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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermessung
eines in einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs befindlichen Hindernisses.
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Es
ist bekannt, mit an einem Fahrzeug angeordneten Sensoren Objekte
in der Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen und diese Daten einem
Einparkhilfesystem zur Verfügung zu stellen. Insbesondere
ist es bekannt, bei einer Vorbeifahrt an einer Längsparklücke
Hindernisse zu vermessen und aufgrund der Messergebnisse als parkende
Fahrzeuge, Bordsteine usw. zu klassifizieren. Diese Informationen
können zur Feststellung, ob eine Parklücke für das
Fahrzeug geeignet ist, und zur Ermittlung einer Einparktrajektorie
genutzt werden. Gemäß
DE 10 2005 059 902 A1 ist
es vorgesehen, bei einem Einparkvorgang die bei einer vorherigen
Vorbeifahrt aufgestellte Klassifikation von Objekten einer Plausibilisierung
zu unterziehen. Wenn ein Abstandssensor ein Hindernis, das bei der
Vorbeifahrt als Bordstein klassifiziert worden ist, auch auf sehr
kurze Distanz noch erfasst, so wird dies als Hinweis darauf angesehen,
dass es sich nicht um einen Bordstein, sondern um ein höheres
Hindernis handelt. In diesem Fall kann ein Warnsignal ausgegeben
oder auch eine neue Einparktrajektorie ermittelt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Höhe
eines Hindernisses ermittelt wird. Darüber hinaus ist eine
vorherige Vorbeifahrt zur Vermessung und Klassifikation nicht erforderlich.
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Hierzu
wird bei einer Annäherung eines Fahrzeugs an ein Hindernis
mit einem oder mehreren an dem Fahrzeug angeordneten abstandsempfindlichen
Sensoren mindestens ein Abstandswert des Hindernisses aufgenommen.
Dafür muss das Hindernis zumindest vorübergehend
durch mindestens einen abstandsempfindlichen Sensor detektierbar sein.
Bei weiterer Annäherung kann das Hindernis den Detektionsbereich
des Sensors verlassen und ist dann von diesem nicht mehr detektierbar.
Erfindungsgemäß wird der Grenzabstand, bei dessen
Unterschreitung die Detektierbarkeit des Hindernisses unter einem
Schwellwert liegt, bestimmt und hieraus eine Höhe des Hindernisses
ermittelt.
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Das
Hindernis befindet sich in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs, die
insbesondere vorwärts oder rückwärts
gerichtet sein kann, oder auch schräg hierzu, entsprechend
einem Lenkradeinschlag bzw. einem möglichen Fahrweg. Das
Hindernis kann insbesondere ein solches sein, das eine Parklücke
begrenzt, also beispielsweise ein Bordstein, ein anderes Fahrzeug,
eine Wand usw.
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Bei
der Annäherung des Fahrzeugs wird das Hindernis wird von
einem abstandsempfindlichen Sensor detektiert. Dieser kann beispielsweise
nach dem Puls-Echo-Verfahren arbeiten, d. h., eine Strahlung aufnehmen,
die von dem Hindernis reflektiert wird, nachdem sie von einer, ggf.
dem Sensor zugeordneten, Strahlungsquelle in Richtung auf das Hindernis
ausgesandt wurde. Sofern das Hindernis von dem abstandsempfindlichen
Sensor detektierbar ist, liefert dieser ein Abstandssignal, das
direkt den Abstand des Hindernisses vom Sensor darstellt oder mit dem
Abstand zum Hindernis korreliert ist, so dass der Abstand hieraus
ermittelt werden kann. Sofern das Hindernis nicht oder nur eingeschränkt
detektierbar ist, liefert der Sensor kein oder ein eingeschränktes Abstandssignal.
Dem von dem abstandsempfindlichen Sensor gelieferten Signal kann
daher eine Detektierbarkeit zugeordnet werden, die im einfachsten Fall
das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Abstandssignals
beschreibt, die aber auch ein quantitatives Maß, beispielsweise
für die Nutzbarkeit des Abstandssignals, darstellen kann.
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Abstandsempfindliche
Sensoren weisen häufig einen Detektionsbereich in der Form
einer zum Sensor spitz zulaufenden geometrischen kegelähnlichen
Figur auf, die oft auch als „Keule” bezeichnet
wird. Damit ein an einem Fahrzeug angeordneter abstandsempfindlicher
Sensor zur Erfassung von Hindernissen im Fahrweg des Fahrzeugs geeignet ist,
muss der Detektionsbereich des Sensors in einer gewissen Entfernung
die Fahrbahnoberfläche erfassen oder sich dieser zumindest
annähern. Die untere Einhüllende des Detektionsbereichs
ist daher, ausgehend von der Einbauhöhe des Sensors, nach
vorne abwärts geneigt. Ein niedriges Hindernis, das bei
einem ersten Abstand noch vom Sensor erfasst wird, wird deshalb
bei weiterer Annäherung vom Detektionsbereich nicht mehr
erfasst. In vorteilhafter Weise können Maßnahmen
vorgesehen sein, um den Detektionsbereich des Sensors stetig bzw.
homogen zu gestalten, damit innerhalb des Detektionsbereichs stets
eine sichere Erfassung des Hindernisses gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß wird
aus dem Grenzabstand, bei dem bei Annäherung an das Hindernis
die Detektierbarkeit des Hindernisses verschwindet oder einen Schwellwert
unterschreitet, die Höhe des Hindernisses bestimmt. Der
Zusammenhang zwischen dem Grenzabstand und der Differenz aus der
Höhe des Sensors über der Fahrbahn und der Höhe
des Hindernisses kann linear sein oder angenähert linear, kann
aber auch nichtlinear sein, beispielsweise bei einer gekrümmten
unteren Einhüllenden der „Keule”. Die
Art der Korrelation zwischen Grenzabstand und Höhe des
Hindernisses kann vorbestimmt sein und beispielsweise nur von der
Einbauhöhe, Art und Ausrichtung des Abstandssensors abhängen,
kann aber auch durch aktuelle Fahrzeug-Parameter, wie etwa die Beladung,
oder dynamische Daten, wie etwa momentane Geschwindigkeit, Beschleunigung
und/oder Lenkradeinschlag, veränderbar sein. Ebenso kann die
Korrelation beispielsweise durch Signale weiterer Sensoren, etwa
Bodenabstandssensoren, situationsspezifisch anpassbar sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dann
von Vorteil, wenn eine Querparklücke angesteuert wird,
die durch ein Hindernis nach vorne begrenzt wird. Aber auch bei
andersartigen Parklücken kann auf einfache Weise und ohne
vorherige Vorbeifahrt die Höhe eines in Fahrtrichtung des
Fahrzeugs befindlichen Hindernisses ermittelt werden, beispielsweise
eines Bordsteins, der eine Längsparklücke nach
vorne oder hinten begrenzt. Die Erfindung ermöglicht es,
mit einer einfachen, robusten und kostengünstigen Sensorik
die Höhe eines solchen Hindernisses zu ermitteln.
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Vorteilhaft
ist es, die Detektierbarkeit des Hindernisses aus dem von dem mindestens
einen abstandsempfindlichen Sensor erzeugten Abstandssignal zu ermitteln.
Hierfür kann man es sich beispielsweise zunutze machen,
wenn der abstandsempfindliche Sensor bei Verschwinden des Hindernisses
aus dem Detektionsbereich des Sensors kein Abstandssignal mehr abgibt.
Häufig wird aber der Sensor nahe dem Rand des Detektionsbereichs
ein Abstandssignal liefern, das instabil ist, oder es kann ein Abstandssignal
für ein anderes, zufällig im Detektionsbereich
des Sensors befindliches Hindernis abgegeben werden. Es ist daher
bevorzugt, aus der Qualität des Abstandssignals, insbesondere
aus dessen Stabilität und/oder aus möglicherweise
auftretenden Sprüngen der Abstandswerte auf die Detektierbarkeit
des Hindernisses zu schließen. Hierfür kann es
vorteilhaft sein, eine Mehrzahl von Abstandswerten aufzunehmen und
einer statistischen Auswertung, etwa zur Bestimmung der Streuung
um eine Regressionsgerade, zu unterziehen. Dies hat den Vorteil,
dass das von dem Abstandssensor gelieferte Abstandssignal für
die Ermittlung der Höhe des Hindernisses ausreichend ist.
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Alternativ
oder zusätzlich hierzu ist es vorteilhaft, ein von dem
Sensor empfangenes Signal zur Ermittlung der Detektierbarkeit des
Hindernisses heranzuziehen gezogen werden. So kann beispielsweise
die Stärke bzw. Intensität der von dem Sensor
aufgenommenen, von einem Hindernis reflektierten Strahlung anzeigen,
ob sich das Hindernis im Detektionsbereich des Sensors befindet.
Ist die Intensität zu gering, so kann der Abstandssensor
keine verlässlichen Abstandswerte liefern. Die Ermittlung
der Detektierbarkeit aus einem von dem Sensor empfangenen Signal
hat den Vorteil, dass auf eine direkte und genauere Weise die Bestimmung
der Detektierbarkeit möglich ist, und die Aufnahme von
weniger Abstandswerten ausreichen kann.
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Der
Schwellwert für die Detektierbarkeit, der das Unsichtbarwerden
des Hindernisses für den Sensor angibt, kann sich dementsprechend
auf das Vorhandensein bzw. die Qualität des Abstandssignals
und/oder auf ein von dem Sensor empfangenes Signal beziehen. Der
Schwellwert kann fest vorbestimmt oder auch situationsabhängig
sein, beispielsweise unter Einbeziehung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs,
der Anzahl der Abstandssensoren, des Verschmutzungsgrads des Sensoren,
oder weiterer Fahrzeug- oder situationsabhängiger Faktoren.
So kann beispielsweise aus Sicherheitsgründen bei höherer
Geschwindigkeit des Fahrzeugs, wenn mit höheren Messfehlern
zu rechnen ist, ein höherer Schwellwert angesetzt werden
als bei niedriger Geschwindigkeit.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, bei der Annäherung des Fahrzeugs an
das Hindernis auch die zeitliche Folge des von dem Sensor erzeugten
Abstandssignals bzw. der von dem Sensor empfangenen Echosignale
des Hindernisses zur Ermittlung weiterer Merkmale des Hindernisses
auszuwerten. Durch ein solches „Tracking” ist
eine genauere Höhenbestimmung und eine sicherere Klassifikation
des Hindernisses möglich.
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So
ist es insbesondere vorteilhaft, eine Mehrzahl von Intensitätswerten
des von dem Hindernis reflektierten Echosignals bei der Annäherung
des Fahrzeugs an das Hindernis aufzunehmen und im Hinblick auf die
Form und Anordnung der reflektierenden Oberflächen des
Hindernisses auszuwerten. So weist beispielsweise ein Bordstein
typischerweise eine zur Fahrbahn nahezu senkrecht stehende Front auf,
die zusammen mit der Fahrbahnoberfläche in Art eines Tripelspiegels
eine von einem Sensor ausgesandte Strahlung nahezu in die gleiche
Richtung, d. h., zum Sensor zurückreflektiert. Verschwindet
daher bei Annäherung des Fahrzeugs an einen Bordstein die
Kehle des Bordsteins aus dem Detektionsbereich des Sensors, so ist
dies durch eine Änderung der Rückstrahlungsintensität
bzw. der Steigung des Intensitätssignals feststellbar.
Ist keine der Kehle des Bordsteins entsprechende Änderung
des Intensitätsverlaufs feststellbar, so kann dies ein
Hinweis darauf sein, dass es sich nicht um einen Bordstein handelt, sondern
um ein anderes Objekt.
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Ebenso
kann ein instabiles oder lückenhaftes Abstandssignal andeuten,
dass es sich bei dem detektierten Hindernis um einen Pfosten handelt
und nicht um einen Bordstein. Es ist daher vorteilhaft, in diesem
Fall keine erfindungsgemäße Höhenbestimmung
durchzuführen, sondern beispielsweise ein entsprechendes
Warnsignal auszugeben.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, das von dem mindestens einen abstandsempfindlichen
Sensor erzeugte Abstandssignal einer Filterung und/oder Mittelung
zu unterwerfen.
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Insbesondere
kann es vorteilhaft sein, eine Mehrzahl von Abstandswerten mit dem
abstandsempfindlichen Sensor aufzunehmen und durch eine Filterung
einzelne Ausreißer zu eliminieren oder durch Mittelung
stabilere Abstandswerte zu erzeugen. Beide Maßnahmen dienen
einer Erhöhung der Genauigkeit der Abstandsmessung. In ähnlicher
Weise kann die Detektierbarkeit des Hindernisses bzw. das der Detektierbarkeit
zugrunde liegende Signal einer Filterung und/oder Mittelung unterzogen
werden. Hierdurch kann verhindert werden, dass einzelne, möglicherweise
gestörte, über dem Schwellwert liegende und/oder
einzelne unter dem Schwellwert liegende Werte die Ermittlung des
Grenzabstands zur Höhenbestimmung auslösen. Das
Zeit- bzw. Abstandsintervall, während dessen die Detektierbarkeit oberhalb
bzw. unterhalb des Schwellwerts liegen muss, um zur Ermittlung des
Grenzabstands herangezogen zu werden, kann fest vorgegeben oder Fahrzeug-
oder situationsabhängig sein, beispielsweise von der Dämpfungszeit
von Fahrzeugschwingungen abhängig.
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Wenn
mehrere abstandsempfindliche Sensoren vorgesehen sind, können
die von diesen erzeugten Abstandssignale ebenfalls gefiltert und/oder gemittelt
werden, um beispielsweise die Signale einzelner Abstandssensoren
zu eliminieren und/oder einen gemittelten und daher stabileren Abstandswert und
eine genauere Höhenmessung zu ermöglichen. Ebenso
können die Signale der Sensoren jeweils einzeln ausgewertet
und/oder die Signale bzw. Abstandswerte einiger oder aller Sensoren
miteinander verglichen werden, um für die jeweils beobachteten Hindernisse
bzw. Teile der Hindernisse unabhängige Höhenmessungen
zu erhalten oder um weitere Eigenschaften der Hindernisse, wie beispielsweise Krümmungen
oder Unterbrechungen eines Bordsteins, zu ermitteln. Auf diese Weise
kann das erfindungsgemäße Verfahren in der Genauigkeit
und Zuverlässigkeit gesteigert und einer Vielzahl von möglichen
Situationen angepasst werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, den Weg des Fahrzeugs durch mindestens einen
Wegsensor zu ermitteln. Hierfür können beispielsweise
Raddrehzahl- bzw. Odometriesensoren verwendet werden, die häufig
als Teil anderer Systeme, beispielsweise ABS oder ASR, bereits vorhanden
sind, es können aber auch andere Sensoren oder Positionsmesssysteme eingesetzt
werden.
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Hierdurch
kann das Weginkrement ermittelt werden zwischen der Aufnahme eines
Abstandswerts und der des nächsten. Dies ist insbesondere von
Bedeutung für solche Abstände vom Hindernis, bei
denen der Abstandssensor keinen Abstandswert liefert. Ausgehend
von mindestens einem Abstandswert, der aus dem Signal des Sensors
ermittelt worden ist, kann dann auch denjenigen Werten der Detektierbarkeit,
die unterhalb des Schwellwerts liegen, ein berechneter Abstand zugeordnet
werden. Dies ermöglicht eine genauere Bestimmung des Grenz-Abstandswerts.
Eine Korrelation von durch den Abstandssensor gemessenen Abstandswerten mit
den von dem Wegsensor gelieferten Daten ermöglicht darüber
hinaus eine unabhängige bzw. genauere Ermittlung der Stabilität
bzw. Streuung der Abstandswerte und damit eine sicherere Berechnung des
Grenzabstands. Da die aufgrund des Sensorsignals ermittelten Abstandswerte
den Abstand zwischen Sensor und Hindernis bzw. Reflexionspunkt am
Hindernis darstellen, die Weginkremente jedoch in der Fahrbahnebene
gemessen werden, ist es vorteilhaft, die Abstandswerte bzw. zumindest
den Grenzabstand durch Projektion mit den gemessenen Wegen bzw.
Weginkrementen vergleichbar zu machen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, den Stopppunkt bzw. den in der Fahrtrichtung
noch kollisionsfrei zurücklegbaren Weg zu ermitteln. Hierfür
wird neben den ggf. auf die Fahrtrichtung projizierten Abstandswerten
insbesondere die ermittelte Höhe des Hindernisses verwendet
und mit Fahrzeugdaten verglichen, die insbesondere die Bodenfreiheit,
ggf. die Beladung, den Einbauort des Abstandssensors, die Position
und Größe der Räder usw. berücksichtigen.
Aufgrund dieser Informationen kann das Hindernis beispielsweise
als überfahrbar bzw. überragbar oder nicht überfahr-
bzw. überragbar klassifiziert werden, je nachdem, ob die
Bodenfreiheit der Front- bzw. Heckschürze ausreicht. Bei
Fahrzeugen mit einem komplexen Profil, wie beispielsweise einer
Stoßstange, kann auf diese Weise ermittelt werden, wie
weit das Fahrzeug das Hindernis überragen kann. Bei Hindernissen,
deren Höhe geringer ist als der Radius der Räder
des Fahrzeugs, ist der Weg, der bis zur Berührung des Hindernisses
mit einem der Räder zurücklegbar ist, ebenfalls
von der Höhe des Hindernisses abhängig und kann
ermittelt werden.
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In
vorteilhafter Weise werden die Informationen über die Höhe
und ggf. den Abstand des Hindernisses sowie insbesondere der kollisionsfrei
zurücklegbare Weg an ein übergeordnetes System,
beispielsweise ein semiautonomes oder autonomes Parkassis tenzsystem,
weitergeleitet. Hierdurch kann ein Einparkvorgang auch dann genau
und sicher geführt werden, wenn das Hindernis, an das eingeparkt werden
soll, wie beispielsweise ein eine Querparklücke begrenzender
Bordstein, für die Abstandssensoren nicht mehr sichtbar
ist. Wenn der kollisionsfrei zurücklegbare Weg unter Berücksichtigung
der Dynamik des Fahrzeugs erreicht ist oder mit einer vorgeplanten
Einparktrajektorie nicht übereinstimmt, kann beispielsweise
die Ausgabe eines Warnsignals an den Fahrer, die Einleitung eines
Bremsmanövers, der Abbruch des Einparkvorgangs und/oder
die Neuberechnung einer Einparktrajektorie ausgelöst werden. Sofern über
das zu vermessende Hindernis in einem übergeordneten System
bereits Daten vorliegen, beispielsweise aus einer Parklückenvermessung
oder aus einem vorherigen Zug bei demselben Einparkvorgang, können
diese in vorteilhafter Weise für das erfindungsgemäße
Verfahren genutzt werden, etwa, um bei einem als Bordstein vorklassifizierten
Objekt das erfindungsgemäße Verfahren nach der
ersten Abstandsmessung durch den abstandsempfindlichen Sensor zu
starten, bei einem als Pfosten vorklassifizierten Objekt jedoch
nicht bzw. erst nach einer stabilen Abstandsmessung, die zu einer
Neuklassifikation führt.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vermessung eines
in einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs befindlichen Hindernisses
enthält mindestens einen an dem Fahrzeug angeordneten abstandsempfindlichen
Sensor. Dieser ist zur Erfassung nahe der Fahrbahn in einer Fahrtrichtung
des Fahrzeugs befindlicher Objekte angeordnet, insbesondere ist der
Detektionsbereich des Sensors nach unten in einer schräg
von Sensor aus abfallenden Linie begrenzt. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung umfasst weiterhin erste Auswertemittel zur Ermittlung
einer Detektierbarkeit des Hindernisses aus dem Abstandssignal des
Sensors und/oder aus einem von dem Sensor empfangenen Signal des
Hindernisses, sowie Speichermittel zur Speicherung mindestens eines
Abstandswerts des Hindernisses. Schließlich sind zweite
Auswertemittel vorgesehen zur Ermittlung eines Grenz-Abstandswerts,
bei dessen Unterschreitung die Detektierbarkeit des Hindernisses
unter einem Schwellwert liegt, und zur Ermittlung einer Höhe
des Hindernisses unter Verwendung des Grenz-Abstandswerts, sowie
ggf. zur Umrechnung der ermittelten Abstandswerte in Entfernungen
zwischen Fahrzeug und Hindernis bzw. reale Fahrwege.
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Die
ersten und zweiten Auswertemittel sowie die Speichermittel können
dabei ganz oder teilweise dem abstandsempfindlichen Sensor bzw.
den Sensoren zugeordnet sein oder Teil einer separaten Steuereinheit
sein. Die Speichermittel können auch dafür vorgesehen
sein, den Fahrweg zu speichern, und insbesondere dafür,
die ermittelten Daten über einen Fahrtrichtungswechsel
hinaus zu speichern, so dass beispielsweise bei mehrfachem Ansetzen
beim Einparken die zuvor aufgenommenen Daten über das Hindernis
weiter zur Verfügung stehen. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung hat den besonderen Vorteil, dass mit den in Parkassistenzsystemen üblicherweise
vorhandenen Abstandssensoren die Höhe eines Hindernisses
ermittelt und ein Einparkvorgang einfach, sicher und genau unterstützt
werden kann.
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In
vorteilhafter Weise sind an einem Fahrzeug sowohl im Front- wie
im Heckbereich jeweils mehrere Abstandssensoren angeordnet. Bevorzugt befinden
sich Sensoren jeweils nahe den Ecken der Karosserie, deren Blickrichtungen
zur Fahrtrichtung etwas schräg stehen, sowie weitere Sensoren
im mittleren Bereich der Front- bzw. Heckseite. Die Detektionsbereiche
der Sensoren können sich dabei teilweise überlappen
und ermöglichen eine weitgehende Abdeckung der möglichen
Kollisionsbereiche bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt.
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In
vorteilhafter Weise ist der mindestens eine an dem Fahrzeug angeordnete
abstandsempfindliche Sensor ein Ultraschall-Abstandssensor. Dieser sendet
eine gepulste Ultraschall-Strahlung aus, deren von einem im Detektionsbereich
befindlichen Hindernis reflektiertes Echo vom Sensor detektiert wird.
Die gemessene Laufzeit eines Pulses entspricht dem doppelten Abstand
zum detektierten Objekt. Die Stärke des empfangenen Signals,
die detektierte Pulslänge, die Stärke weiterer
Signale mit anderen Laufzeiten usw. können als Maß für
die Qualität der Abstandsmessung verwendet werden.
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Ultraschall-Abstandssensoren
sind einfach aufgebaut, kostengünstig und robust. Es können
jedoch auch andere Sensoren, wie beispielsweise Radar- oder Infrarot-Sensoren,
verwendet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 zwei
Situationen bei der Detektion eines Bordsteins durch einen Abstandssensor
an einem Fahrzeug;
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2 eine
schematische Darstellung des von einem Abstandssensor bei der Szene
von 1 gelieferten Abstandssignals;
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3 drei
Situationen zur erfindungsgemäßen Ermittlung der
Höhe eines Hindernisses bei drei unterschiedlich hohen
Hindernissen;
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4 ein
Flussdiagramm für den Ablauf eines erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
beispielhaft einen Einparkvorgang in eine Querparklücke,
die durch einen Bordstein 1 begrenzt ist. Ein Fahrzeug 10 nähert
sich beim Einparkvorgang dem Bordstein auf die Entfernung d1, während ein an dem Fahrzeug angeordneter Abstandssensor 11 den
Bordstein erfasst, wenn sich dieser innerhalb des Detektionsbereichs 20 des
Abstandssensors befindet (1a). Eine
dem Sensor 11 zugeordnete Quelle emittiert eine Messstrahlung, beispielsweise
Ultraschallwellen, die symbolisch durch einige Strahlen 22, 23, 24 dargestellt
ist. Aufgrund der Reflektion an der senkrechten Frontseite des Bordsteins
und an der Fahrbahnoberfläche 2 werden die Strahlen 22 und 23 nahezu
parallel zu sich selbst zurückgeworfen. Da der Bordstein
und die Fahrbahnoberfläche stets gewisse Unebenheiten aufweisen
sowie durch wellenlängenabhängige Beugungseffekte
gelangt ein messbarer Anteil der Energie der ausgesandten Strahlen 22 und 23 zurück
zum Sensor und wird dort detektiert. Wenn die Quelle bzw. der Abstrahlpunkt
der Messstrahlung gegenüber dem Sensor 11 geringfügig
versetzt ist (in 1a nicht dargestellt),
kann dieser Anteil noch vergrößert werden. Auch
von dem Messstrahl 24, der an bzw. nahe der Kante 3 auf
den Bordstein trifft, gelangt noch ein messbarer Anteil zurück
in den Sensor 11.
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Die
Messstrahlung wird insbesondere als gepulste Strahlung ausgesandt.
Nach dem Puls-Echo-Verfahren kann aus der Zeitdifferenz zwischen
Aussendung des Messstrahls und Empfang der zurückreflektierten
Strahlung die zurückgelegte Strecke, die bei einfacher
Reflexion dem doppelten Abstand des Sensors vom Hindernis entspricht,
ermittelt werden. Bei Ultraschallwellen wird mit der Schallgeschwindigkeit
in Luft gerechnet. Je größer das Objekt und je
unterschiedlicher die Wege der einzelnen Strahlen sind, umso mehr
wird der vom Sensor empfangene rückgestrahlte Impuls gegenüber dem
ausgesandten verlängert sein. Für die Stärke des
empfangenen Impulses spielen u. a. der Abstand zum Hindernis und
die Oberflächenform des Hindernisses eine Rolle. Wie in 1a zu erkennen ist, ist insbesondere dann
mit einer stärkeren Rückreflexion zu rechnen,
wenn die Kehle 4 des Bordsteins noch im Detektionsbereich 20 des
Sensors liegt. Wenn der Bordstein 2 schräg oder
unterbrochen ist, ist das Signal entsprechend schwächer.
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Wenn
sich das Fahrzeug 10, wie in 1b gezeigt,
bis auf die Entfernung d2 dem Bordstein 1 genähert
hat, kann der Bordstein aus dem Detektionsbereich 21 des
abstandsempfindlichen Sensors 11 heraus wandern, sobald
auch der unterste Messstrahl 22 über den Bordstein
hinweggeht. Der Sensor wird dann kein Abstandssignal mehr liefern,
da die ausgesandten Messstrahlen nicht in den Sensor zurückreflektiert
werden (in 1b symbolisch für
den Messstrahl 22 dargestellt). Wenn sich hinter dem Bordstein 2 ein
weiteres Objekt, beispielsweise eine Wand 5 befindet, könnte
diese, sofern sie sich im Detektionsbereich des Sensors befindet,
statt dessen detektiert werden, so dass das Abstandssignal dann einen
anderen, nicht dem Bordstein entsprechenden Wert annimmt.
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2 zeigt
schematisch den Verlauf des in der Situation gemäß 1 aus
dem Abstandssignal des Sensors ermittelten Abstands in Abhängigkeit von
der realen Entfernung des Fahrzeugs 10 zum Hindernis 2.
Im Bereich I, beispielsweise bei dem Entfernungswert d1,
kann aus dem Sensorsignal ein Abstand L (in 2 nach oben
aufgetragen) und nach Projektion auf die Fahrbahnebene bzw. die Fahrtrichtung
ein Entfernungswert D (nach rechts aufgetragen) ermittelt werden.
Ist die Entfernung des Fahr zeugs vom Hindernis kleiner als d2, so liefert der Sensor kein Abstandssignal
mehr. Der Grenzabstand zwischen Sensor und Hindernis entspricht
der Entfernung d2 und kann als Maß für
die Höhe des Hindernisses verwendet werden.
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In 3 sind
drei Szenen zur erfindungsgemäßen Ermittlung der
Höhe unterschiedlich hoher Hindernisse 6, 6', 6'' dargestellt.
An einem Fahrzeug 10 ist ein abstandsempfindlicher Sensor 11 montiert, der
mit Auswerte- und Speichermitteln 12 kommuniziert. Das
Fahrzeug 10 ist jeweils in einer Ausgangsposition gezeigt
und der Detektionsbereich 20 des abstandsempfindlichen
Sensors 11 in dieser Ausgangsposition, sowie der jeweilige
Detektionsbereich 21, 21', 21'', wenn
sich das Fahrzeug um eine Strecke Δs, Δs' bzw. Δs''
auf das Hindernis zu bewegt hat.
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In
dem in 3a gezeigten Fall streift nach der
Fahrstrecke Δs der untere Rand des Detektionsbereichs 21 nur
noch den oberen Rand des Hindernisses 6. Der Abstandssensor
wird bei weiterer Annäherung an das Hindernis keine Abstandswerte mehr
liefern, so dass nach der Fahrstrecke Δs ein Grenz-Abstandswert
ermittelt wird, aus dem die Höhe des Hindernisses 6 berechnet
wird. Diese Höhe ist im Beispiel der 3a deutlich
niedriger als die Bodenfreiheit der Frontschürze des Fahrzeugs 10,
so dass dieses dicht an das Hindernis 6, bis zu einer Berührung
mit den Rädern, heranfahren kann. Eine entsprechende Information
kann an ein Einparkassistenzsystem ausgegeben werden.
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In
dem in 3b dargestellten Fall wird
nach einer Fahrstrecke Δs' das Hindernis 6' den
Detektionsbereich 21' des Sensors 11 verlassen,
so dass ein Grenz-Abstandswert und damit eine Höhe des Hindernisses
ermittelt werden kann. Die Höhe des Hindernisses 6' liegt
höher als die Bodenfreiheit im Bereich der Frontschürze
des Fahrzeugs 10, so dass der noch kollisionsfrei mögliche
Fahrweg entsprechend kürzer ist als in 3a.
Ein Einparkassistenzsystem kann aufgrund dieser Information eine
entsprechende Warnung bzw. Aktion veranlassen.
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In 3c ist das Hindernis 6'' so hoch,
dass der Detektionsbereich 20'' des Sensors 11 auch
bei sehr naher Annäherung nicht verlassen wird. In diesem
Fall wird der Sensor weiterhin Abstandswerte liefern. Nach einer
Fahrstrecke Δs'', bei Erreichen eines Mindestabstands,
kann ein Warnsignal ausgegeben bzw. ein Bremsvorgang und ggf. ein Abbruch
des Einparkvorgangs eingeleitet werden. Der Mindestabstand muss
ausreichend sein, dass der Sensor Objekte überhaupt noch
detektiert, und auch ausreichend, um, beispielsweise abhängig
von der Geschwindigkeit, geeignete Aktionen einzuleiten.
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In
entsprechender Weise wie in 3 dargestellt
kann auch beim Einparken in Rückwärtsrichtung
mit mindestens einem im Heckbereich des Fahrzeugs angebrachten abstandsempfindlichen
Sensor die Höhe eines Hindernisses ermittelt werden.
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Der
Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Vermessung eines Hindernisses ist in 4 schematisch
dargestellt. Ausgehend von der Anfahrt des Fahrzeugs auf das Hindernis
wird, sobald das Hindernis in den Detektionsbereich eines abstandsempfindlichen
Sensors gerät, von diesem ein mit dem Abstand zum Hindernis
korreliertes Signal abgegeben, das direkt den Abstand darstellt
oder aus dem der Abstand ermittelt wird. Wenn sich das Fahrzeug
dem Hindernis um ein Weginkrement ΔD weiter angenähert
hat, liefert der Sensor ein weiteres Abstandssignal, dem in diesem
Ausführungsbeispiel eine Detektierbarkeit 1 zugeordnet
wird, oder, falls das Hindernis sich nun außerhalb des
Detektionsbereichs des Sensors befindet, kein Abstandssignal, so dass
die Detektierbarkeit den Wert 0 erhält. Die Detektierbarkeit
wird mit einem Schwellwert verglichen, der hier einen Wert zwischen
0 und 1 hat. Ist die Detektierbarkeit 1, so wird aus dem weiteren
Abstandssignal ein weiterer Abstandswert ermittelt, und bei einer
weiteren Annäherung an das Hindernis ein weiteres Abstandssignal
aufgenommen. Ist die Detektierbarkeit 0, so wird ein Grenz-Abstandswert
ermittelt; dies kann beispielsweise der letzte ermittelte Abstandswert
sein. Aus den bekannten geometrischen Daten des Detektionsbereichs
des Sensors wird hieraus schließlich eine Höheninformation über
das Hindernis ermittelt. Die Bestimmung der Detektierbarkeit muss
nicht in zeitlichem Zusammenhang mit jeder Aufnahme eines Abstandssignals
erfolgen, sondern kann auch jeweils nach einer Mehrzahl von Messungen
erfolgen, ggf. nach einer Filterung oder Mittelung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005059902
A1 [0002]