続されているので、車両運転者は車両の後方空間を視認することができる。ディスプレイ・コントロールユニットのスクリーンは複数の区域もしくは象限に分割されている。カメラは捕捉された画角内で障害物を鮮明に捉える。車両運転者はこの場合、ディスプレイ・コントロールユニットを見ながら、スクリーンに表示された障害物を回避することができる。
【０００２】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による方法は、従来のものに比べて次のような利点を有している。すなわち、車両運転者に対して、目下の舵角を変えないまま走行した場合に、運転者により操縦された車両がどのような進路をとるのかが表示され、この場合、目下の舵角を変えないまま走行した場合に予想され得る車両の予想進路が後方の走行空間の画像に重ね書きされる。表示された進路内に障害物が存在しない場合には、運転者は、もはや操舵運動を行う必要なしに、障害物と衝突することなく車両を後退させることができる。表示された進路内に障害物が存在する場合には、車両の運転者は、既に車両をゆっくりと動かしながらも、進路内にもはや障害物が位置しなくなるように予想進路がずらされるまで、切られた舵角を補正することができる。ステアリングが最大に切られている場合などに、全ての障害物が表示された進路の外側に位置するように運転者が車両を操作することができない場合には、運転者には一般には障害物を直接に迂回することは不可能となる。車両は過度に不都合な角度で、障害物の手前に過度に接近して位置している。したがって、運転者は障害物に対する間隔を増大させ、それから障害物を迂回するための新たな試みを開始しなければならない。すなわち、運転者は、障害物を迂回するために舵角が補正されなければならないかどうか、もしくは運転者自身により実施された補正が、障害物を迂回するために十分であるかどうかを直ちに判断することができる。この場合、運転者はもはや車両進路に対する運転者自身の主観的な推定に基づく判断に頼らなくなる。これにより、一方では、運転者が障害物に対する自車の位置を誤って推定したために生じる無駄な迂回の試みのために費やされる時間を節約することができる。他方では、運転者が自車に対する障害物の位置を誤って推定したことにより場合によっては生ぜしめられる事故を回避することができる。
【０００３】
請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の方法の有利な改良が可能となる。車両の舵角を、車両ステアリングが切られている舵角から求めることが特に有利である。このことは、たとえばホイールベースから舵角を求める場合に比べて次のような利点を提供する。すなわち、特にパワーステアリングを備えた車両においては、舵角の電子的な検出が部分的に既に行われており、したがって既存の電子コンポーネントをそのまま使用することができる。
【０００４】
さらに、目下の舵角を変えないまま走行した場合に予想され得る車両の予想進路の他に、可能な進路が位置し得る最大範囲をも表示することが有利である。この最大範囲は左右へのステアリングの最大旋回角度、つまりステアリングを左もしくは右へいっぱいに切った場合の角度によって制限される。車両運転者は最大範囲の表示から、ステアリングを最大に切れば障害物を迂回できるかどうかを、実際にステアリングを最大に切ることなしに直接に予測することができる。したがって、車両の運転者は、舵角の適当な選択によってまだ障害物を回避することができるかどうか、または障害物に対する間隔をもっと大きくとってから、より好都合な角度で再び進入の試みを行わなければならないかどうかを直接に判断することができる。
【０００５】
さらに、後方の走行空間の、カメラにより捕捉される部分と共に車両バンパの少なくとも一部をも捕捉することが有利である。車両バンパは運転者にとっては、表示された障害物に対して自車がどの位置に位置しているのかを知るための基準点として役立ち、したがって運転者の方向決定（Ｏｒｉｅｎｔｉｅｒｕｎｇ）を付加的に容易にする。
【０００６】
さらに、検出された画像の、カメラ光学系に基づき生ぜしめられる歪みを計算ユニットによって補正することが有利である。このような歪み補正により、運転者が、特に超広角対物レンズの場合に画像の縁範囲に生じる画像歪みによって惑わされることが回避される。運転者が画像歪みによって惑わされる理由は、画像歪みに基づき、運転者が場合によっては、表示された障害物に対する自車の位置を誤って推定してしまうからである。
【０００７】
さらに、カメラの出力信号を明るさに関連して、つまり受信された光信号の強さに関連して、非線形の特性線、特に対数の特性線を介して制御することが有利である。このことは、カメラが広い明るさ範囲にわたって使用可能となり、ひいては本発明による方法が極めて暗い光特性でも、もしくは極めて明るい光特性でも、使用され得るようになるという利点を提供する。
【０００８】
さらに、後方の走行空間の画像の表示を、自由にプログラミング可能なコンビインストルメントで実施することが有利である。このような自由にプログラミング可能なコンビインストルメントは一般にスクリーンを有しているので、後方の走行空間の画像の表示を必要に応じてコンビインストルメントの部分範囲において行うことができる。これにより、車両に付加的なディスプレイを設けなくて済むようになる。
【０００９】
さらに、中央の制御ユニットを有する、車両の進路を視覚化するための方法を実施するための装置を構成することが有利である。この制御ユニットにより、ディスプレイやカメラ、特に明るさ、鮮明度ならびにカメラの撮影角度をコーディネートすることができる。この場合さらに、制御ユニットが入力ユニットに接続されており、たとえば走行の意思なしに車両を停車させている場合に後方の走行空間の視認だけが望まれる場合には、前記入力ユニットを介して、可能となる進路の表示もしくは目下の舵角を変えないまま走行した場合に予想され得る車両の予想進路の表示をディスエーブルする（中断する）ことが有利である。
【００１０】
実施例の説明
図１には、車両の進路を視覚化するための本発明による方法が示されいる。本発明による方法はイネーブルステップ１０で開始する。この場合、方法の開始は、たとえば後退ギヤを入れること（「Ｒ」シフト）によって自動的にリリースされるか、または使用者の、たとえばキープッシュによる手動式の要求に応じてリリースされる。特に、方法シーケンスをコントロールする制御ユニットがイネーブルされる。
【００１１】
引き続き、画像捕捉のイネーブルステップ１１において、後方の走行空間を監視するために働くカメラが初期設定される。方法シーケンスの終了時まで、このカメラは車両の後方の走行空間の映像だけを捕捉する。カメラにより捕捉される後方の走行空間の一部はカメラの光学系によって制限されている。引き続き、歪み補正のイネーブルステップ１２において、カメラにより形成された画像が伝送される計算ユニットで、カメラ光学系により生ぜしめられた画像歪みの、計算による歪み補正が実施される。この場合、カメラ光学系のデータを考慮して、スクリーンを観察する運転者にとって歪みによる画像の妨害が著しく減じられるように、捕捉された画像の縁範囲がスクリーンの観察平面に投影される。計算による歪み補正の較正は、カメラ前方に正方格子を保持しかつ出力された画像から画像のための変換関数（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｆｕｎｋｔｉｏｎ）を決定するようにして行うことができる。これにより、この変換関数が画像に適用されると、正方格子はディスプレイにも現れる。計算による歪み補正のこのような較正は既に工場側で行われてよい。この場合、変換関数は計算ユニットに記憶される。歪み補正のイネーブルステップ１２から当該方法の終了時まで、カメラにより捕捉された画像の歪み補正が連続的に実施される。本発明による方法の別の実施例（図示しない）では、上記方法が歪み補正のイネーブルステップ１２なしでも可能となる。その場合、一方では画像歪み補正が行われないが、しかし他方では計算にかかる手間を減少させることができる。なぜならば、計算による歪み補正のための計算手間が不要となるからである。
【００１２】
操舵角度、つまり舵角の第１の質問ステップ１３では、車両において目下切られている舵角が制御ユニットによって質問される。このことは、ステアリングコラムの範囲または車両の操舵軸に配置されている舵角センサを介して行われると有利である。特に電気的なデータ接続を介して、目下の舵角が制御ユニットに伝送され、この場合、データ接続は規格化されたデータ接続、たとえばＣＡＮバスである。引き続き行われる計算ステップ１４では、求められた舵角から、このまま舵角を変えずに車両が後退した場合にどのような進路が予想されるのかが計算され、この場合、たとえば進路が計算により車両の走行平面に投影される。さらに、車両の目下の位置から左右に最大にハンドルを切った場合に車両が走行することのできる最大範囲が計算される。引き続き、表示ステップ１５において、目下の舵角を変えないで後退したときに予想され得る予想進路も、車両が走行し得る最大範囲も、後方の走行空間を表示するディスプレイに投影され、この場合、運転者はこのディスプレイを覗き込むことができる。後方の走行空間の表示が、自由にプログラミング可能なコンビインストルメント（Ｋｏｍｂｉｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）で行われると、自由にプログラミング可能なコンビインストルメントのスクリーン内にこの表示を割り込ませることができる。引き続き、第１の決定ステップ１６において、舵角の第１の質問ステップ１３で求められた舵角が、記憶された値に比べて変化したかどうかがチェックされる。第１の決定ステップ１６がイネーブルステップ１０の後で初めて到達された場合、メモリにはイネーブルステップ１０の間に記憶された、車両の調節可能な舵角外にある舵角がファイルされている。第１の決定ステップ１６で、目下調節された舵角が、記憶された値から規定の許容誤差を超えて偏倚していることが確認されると、メモリステップ１９への分岐が行われる。規定の許容誤差はこの場合、予想された進路のための表示精度により決定されるか、もしくは車両が走行し得る可能範囲に合わせて決定される。メモリステップ１９では、舵角の第１の質問ステップ１３で測定された舵角が記憶される。その後に、やはり舵角の第１の質問ステップ１３への分岐が行われる。それに対して、第１の決定ステップ１６において、舵角の第１の質問ステップ１３で測定された舵角が規定の許容誤差範囲内にあることが確認された場合には、第２の決定ステップ１７への分岐が行われる。この第２の決定ステップ１７では、まだ後退ギヤが入れられているかどうか、そして原動機もしくは機関がまだ接続されているかどうかがチェックされる。機関がまだ接続されていると同時に後退ギヤがまだ入れられている場合には、第２の決定ステップ１７から舵角の第２の質問ステップ１３０への分岐が行われる。舵角の第１の質問ステップ１３と同様に、舵角の第２の質問ステップ１３０でも舵角は舵角センサによって質問される。その後に、引き続き第１の決定ステップ１６への分岐が行われる。それに対して、第２の決定ステップ１７において、後退ギヤが入れられていないか、または機関が停止されていることが確認された場合には、当該方法は終了ステップ１８において終了される。この終了ステップ１８では、とりわけカメラへの電流供給が終了され、後方の走行空間の表示が遮断される。
【００１３】
図２には、カメラ２を備えた車両１が示されている。この場合、カメラ２は車両の後側の範囲に固定されている。車両１はさらに車両バンパ３を有している。車両１はガレージ４の手前に位置しており、このガレージ４はガレージ入口５を有している。そこで、車両１を、ガレージ４の壁に接触することなしにガレージ入口５内へ入れようとする場合、このためには、後方の走行空間がカメラ２によって監視される。カメラ２は一般に後方の走行空間全体を監視することはできず、特に後方の走行空間の、ガレージ４内への走行を監視するために運転者にとって重要となる部分だけを捕捉する。
【００１４】
図３には、後方の走行空間の一部がカメラ２によって捕捉され、引き続き本発明による方法によりディスプレイ６に表示されている様子が示されている。以下において、同じ構成部分は同一の符号で示すものとする。ディスプレイ６は、たとえば液晶ディスプレイとして形成されたスクリーン６０を有しているので、液晶パネルを駆動するためのドライバ電子回路および電圧供給部ならびにバックライトユニットはディスプレイ６の内部でスクリーン６０の範囲の外側もしくはその背後に配置されている。スクリーン６０では、この場合、下側の画像縁部に、運転者の方向ガイドのために車両バンパ３が見えている。さらに、ガレージ入口５を備えたガレージ４も表示されている。本発明による方法によれば、そのまま舵角を変えないで後退した場合に予想され得る車両の予想進路が、第１の予想進路７として重ね書きされる。第１の予想進路７は真っ直ぐに延びているので、車両のステアリングは明らかに真っ直ぐに調節されている。第１の予想進路７は、障害物、つまりガレージ４の壁に交わることなしにガレージ入口５内へ延びているので、運転者はこの場合、目下の舵角を変更することなく車両をガレージ入口５内へ後退させることができる。
【００１５】
第１の予想進路７の重ね書きは、図３に示したように、たとえば破線によって行われる。破線の表示は映像背景、つまり後方の走行空間の画像に適合される。ディスプレイにおける暗さから規定可能な明るさ限界までは、重ね書きは明るい破線によって行われる。たとえば降雪時などに、規定可能な明るさ限界が超過された場合には、破線が暗く重ね書きされる。また、表示のために実線やシンボルから成る線、たとえば円または菱形から成る線を使用することもできる。
【００１６】
図４には、スクリーン６０内の既に図３につき説明した要素の他に、さらに最大に可能となる進路の第１の可能な左側の制限線８ならびに別の第１の可能な右側の制限線９が示されている。この描画から、運転者は特に、たとえば車両をガレージ４に並んで駐車するために、スクリーン６０における描画で見て左側でガレージ４の傍らを通り抜けることは不可能となることを知ることができる。なぜならば、第１の可能な左側の制限線８がガレージ４に交差しているので、ステアリングを左へ最大に切ったとしても、車両にとってはガレージ４の傍らのスペースへ到達する可能性は生じないからである。運転者はこの場合、まず車両とガレージ４との間の間隔を増大させなければならない。これにより、運転者には、適当な進路の選択によってガレージ４の傍らのスペースへ到達することが可能となる。それに対して、ガレージ入口５内への進入は問題なく可能となる。
【００１７】
図５には、やはり車両の後方の走行空間が示されている。図３および図４に比べて、車両は明らかにガレージ４に対して別の位置に位置している。さらに、ステアリングが切られており、このことは第２の予想進路７０が湾曲させられて延びていることから判る。しかし、第２の予想進路７０はやはりガレージ４に交差することなしにガレージ入口５内へ導入されているので、運転者はこの場合にも車両の舵角を変えることなくガレージ入口５内へ進入することができる。第２の予想進路７０の両制限線のうちの一方がガレージ４の側壁に交差しているか、またはそれどころかガレージ４の外側に延びている場合には、運転者は、第２の予想進路７０が運転者から見てガレージ入口５の内側に延びるようになるまで車両の舵角を補正するように促される。これによりその後に、舵角の補正なしにガレージ入口５内へ車両を進入させることが可能となる。
【００１８】
図６には、図５に対して付加的に、最大到達可能な進路の第２の可能な左側の制限線８０ならびに第２の可能な右側の制限線９０が示されている。第２の予想進路７０が最大到達可能な進路の第２の可能な右側の制限線９０に極めて接近して位置しているので、運転者はこの場合、可能となる旋回余地を既にほとんど使い果たしていることが判る。
【００１９】
図７には、第３の予想進路７１ならびに第３の可能な左側の制限線８１および第３の可能な右側の制限線９１が示されている。第３の予想進路７１は第３の可能な右側の制限線９１と重なっている。したがって、第３の可能な右側の制限線９１のための点線が第３の予想進路７１の縁部と合致している。すなわち、運転者にとっては車両をさらに右へ操舵することが不可能となる。それにもかかわらず、第３の予想進路７１は片側でガレージ入口５の外側に位置している。すなわち、この場合には、運転者がガレージ入口５内へ向かって直接の後退を試みる必要は全くない。なぜならば、ガレージ４内への進入が可能となることなしに最大の旋回角度が既に達成されているからである。このような場合には、運転者はまず前進し、そしてより大きな間隔を確保した後で再びガレージ４内への進入を開始しなければならない。
【００２０】
図８には、本発明による方法を実施するための装置が示されている。制御ユニット２０は表示ユニット２１に接続されている。さらに、制御ユニット２０はカメラ２に接続されており、このカメラ２はカメラ光学系２５を有している。さらに、制御ユニット２０は舵角センサ２４と、キー２３を備えた入力ユニット２２と、シフトセンサ２６と、機関制御ユニット２７とに接続されている。制御ユニット２０はこの場合、マイクロプロセッサと少なくとも１つの記憶ユニットとを備えたデジタル式の計算ユニットとして形成されていると有利である。制御ユニット２０は車両の前側の範囲に配置されていると有利である。制御ユニット２０は、たとえば車両の中央コンピュータユニットに組み込まれていてよい。表示ユニット２１は自由にプログラミング可能なコンビインストルメントであると有利である。特に表示ユニット２１は、図８には図示されていないスクリーン６０を備えたディスプレイ６を有している。しかし、表示ユニット２１は車両の前側の範囲に配置されかつ運転者にとって覗き込み可能な付加的なディスプレイ、たとえば車両のセンタコンソールに設けられた付加的なディスプレイであってもよい。キー２３を備えた入力ユニット２２は同じく、運転者にとって手の届き易い範囲、有利には車両のインストルメントパネルに配置されている。したがって、キー２３によって、後方の走行空間の視認の自動的なイネーブルも、予想進路の重ね書きもしくは進路が位置し得る最大可能な範囲の重ね書きのディスエーブルも可能となる。舵角センサ２４にも、シフトセンサ２６にも、機関制御ユニット２７にも、制御ユニット２０は有利にはＣＡＮバスを介してアクセスする。舵角センサ２４は、上で既に説明したように、目下の舵角を検出するために働く。シフトセンサ２６は、後退ギヤが入れられているかどうかの情報を提供する。機関制御装置２７は、機関が停止されたかどうかの情報を提供する。このためには、車両の点火装置に問い合わせることも可能である。カメラ２はカメラ光学系２５を有しており、このカメラ光学系２５は広角レンズ系として設計されていると有利である。広角レンズ系により、後方の走行空間のできるだけ大きな部分をカメラにより捕捉することができる。しかし、広角レンズ系は画像歪みを生ぜしめる。この画像歪みは引き続き制御ユニット２０における画像歪み補正によって補償され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方法のシーケンスを示すフローチャートである。
【図２】 選択された障害物、つまりガレージ入口の手前に位置する車両を示す概略図である。
【図３】 ガレージ入口へ向かって真っ直ぐに走行する場合の後方の走行空間の本発明による描画を示す概略図である。
【図４】 ガレージ入口と、真っ直ぐな進入時の進路の最大可能な範囲の付加的な表示とを有する、後方の走行空間の本発明による描画を示す概略図である。
【図５】 ガレージ入口への湾曲させられた進路を有する、後方の走行空間の本発明による描画を示す概略図である。
【図６】 ガレージ入口への湾曲させられた進路と、進路の最大可能な範囲の付加的な表示とを有する、後方の走行空間の本発明による描画を示す概略図である。
【図７】 ガレージ入口への湾曲させられた進路と、進路の最大可能な範囲の付加的な表示とを有する、後方の走行空間の本発明による描画を示す概略図であり、ただしこの場合、ガレージへの直接の進入は不可能である。
【図８】 本発明による方法を実施するための装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 車両、 ２ カメラ、 ３ 車両バンパ、 ４ ガレージ、 ５ ガレージ入口、 ６ ディスプレイ、 ７ 第１の予想進路、 ８ 第１の可能な左側の制限線、 ９ 第２の可能な右側の制限線、 １０ イネーブルステップ、 １１ 画像捕捉のイネーブルステップ、 １２ 歪み補正のイネーブルステップ、 １３ 舵角の第１の質問ステップ、 １４ 計算ステップ、 １５ 表示ステップ、 １６ 第１の決定ステップ、 １７ 第２の決定ステップ、 １８ 終了ステップ、 １９ メモリステップ、 ２０ 制御ユニット、 ２１ 表示ユニット、 ２２ 入力ユニット、 ２３ キー、 ２４ 舵角センサ、 ２５ カメラ光学系、 ２６ シフトセンサ、 ２７ 機関制御ユニット、 ６０ スクリーン、 ７０ 第２の予想進路、 ７１ 第３の予想進路、 ８０ 第２の可能な左側の制限線、 ８１ 第３の可能な左側の制限線、 ９０ 第２の可能な右側の制限線、 ９１ 第３の可能な右側の制限線、 １３０ 舵角の第２の質問ステップ

Claims (7)

1. 第１の方法ステップで車両後方の走行空間の少なくとも一部の画像を捕捉し、該画像をディスプレイに表示して、車両、特に自動車の進路を視覚化するための方法において、第１の方法ステップで、後方の走行空間の一部と共に、当該車両の車両バンパ（３）の少なくとも一部をも捕捉し、第２の方法ステップで、目下の舵角を変えないまま走行した場合に予想され得る車両の予想進路（７，７０，７１）を求め、さらに、左右に最大にハンドルを切った場合に車両が走行することのできる最大範囲を計算し、第３の方法ステップで、目下の舵角を変えないまま走行した場合に予想され得る車両の予想進路（７，７０，７１）と共に、車両が走行することのできる最大範囲をも画像内に表示することを特徴とする、車両の進路を視覚化するための方法。
2. 第２の方法ステップで、目下の舵角を変えないまま走行した場合に予想され得る車両の予想進路（７，７０，７１）を、車両のステアリングが切られている舵角から求める、請求項１記載の車両の進路を視覚化するための方法。
3. 第２の方法ステップで、舵角センサ（２４）のデータをＣＡＮバスを介して検出する、請求項１または２記載の車両の進路を視覚化するための方法。
4. 第１の方法ステップで、捕捉された画像の、カメラ光学系（２５）により生ぜしめられる歪みを検出し、計算ユニットによって画像の歪み補正を行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の車両の進路を視覚化するための方法。
5. 第１の方法ステップで、後方の走行空間の画像をカメラ（２）によって捕捉し、該カメラ（２）の出力信号を明るさに関連して出力し、明るさとの関係を、非線形の変換特性線、特に対数の変換特性線によって規定する、請求項１から４までのいずれか１項記載の車両の進路を視覚化するための方法。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載の車両の進路を視覚化するための方法を実施するための装置において、車両の後方の範囲にカメラ（２）が配置されており、該カメラ（２）によって後方の走行空間の一部と共に、当該車両の車両バンパ（３）の少なくとも一部をも捕捉可能であり、車両（１）にディスプレイ（６，２１）が配置されており、該ディスプレイ（６，２１）がカメラ（２）に接続されており、車両（１）に、切られた舵角を求めるための舵角センサ（２４）が設けられており、ディスプレイ（６，２１）に、目下の舵角を変えないまま走行した場合に予想され得る車両（１）の予想進路（７，７０，７１）と、左右に最大にハンドルを切った場合に車両が走行することのできる最大範囲とが表示可能であることを特徴とする、車両の進路を視覚化するための方法を実施するための装置。
7. 当該装置が制御ユニット（２０）を有しており、該制御ユニット（２０）が、有利にはデジタル式の計算ユニットとして形成されており、ディスプレイが、目下の舵角を変えないまま走行した場合に予想され得る車両（１）の予想進路（７，７０，７１）および／または可能な進路が位置し得る最大範囲（８，９，８０，９０，８１，９１）のために、前記制御ユニット（２０）を介してディスエーブル可能である、請求項６記載の装置。

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