JP5835595B2 - 照明ドライビング補助システムを試験するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の照明ドライビング補助システムを試験するための方法及び装置に関する。

交通安全上の理由から、車両は、例えば、ヘッドライトのような照明装置を備える。近年、走行領域を良好に照明するべく、車両に、例えば、ダイナミックベンディングライトのような照明ドライビング補助システムが搭載されている。ドライビング補助システムは、運転者を補助するべく、走行領域を最大限照明することを可能にする一方、他の路上に存在する者が許容できない程度に眩しく感じないように設計されている。上記の観点で、現在、自動車で使用されているＡＦＳ（advanced frontlighting system）のようなシステムでは、ヘッドライトによって走行領域が道なりに照明されるだけでなく、走行速度に応じた走行領域が照明されるようになっている。

上記の特徴を実現するべく、走行領域の写真をカメラで撮像し、画像処理を施して評価し、照明装置が評価に追従するようになっている。しかしながら、何れのシステムも、エラーを生じさせることなく完璧に動作させることは難しく、例えば、ドライビング補助システムの設定が正しく行われずに、他の路上に存在する者が照明を眩しく感じる場合がある。

上記の問題点に対処するべく、現在の技術では、ドライビング補助システムを較正する方法が知られている。DE 10 2008 025 459 A1には、鉛直方向の明暗の境界線を較正する方法が開示されている。上記の方法での問題点は、通常、専門家又は経験の有る者のみしかドライビング補助システムの適切な態様を試験することができないこと、及び、カメラとヘッドライトとの協働を確認する最終的な試験は、夜間に走行する時にのみ可能であるという点である。

本発明の課題は、標準化されたサービス動作のフレームワーク内において、ドライビング補助システムの一般的な機能の試験及び設定の誤りを発見することが可能な方法及び装置を提供することである。

本発明によれば、上記の課題は、主要な請求項に記載される特徴を有する方法、及び、その他の請求項に記載される特徴を有する装置によって達成される。その他の利点については、従属項に記載される。

本発明に係る方法によれば、少なくとも１つのランプ及び少なくとも１つの画像取得ユニットを備える車両が、望ましくは平面を有する物体の正面に配置される。ランプからの光は、物体に入射する。ランプは、典型的には、ヘッドライトである。そして、ランプを、所定の一角度から複数の角度位置へと旋回させて、ランプの旋回領域を走査させる。これは、水平方向及び／又は垂直方向で実行される。可能な限り多数の測定値を記録することにより、方法の確からしさ及び試験の確からしさを、確認することができる。ランプは、正面ヘッドライトの場合、ロービーム（下向き光線）又は眩しくないハイビーム（フルビーム）である。設定される角度位置毎に、物体の表面上で生成される輝度分布の画像が、画像取得ユニットによって記録される。

輝度分布の特徴点、例えば、ブレークポイントの位置、又は、垂直方向の明暗境界の上昇の位置は、取得された輝度分布を画像処理することにより決定される。ブレークポイントは、特に、ロービーム照明分布の場合に、カットオフラインと照明分布の斜め方向の境界線との間の交差点として規定される。以下では詳細に規定していないが、システムの第１機能試験は、特に、画像取得ユニット及びランプの旋回において、有効とすることができる。したがって、記録が終了する毎に、ブレークポイント又は明暗境界における輝度の上昇が、異なる画像座標に発見されるかを確認することができ、発見されない場合には、エラーが存在することが分かる。

ランプと物体との間の位置における角度オフセット及び距離は、三角法を用いて、取得された輝度分布及び測定値から計算される。そして、車両の座標系における物体の位置が決定される。例えば、３次元右手座標系のような、異なる車両座標系を使用してもよい。ランプと物体との間の既に求められた角度及び距離の値を使用して、座標の変換を行うことができる。

方法の次の段階では、取得された輝度分布から、少なくとも１つの角度位置における少なくとも１つの実際の値を計算し、計算された実際の値は、対応する制御コマンドにおけるランプの角度位置を一義的に示す。方法の最終段階では、望ましい値と実際の値との間の差分を最小にするための修正値が発行される。ここで、特定の角度位置、例えば、物体上に垂直に光が入射する位置における望ましい値は、距離及び角度オフセットに関係なく予め規定されて、格納されている。表面に垂直に入射するランプの光線は、取得された輝度分布の幅又は高さが、最小になるような態様で、輝度分布で特徴付けられる。

このような方法により、照明ドライビング補助システムの機能を、単純化された態様で試験することができる。特に利点として、作業場において操作する人員を特別に訓練することなく、本方法を適用可能であり、夜間走行のような費用のかかる試験等を行う必要がなくなる。また、方法は、物体までの角度オフセット及び距離を自動的に決定するので、方法を実装する操作人員は、この点に関して注意を払う必要がなくなる。

旋回角度の実際の値を計算するために、望ましくは、輝度分布の特徴点の位置が、この角度位置に対して決定され、実際の値が、求められた位置、距離及び角度オフセットから計算される。ここで、特徴点は、ブレークポイント又は垂直方向の明暗境界の上昇であってもよい。特徴点の位置は、生成された輝度分布の画像座標系で規定されてもよい。

車両が複数のランプを備える場合には、別のランプを最初の光分布に設定して、最も外側の位置又は最も下の位置に移動させて、別のランプから発せられた光が物体に入射しないようにする。これに替えて、ランプを何かで覆ってもよい。

有益な態様として、上記の方法を実行する場合には、車両の長軸を物体に対して垂直に、ランプと物体の面との距離が６ｍから１２ｍの間になるように、そしてランプの少なくとも１つの照射方向が物体に入射するように位置させてもよい。このように車両を配置させることにより、角オフセットを計算する計算の手間を低減させ、十分な品質の輝度分布を得ることが可能になる。距離が上記の範囲よりも小さいと、面上に表れる輝度分布が小さくなりすぎるので、画像取得ユニットによる正しい画像の取得ができなくなる可能性がある。反対に、距離が大きすぎると、ぼやけてしまい、画像を正しく取得できなくなる。

水平方向及び垂直方向でのランプの旋回は、各軸について２つの方向に行われる。すなわち、それぞれの軸の旋回の第１極値から開始して、ランプを第２極値へと調整して、そして、反対方向へと再び調整する。このような手順により、現在の許容範囲を決定することができ、修正値を発行する場合に、この範囲を考慮に入れることができる。

特に、有用な態様では、予め定められたシステム許容誤差、例えば、通常は２°より小さい設置に依存する角度誤差が挙げられ、望ましい値と実際の値との間の差分がシステム許容誤差を超えた場合に及び超えた場合にのみ、修正を実行してもよい。すなわち、完全に避けることができない照明システムの設置に起因するシステム許容誤差を考慮に入れることができる、そして、正確な態様で、方法によるエラーのない設定が可能になる。

望ましい値と実際の値との間の差分を最小にした後で、照明システムの更なる機能を予め定めた角度位置で試験してもよい。そして、修正機能について、望ましくはハイビーム及びロービームを試験する。これにより、ランプの機能を完全に試験することができる。

特に有用な態様では、角度位置の望ましい値と実際の値との間の差分は、自動的に修正される。自動的に修正することにより、手動で設定する場合よりも、エラーが減ると考えられる。

特に有用な態様では、方法は、車両の更なるランプを試験するのに適用される。第１ランプを試験するのに適用されたのと同じ段階を実行して、少なくとも１つの更なるランプの試験を実行する。方法の修正機能の態様は、取得されたデータから決定することができる。これは、取得されるデータにおいて計算される物体の位置が一致するはずであるという前提に基づき、そうでない場合は、方法が不適切な態様で実行されることになる。

上記の方法を実行する装置は、少なくとも１つのランプに加えて、画像取得ユニット、評価ユニット及び発行ユニットを備える。立体的な画像を検出するべく、複数の画像取得ユニットを備えてもよい。画像取得ユニットは、異なる複数の角度位置において、ランプによって物体上に生成された輝度分布を記録する。記録された輝度分布は、評価ユニットに送られて、評価ユニットでは、角度位置の実際の値及び修正値を画像処理によって計算する。そして、この修正値を推奨設定値として発行ユニットに送る。発行ユニットは、予め定められた望ましい値と実際の値との間の差分を最小にする推奨設定値として発行する。

物体が、望ましくは平坦であって、例えば、白色で塗られた高反射率を有する面である方が、より効果的である。このように構成することにより、物体上の輝度分布を明瞭に認識することが可能となり、輝度がほとんど吸収されることなく、画像取得ユニットによって収集される。

更に、通常は、既に車両に設けられているヘッドランプのレベリング機能を使用して、垂直方向の角度位置の設定を実行するのが有益である。望ましくは少なくとも３つの、より望ましくは６つの異なる値のヘッドランプの高さが設定され、試験される。このようにすることで、ヘッドランプのレベリング機能に使用されるアクチュエータの機能が正常かを確認することができる。

物体上の輝度分布の生成を示した概略図である。 本発明の一実施形態の方法に係るプロセスを概略的に示した図である。 ランプと物体の間の距離を測定する方法を概略的に示した図である。 特徴ブレークポイントを有する輝度分布を概略的に示した図である。

本発明の実施形態が、図１から図４を参照して説明される。

図１は、車両のランプによって物体が照明された場合の、輝度分布の生成の様子を示した概略図である。本実施形態では、自動車である車両１は、照明ドライビング補助システムを備え、２つの前方ヘッドライト２、３を有し、そのうちの一方、図示の例では右側のヘッドライト２が、消灯されている又は覆われている。左側ヘッドライト３は、ロービーム（下向き光線）に設定され、平面５を有する白色に塗られた壁４上を照明して、輝度分布６が形成されている。輝度分布６は非対称であり、走行方向に応じて一方の側がより広く照明されるようになっている。すなわち、右側走行の車両であれば、右側が広範囲に照明され、左側走行の車両であれば、左側が広範囲に照明される。壁４は、建物の壁であってもよいし、可動に設置された壁であってもよい。これに替えて、例えば、ゲート、作業場のドアを使用することができる。

図示の例では、車両と壁との距離は８ｍであり、車両の前車軸に垂直な長軸が、壁と直角をなし、車両の前車軸は、壁と平行に設定されている。車両に収容されている画像取得ユニット７は、図示の例では、フロントガラスの後ろに設置されたカメラであり、このカメラは、ヘッドライト３によって壁４に生成された輝度分布６を記録する。そして、画像取得ユニット７に接続された評価ユニット８により実際の角度位置の値が計算される。図示の例では、評価ユニット８は、車両に固定される態様で搭載されている、又は、例えば、作業場に設置されて、移動させて異なる車両に接続することできる。画像処理ユニットでは、適用されたレンズ、ランプの照明手段及びその他の要因に起因する画像エラーが発生する場合があるが、角度位置の評価は十分な精度を有し、これらのシステムエラーは、対応するシステムによって記録される画像で発生することから、画像処理で対処可能である。

画像処理では、特徴点として、輝度分布６からブレークポイント１０の位置を測定する、又は、鉛直方向明暗境界の上昇を測定して、ブレークポイント１０の位置又は上昇により、輝度分布６の特徴を一義的に決定することができる。図４に示すように、ブレークポイント１０は、ロービーム照明分布の一部であり、水平方向のカットオフラインと、斜めに延びる境界線とが交差する点として規定されている。ブレークポイント１０は、光軸の下、望ましくは、０．５°から０．６°の間、より望ましくは、０．５７°に位置する。壁４上の輝度分布６を示した図４に、ブレークポイント１０が示されている。

評価ユニットは、予め定められた望ましい値と、計算された実際の値との差分を最小にするような修正値を計算して発行ユニット９に送信し、発行ユニットはこの修正地を発行する。望ましい値は、評価ユニット８のメモリに予め記録されており、発行ユニット９は、例えば、ナビゲーション装置のように車両に搭載された画面又は車両の外部に位置する画面で構成されている。修正値は、例えば、図示されていないヘッドライト３の設定ネジの回転数として発行される。修正値が発行される場合には、評価ユニット８は、予め規定されるシステム許容誤差を考慮し、当該システム許容誤差が安全変数として、設定値として発行される修正値に付加される。

本発明の更なる利点として、図示されていないが、修正値は、設定推奨値として発行されるだけでなく、モーターによって自動的に修正される。

実際の値の修正がなされ、所望の値と同じになると、次に、ハイビーム照明及びロービーム照明のエラーフリー機能のような、照明システムの更なる機能の検査が行われる。検査のため、ヘッドライトは、０°の位置に、すなわち、生成される光が壁に垂直に入射する位置に設定される。

図２には、方法のプロセス的段階が概略的に示されており、段階はそれぞれ時系列順に示されており、本発明に係る方法を実行する上記の装置によって実行される。最初に、ヘッドライト３を水平方向に旋回させて、少なくとも１つの輝度分布６'を取得する。そして、左側の隣接点から開始して、１°刻みで、右側の隣接点まで調整を行う。図示されている例では、水平方向調整の角度領域範囲は、＋１５°又は−７°であり、これは、全体として、２３個の異なる輝度分布に対応する。一般的に、車両を一方向における旋回の程度に制限があることから、角度領域は、０°の位置を中心に対称に分布する。そして、同じ角度位置について、反対の方向で調整が行われる。このようにして、許容動作範囲が決定される。

水平方向に旋回させた後は、ヘッドライト３を開始位置に戻し、今度は垂直方向の調子を行う。図示の例では、ヘッドライトの高さを好適に設定して調整が実行される。上記のようにして、少なくとも１つの更なる輝度分布６"を取得する。ヘッドライト３の垂直方向及び水平方向の調整を行って、少なくとも３つの輝度分布を記録する。上記の方法では３回の測定結果を得たが、試験の妥当性を高めるべく、少なくとも６つの輝度分布を記録することが望ましい。上記のようにすることにより、データベースを拡張し、測定結果を多数得ることにより、方法の精度を向上させることができる。上記の試験において、ヘッドライトのレベリング機能のアクチュエータが、正しく動作しているかについても確認することができる。

ヘッドライト３と平面５との間で取り得る距離及び角度オフセットは、三角法で計算され、更に、車両１の座標系で壁４の位置が決定される。

旋回角度の実際の値は、対応する角度位置における輝度分布の特徴点の位置、上記で求められた距離及び上記で求められた角度オフセットから計算される。特徴点の位置は、画像取得ユニット７によって取得される輝度分布６、６'、６"の画像座標系によって規定される。

輝度分布６、６'、６"から求められるヘッドライト３の角度位置の実際の値と、予め設定される望ましい値との比較がなされる。方法の最終段階において、実際の値と望ましい値との間の修正値が生成されて、この修正値により、実際の値と望ましい値との間の差分が最小になる。

上記の方法のヘッドライト３に対する適用が終わると、ヘッドライト３は消灯される又は覆われて、同じ方法を第２ランプ２に適用する。異なるヘッドライトによって生成される輝度分布を入力することにより、計算される車体の位置が一致するかどうかを見ることで、上記の方法が正しく機能しているかを試験することができる。

上記のように試験することで、ヘッドライト３が正しく機能し正しく設定されているかを確かにすることができる。更に、カメラとヘッドライト機能との間のデータ転送が正しく行われていることを確認することができる。

図３には、ヘッドライト３と平面５の間の距離を決定する方法が概略的に示されている。この場合、ヘッドライト３の旋回領域は、車両と壁の間の異なる２つの距離で表されている。図３では、旋回領域が、点線で示されている。図３のａ）では、図３のｂ）と比較して、車両が、壁４の平面５により近くなっている。しかしながら、車両の旋回する角度は、両方の場合で同じになっている。更に、ヘッドライト３と画像取得ユニット７との間の距離は既知であり、定数である。画像取得ユニット７、すなわち、カメラにより、ヘッドライトの旋回領域を、平面５上に生成される輝度分布６、６'、６"の形態で取得する。取得された領域は、実線で示されている。画像取得ユニット７によって取得された領域の幅は、ヘッドライト３と画像取得ユニット７との間の位置の違い、及び、ヘッドライト３と平面５との距離に依存する。ヘッドライト３の旋回角度、及び、画像取得ユニット７が検出した輝度分布６、６'、６"の距離に依存する幅は、ヘッドライト３と平面５との間の距離がより大きい場合に、すなわち、この距離がヘッドライト３及び画像取得ユニット７間の距離よりも非常に大きい場合に、等しくなる。距離が小さい場合（すなわち、ヘッドライト３と画像取得ユニット７との間の距離に対して小さい場合）、画像取得ユニット７によって観察される幅を、点として検出されるまで、すなわち、ヘッドライト３と平面５との間の距離と、ヘッドライト３と画像取得ユニット７との間の距離とが等しくなるまで、縮小する。

そして、ヘッドライト３及び画像取得ユニット７間の観察された幅及び既知の距離、及び、同様に既知のランプの旋回角度から、三角法を使用して、平面５とヘッドライト３間の距離を計算することができる。更に、車両軸と壁との間の角度オフセットも求めることができる。

図４には、ヘッドライト３が生成する輝度分布６が、右側走行用に設計されており、特に、道路の縁を照明するように設計されている場合の、非対称な輝度分布６が示されている。輝度分布６は、水平方向境界線から斜め方向境界線に遷移する場所にブレークポイント１０を有する。このブレークポイントは、画像取得ユニット７により輝度分布それぞれにおいて検出することができ、ブレークポイント１０の位置は、画像の座標系で表される。ブレークポイント１０の位置は、輝度分布それぞれの特徴点である。

Claims (11)

1. 少なくとも１つのランプ及び少なくとも１つの画像取得ユニットを備える車両の照明ドライビング補助システムを試験する方法であって、
   前記少なくとも１つのランプの少なくとも１つの照射方向が物体に向けられるように、前記車両を前記物体の前に位置させる段階と、
   前記少なくとも１つのランプを水平方向及び／又は垂直方向の少なくとも予め定められる角度の周りに旋回させて、複数の角度位置に設定し、前記少なくとも１つのランプの前記複数の角度位置のそれぞれについて、前記画像取得ユニットにより、前記物体上に生成される輝度分布を取得する段階と、
   前記車両と前記物体との間の距離及び角度オフセットを、取得された前記輝度分布から決定し、前記物体の位置を前記車両の座標系で計算する段階と、
   前記複数の角度位置のうちの少なくとも１つについて、前記取得された輝度分布から、前記ランプの旋回角度の少なくとも１つの実際の値を計算する段階と、
   前記少なくとも１つのランプの前記旋回角度の予め設定される望ましい値と計算された前記実際の値との間の差分を最小にするような、少なくとも１つの修正値を発行する段階とを備える方法。
2. 前記旋回角度の前記実際の値を計算する段階において、
   前記複数の角度位置のうちの少なくとも１つについて、前記輝度分布の特徴点の位置を決定し、
   決定された前記特徴点の位置、決定された前記距離及び決定された前記角度オフセットから、前記実際の値が計算される請求項１に記載の方法。
3. 前記車両の長軸は、前記物体と垂直に配置されて、前記ランプの前記照射方向が、前記物体の望ましくは平坦である面と垂直となり、
   前記ランプと平坦な前記面との間の距離は、望ましくは、６ｍから１２ｍの間である請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ランプの前記水平方向及び鉛直方向の前記旋回角度を設定するべく、
   対応する軸周りの旋回の第１極値から出発して第２極値まで一方向に旋回した後、前記第２極値を出発して、前記一方向とは反対の方向に前記第１極値まで旋回して、許容動作範囲を決定する請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記望ましい値と前記実際の値との間の前記差分がシステム許容誤差を超えた場合に及び超えた場合にのみ、修正が実行される請求項１から４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記望ましい値と前記実際の値との間の前記差分を最小にした後で、ハイビーム及びロービームを固定角度位置で試験する段階を更に備える請求項１から５の何れか一項に記載の方法。
7. 前記ランプの前記旋回角度の前記望ましい値と前記実際の値との間の前記差分が、自動的に修正される請求項１から６の何れか一項に記載の方法。
8. 更なる別のランプを試験して、求められた輝度分布を基に前記物体の計算された前記位置を比較することにより、前記方法の修正機能を試験する請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
9. 少なくとも１つのランプ、少なくとも１つの画像取得ユニット、評価ユニット及び発行ユニットを有する車両の照明ドライビング補助システムを試験するための装置であって、
   前記少なくとも１つの画像取得ユニットは、前記少なくとも１つのランプによって物体の表面上に生成される輝度分布を、異なる複数の角度位置で取得するように設計され、
   前記ランプの旋回角度の実際の値は、前記評価ユニットを使用して計算することができ、
   前記旋回角度の予め設定される望ましい値と計算される実際の値との間の差分を最小にするような推奨設定値を、前記発行ユニットを使用して発行することができる装置。
10. 前記物体の平坦な前記面は、壁によって形成されており、望ましくは、白色であることによって高反射率を有する請求項９に記載の装置。
11. 前記ランプの垂直方向の前記旋回角度は、ヘッドライトレベリングによって設定することができる請求項９又は１０に記載の装置。

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