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Die
Erfindung betrifft Verfahren zur automatischen Vermessung von Parklücken
aus einem fahrenden Fahrzeug und eine dazu korrespondierende Vorrichtung
zur Vermessung von Parklücken aus einem fahrenden Fahrzeug.
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TECHNISCHES GEBIET
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Parklückenvermessungsysteme
messen mittels seitlich an einem Fahrzeug angeordneten Abstandssensoren,
in der Regel Ultraschallsensoren, die nach dem Echolotprinzip arbeiten,
während der Fahrt ständig die Distanz zu etwa
seitlich vom Fahrzeug befindlichen Objekten. Dabei misst der Abstandssensor
nicht zur exakt seitlich, sondern auch in die bug- und heckseitige
Richtung des Fahrzeuges. Mit Hilfe von bekannten Algorithmen zur
Detektion von Ecken ermittelt das Parklückenvermessungssystem
den Platz zwischen zwei so ermittelten Ecken und ermöglicht
so die Detektion von Parklücken, die im Detektionsfall
durch optische oder akustische Signale dem Fahrer kenntlich gemacht
werden. Weitere Parklückenvermessungssysteme ermöglichen
auch das halbautomatische Einparken, bei welchem der Fahrer das
Fahrzeug durch Bremsen, Gasgeben und Kuppeln bewegt, das halbautomatische
Einparksystem jedoch die notwendigen Lenkbewegungen zum Rangieren
durchführt. Hierzu ist eine sehr präzise Bestimmung
des Raums in der Parklücke notwendig, damit es während
des halbautomatischen Einparkens nicht zu Unfällen kommt,
beispielsweise, weil die Ecken zu ungenau bestimmt und somit der
zur Verfügung stehende Parkraum vom Parklückenvermessungssystem
falsch berechnet wurde. Um die Verlässlichkeit der Parklückenvermessung
zu erhöhen, sind Einparksysteme bekannt, in welchen der Fahrer
mit Hilfe einer Peilmarkierung auf der seitlichen Windschutzscheibe
das Fahrzeug in einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Parklücke
abstellt. Eine derartige Inanspruchnahme des Fahrers ist jedoch
unerwünscht, weil es dem Zweck des automatischen Einparkens
zu wider läuft, wenn der Fahrer mehr einbezogen statt entlastet
wird.
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In
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 04 461 A1 wird ein Parklückenvermessungssystem offenbart,
welches durch ultraschallbasiertes Echoloten durch zwei Sensoren
mit einander überlappendem Detektionsbereich die Entfernung
zu Objekten ermittelt. Die Überlappung der Detektionsbereiche ermöglicht
ein hohes Maß an Genauigkeit bei der Entfernungsbestimmung.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren zur automatischen Vermessung von
Parklücken aus einem fahrenden Fahrzeug gemäß Anspruch
1 und eine korrespondierende Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens gemäß Anspruch 7 zur Verfügung. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben.
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Um
die Präzision bei der Bestimmung der Parklückenmitte
zu erhöhen, wird vorgeschlagen, mit Hilfe von gemessenen
Abständen vom Fahrzeug zu Objekten in der seitlichen Umgebung
des Fahrzeuges und mit gemessenen zurückgelegten Wegstrecken
zwischen zwei Messungen, Parameter einer geschlossenen Funktion,
allgemeiner eines Modells, zu ermitteln, die den Abstand vom Objekt
zum zurückgelegten Weg des Fahrzeuges in Beziehung setzt.
Durch Kenntnis des Abstandmodells ist so die tatsächliche
Parklückenmitte mit einer höheren Präzision
ermittelbar als es ohne das Modell der Fall ist. Das erfindungsgemäße
Verfahren umfasst die Schritte: Messen des Abstandes zu einem ersten
Objekt seitlich des Fahrzeuges und zurückgelegter Strecke und
Anpassen einer ersten Funktion, welche die gemessene Distanz zur
zurückgelegten Strecke in Beziehung setzt, an die gemessenen
Abstände und Strecken, wobei so viele Messdaten zur Anpassung erhoben
werden, wie gemäss einem vorbestimmten Kriterium, z. B.
Messfehlertoleranz, zur Anpassung notwendig sind, Messen des Abstandes
zu einem zweiten Objekt seitlich des Fahrzeuges und zurückgelegter
Strecke und Anpassen einer zweiten Funktion, welche die gemessene
Distanz zur zurückgelegten Strecke in Beziehung setzt,
an die gemessenen Abstände und Strecken, wobei so viele
Messdaten zur Anpassung erhoben werden, wie gemäss dem oder
einem weiteren vorbestimmten Kriterium, zur Anpassung notwendig
sind, Ermitteln des Schnittpunktes der ersten und zweiten Funktionen
zur Bestimmung der Parklückenmitte. Das exakte Modell, die
Funktion zur Berechnung der Parklückenmitte aus wenigen
Abstands/Weg-Daten hängt vom angenommenen Weg des Fahrzeuges
ab.
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In
einfacher Beschreibung des Abstand-Wegstrecken-Modells ist die Funktion,
die den Abstand vom zurückgelegten Modell beschreibt, eine Hyperbelfuktion,
beispielsweise Abstand = SQRT (Minimalabstand2 +
Parklückenmittenabstand2), wobei
mit SQRT die mathematische Wurzelfunktion gemeint ist. Diese Funktion
nähert sich Abstand = Parklückenmittenabstand
für einen wesentlich kleineren Minimalabstand als Parklückenmittenabstand
und Abstand = Minimalabstand für Parklückenmittenabstand
gleich null. Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Abstandssensor
verwendet, der einen so großen Öffnungswinkel
aufweist, dass zwei eine Parklücke begrenzende Fahrzeug-,
Wand- oder ande re Ecken gleichzeitig erfasst werden. Mit Hilfe von bekannten
Algorithmen zur Eckendetektion wird der Abstand zu beiden Ecken
gemessen und unter Annahme einer gerade Trajektorie, das bedeutet,
dass das Fahrzeug eine gerade Strecke ohne Kurven zurücklegt,
werden zwei Hyperbelfunktionen an die gemessenen Abstände
und zurückgelegter Fahrzeugwegstrecke angepasst. Im Ergebnis
erhält man zwei Hyperbelfunktionen, deren Schnittpunkt
mit dem Parklückenmittenabstand zusammenfällt.
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Ein
Problem bei bekannten Systemen zur automatischen Erfassung und Vermessung
von Parklücken besteht dann, wenn die Verbindung zweier
die Parklücke begrenzenden Ecken nicht parallel zur Linie
des vorbeifahrenden Fahrzeuges verläuft. In diesem Fall
wird durch die parallaktische Verschiebung ein Fehler bei der Bestimmung
der Parklückenmitte eingebracht, der beim Einparken zu
einem Unfall führen kann. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist hier in der Lage, den Parallaxenfehler auszugleichen,
da selbst die einfachste Funktion, die Hyperbel, diese Parallaxe
mit berücksichtigt.
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Alternativ
zur Hyperbel als Modell für die mathematische Beziehung
zwischen Objektabstand und zurückgelegter Wegstrecke des
Fahrzeuges kann auch eine Parabel oder eine Polynomialfunktion gewählt
werden, um die Ermittlung der Funktionsparameter zu vereinfachen
oder um eine angenommene Lenkbewegung des Fahrzeuges während
der Annäherung an die Parklücke einzubeziehen.
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Die
Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert:
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Es
zeigen:
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1 eine
Skizze einer typischen Parklückenvermessungssituation mit
einfachem Abstands-Wegstrecken-Diagramm,
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2 eine
Skizze einer Parklücke mit seitlich versetzen Fahrzeugen
nebst Abstands-Wegstrecken-Diagramm
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3 eine
Skizze einer langen Parklücke nebst Abstands-Wegstrecken-Diagramm,
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4 ein
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
und
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5 ein
Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist
die Situation eines eine Parklücke 10 suchenden
Fahrzeuges 11 dargestellt, wobei die Parklücke 10 durch
die Ausmaße zweier benachbarter Fahrzeuge 12 und 13 begrenzt
ist. In der in 1 augenblicklich dargestellten
Situation fährt das Fahrzeug 11 von rechts nach
links an den Hecks der die Parklücke 10 bildenden
Fahrzeuge 12 und 13 vorbei und detektiert den
Abstand zur Ecke 14 des Fahrzeughecks von Fahrzeug 12.
Durch einen bekannten Algorithmus stellt das Parklückenvermessungssystem
in Fahrzeug 11 fest, ob es sich beim angepeilten Objekt
um eine durchgehende Begrenzung, beispielsweise eine Wand oder eine
Leitplanke handelt, oder ob es sich um eine Ecke handelt, die eine
Parklücke 10 begrenzen könnte. Erfindungsgemäß misst Fahrzeug 11 den
Abstand zu Ecke 14 von mindestens drei Positionen aus und
benutzt diese Daten aus dem Abstands-Wegstrecken- Diagramm zur Anpassung
einer Hyperbelfunktion 20, die unter Fahrzeug 12 abgebildet
ist. Im Abstands-Wegstrecken-Diagramm ist auf der Ordinate die zurückgelegte
Wegstrecke eines fahrenden Fahrzeugs dargestellt und auf der Abszisse
der Abstand zu einem ruhenden Objekt. Diese Hyperbelfunktion 20 weist
ein Minimum 21 an der horizontalen Position der Ecke 14 am Heck
des Fahrzeuges 12 auf und verläuft zu beiden Seiten
in zwei zu einer Geraden asymptotischen Zweigen. Unabhängig
davon, ob die Entfernung zu zwei eine Parklücke 10 begrenzenden
Ecken gleichzeitig oder hintereinander gemessen wird, werden die
Daten aus den Abstands-Wegstrecken-Diagrammen dazu verwendet, insgesamt
die Parameter mindestens zweier Hyperbelfunktionen 20 und 22 zu
bestimmen. Aus dem Schnittpunkt 23 beider parametrisch
bestimmter Hyperbelfunktionen 20 und 22 wird sodann
die Parklückenmitte ermittelt. Dieses Verfahren hat den
Vorteil, dass aus bekannten Algorithmen zur Detektion einer Ecke
die Parklückenmitte, die selber kein Echo für
einen Abstandssensor bietet, mit angemessen hoher Präzision
bestimmt werden kann. Dieses Verfahren wird in Ausgestaltung der
Erfindung noch um eine Korrektur der Parklückenmitte erweitert,
die dann notwendig ist, wenn zwei parkende, eine Parklücke
bildende Fahrzeuge nicht fluchten. Dies bedeutet, dass die Verbindungslinie
der Ecken der Fahrzeuge nicht parallel zur Fahrtrichtung des die Parklücke 10 suchenden
Fahrzeuges ausgerichtet sind, wie es in 2 dargestellt
ist.
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2 zeigt
eine Parklückensituation, in welcher zwei eine Parklücke 30 begrenzende
Fahrzeuge 31 und 32 so abgestellt sind, dass die
Verbindungslinie der Ecke 33 am Fahrzeugheck des in Bezug
auf die Fahrtrichtung des die Parklücke 30 suchenden Fahrzeuges 40 vorderen
Fahrzeuges 31 und der Ecke 34 der Fahrzeugfront
des in der dargestellten Situation Fahrzeug 30 benachbarten
Fahrzeuges 32 nicht parallel zur eingezeichneten Fahrtrichtung
ausgerichtet ist. In einer solchen Situation wird von bekannten
Parklückenvermessungsystemen die Parklückenmitte 60 nicht
korrekt ermittelt. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren, in welcher Abstands-Wegstrecken-Diagramme 50 und 51 durch
mehrfache Messung des Abstands zu zwei einmal detektierten, eine
Parklücke begrenzenden Ecken 33 und 34 ermittelt
werden, wird die Parklückenmitte 60 korrekt bestimmt.
Wie an den Abstands-Wegstrecken-Diagrammen 50 und 51 ersichtlich
ist, verschiebt sich der Schnittpunkt 52 um einen Betrag Δx
nach links und um einen Betrag Δy nach oben, wenn das Minimum 53 des
Abstands-Wegstrecken-Diagramms 51 um den Betrag Δf
verschoben wird, der identisch mit dem seitlichen Versatz 54 der
beiden Fahrzeuge 31 und 32 ist. Um die Parklückenmitte 60 aus
dem Schnittpunkt 52 der beiden Abstands-Wegstrecken-Diagramme 50 und 51 korrekt
zu ermitteln, ist es zielführend, wenn das Minimum 53 des
Abstands-Weg-Diagramms 51 durch Addition oder Subtraktion
eines Betrages auf die gleiche Höhe gebracht wird, wie
das Abstands-Weg-Diagramm 50. Dann ist aus dem neuen Schnittpunkt 52 der
beiden Abstands-Wegstrecken-Diagramme direkt die Parklückenmitte 60 ableitbar,
weil Δy und Δx in diesem Fall null sind Alternativ
zur numerischen Suche nach dem Schnittpunkt 52 ist es auch
möglich, den Schnittpunkt 52 algebraisch zu ermitteln,
da die Abstands-Wegstrecken- Diagramme 50 und 51 durch
ermitteln von Parameter einer Funktion, in diesem Beispiel eine
Hyperbelfunktion, gebildet wurden.
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3 zeigt
schließlich die Situation einer breiten Parklücke,
deren begrenzende Fahrzeuge 70 und 71 so weit
auseinander stehen, dass das die Parklücke 75 suchende
Fahrzeug 80 nicht gleichzeitig beide Ecken 72 und 73 erfassen
kann. In diesem Fall werden durch das erfindungsgemäße
Verfahren nacheinander während der Vorbeifahrt zwei Abstands-Wegstrecken-Diagramme 90 und 91 gebildet. Durch
Extrapolation der jeweils gebildeten Funktion wird der Schnittpunkt 92 beider
Abstands-Wegstrecken-Diagramme 90 und 91 ermittelt,
der mit der Parklückenmitte 75 zusammenfällt.
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4 zeigt
ein Ablaufdiagramm 100 des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur automatischen Parklückenvermessung aus einem
fahrenden Fahrzeug. Gemäß der Erfindung durchläuft
das Verfahren in Schritt 102 so viele Messzyklen, dass
genügen Wertepaare aus gemessenem Abstand zu einem ersten
Objekt und seit der ersten Messung zurückgelegten Wegstrecke
vorliegen, um die Parameter einer mathematische Funktion eindeutig
zu bestimmen, welche das Abstands-Wegstrecken-Diagramm in Bezug
auf den Anstand zu dem ersten Objekt am besten beschreibt. Typische
Frequenzen für die Messung des Abstandes betragen 10 Hz
bis 30 Hz, so dass eine vergleichsweise kurze, zurückgelegte Wegstrecke
in dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessen und
gespeichert wird. Je nach Ausgestaltung der Messtechnologie durchläuft
parallel dazu oder nacheinander in Schritt 103 das Verfahren
in Schritt 103 so viele Messzyklen, dass genügen
Wertepaare aus gemessenem Abstand zu einem zweiten Objekt und seit
der ersten Messung in Bezug auf das zweite Objekt zurückgelegten
Wegstrecke vorliegen, um die Parameter einer mathematische Funktion
eindeutig zu bestimmen, welche das Abstands-Wegstrecken-Diagramm
in Bezug auf den Anstand zu dem zweiten Objekt am besten beschreibt.
Aus den so ermittelten Funktionen wird in Schritt 104 numerisch oder
analytisch in geschlossener Form der Schnittpunkt der ersten und
zweiten Funktion ermittelt, um die Parklückenmitte präzise
zu bestimmen. Um eine Korrektur bei der Bestimmung der Parklückenmitte vorzunehmen,
wird in Schritt 104 der Schnittpunkt beider Funktionen
so verschoben, dass der seitliche Versatz ausgeglichen wird.
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In 5 wird
schließlich ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens
dargestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Anordnung 201 zur Messung
des Abstandes zu einem seitlichen Objekt, z. B. einen Ultraschallsensor,
eine Anordnung 202 zur Messung des zurückgelegten
Weges des Fahrzeuges zwischen zwei Messungen, eine Steuerungseinrichtung
in Form eines Mikrocontrollers 203, z. B. einen Wegstreckensensor,
und eine Speichervorrichtung 204, die auch im Mikrocontroller 203 integriert sein
kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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