DE102008061060A1 - Verfahren zur Ermittlung mindestens einer Rotationsachse eines Fahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung mindestens einer Rotationsachse eines Fahrzeugs (3) und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß werden mittels zumindest zweier in den Außenspiegeln (1) des Fahrzeugs (3) angeordneten und nach unten gerichteten Kameras (2) Bilder erfasst und durch Auswertung dieser Bilder wird mindestens eine Rotationsachse des Fahrzeugs (3) bestimmt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung mindestens einer Rotationsachse eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
- Aus dem Stand der Technik ist, wie in
DE 603 16 247 T2 beschrieben, eine Vorrichtung zur Überwachung der Umgebung mit einem Außenspiegel bekannt, umfassend eine Spiegelbasis, die nicht verdrehbar an einer Seite eines Kraftfahrzeugs angebracht ist und sich von der Seite des Kraftfahrzeugs nach außen erstreckt, sowie ein Spiegelgehäuse, welches relativ zur Spiegelbasis verdrehbar ist, und eine Beobachtungskamera. Das Spiegelgehäuse ist unterhalb der Spiegelbasis aufgehängt und die Beobachtungskamera ist in der Spiegelbasis angebracht. - In der
US 2006/0055776 A1 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung mindestens einer Rotationsachse eines Fahrzeugs sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
- Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung mindestens einer Rotationsachse eines Fahrzeugs werden mittels zumindest einer in einem Außenspiegel des Fahrzeugs angeordneten und nach unten gerichtete Kamera Bilder erfasst und durch Auswertung dieser Bilder wird mindestens eine Rotationsachse des Fahrzeugs bestimmt.
- Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst zumindest eine im Außenspiegel des Fahrzeugs angeordnete und nach unten gerichtete Kamera und eine Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit.
- Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine zuverlässige und exakte Bestimmung einer Geschwindigkeit und/oder einer Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs auch in sehr geringen Geschwindigkeitsbereichen, wie beispielsweise zwischen 0 km/h und 3 km/h. Vorteilhafterweise ist eine aus dieser Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ermittelte Rotationsachse des Fahrzeuges ebenfalls sehr zuverlässig und exakt bestimmt.
- Damit wird das Fahrverhalten des mit der erfindungsgemäßen Lösung ausgerüsteten Fahrzeugs verbessert, da im Fahrzeug integrierte Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise ein elektronisches Stabilitätsprogramm und/oder eine Antriebsschlupfregelung, zuverlässige Informationen über einen tatsächlichen Fahrzeugzustand erhalten, wodurch eine Kraftverteilung auf Antriebsräder des Fahrzeugs optimiert werden kann.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
- Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer in einem Außenspiegel integrierten Kamera, -
2 eine schematische Darstellung eines zu einem ersten Zeitpunkt aufgenommenen Bildes, -
3 eine schematische Darstellung eines zu einem zweiten Zeitpunkt aufgenommenen Bildes, -
4 eine schematische Darstellung eines Bewegungsvektors, -
5 eine schematische Darstellung einer Wankwinkelmessung durch eine Längenveränderung des optischen Flusses parallel zur Fahrtrichtung, -
6 eine schematische Darstellung einer Nickwinkelmessung durch Längenveränderung des optischen Flusses entlang der Fahrtrichtung, -
7 eine schematische Darstellung einer Gierwinkelmessung durch Richtungsveränderung des optischen Flusses, und -
8 eine schematische Darstellung einer Schwimmwinkelmessung durch beidseitige Richtungsveränderung des optischen Flusses. - Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer in einem Außenspiegel1 integrierten Kamera2 . Der Außenspiegel1 ist an der Fahrzeuglängsseite angeordnet. Ein Blickwinkel7 der Kamera2 ist auf den Boden gerichtet und bildet einen Bereich6 neben dem Fahrzeug3 ab. In der Abbildung nicht dargestellt sind erfindungsgemäß auf beiden Fahrzeuglängsseiten Kameras2 im Außenspiegel1 angeordnet. - Derartige Kameras
2 sind bereits in Fahrzeugen nach dem Stand der Technik installiert. Mittels dieser Kameras2 ist eine Umgebung des Fahrzeugs beispielsweise während eines Einparkvorganges auf einem im Fahrzeug installierten Monitor darstellbar. Durch Übermittlung mittels dieser Kameras2 aufgenommener Bilder an eine Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit4 und Verarbeitung dieser Bilder mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Fahrzeugs3 wie nachfolgend beschrieben ermittelbar. -
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zu einem ersten Zeitpunkt aufgenommenen Bildes der im Außenspiegel1 installierten Kamera2 und3 eine schematische Darstellung eines zu einem zweiten Zeitpunkt aufgenommenen Bildes dieser Kamera2 . Da die Kamera2 im Außenspiegel1 installiert und nach unten gerichtet ist, nimmt sie beispielsweise eine Fahrbahnoberfläche5 auf. Mittels einer Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit4 kann ein so genannter optischer Fluss auf der Straßenoberfläche bestimmt werden. Dazu werden in den Bildern korrespondierende Punkte P, P' ermittelt, d. h. jeweils der gleiche markante Punkt P wird aufgrund der Bewegung des Fahrzeugs3 zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt an unterschiedlichen Stellen von der Kamera2 abgebildet. Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung ist in den Zeichnungen nur ein markanter Punkt P, P' dargestellt, in der Realität werden beim erfindungsgemäßen Verfahren mehrere korrespondierende Punkte ermittelt, um eine ausreichende Genauigkeit und eine ununterbrochene Geschwindigkeitsermittlung sicherzustellen. - In
4 ist ein Bewegungsvektor BV zwischen den korrespondierenden Punkten P, P' dargestellt. Eine Verschiebung des Punktes P auf der Abbildung wird durch die Verschiebung eines Abbildungsbereiches der Kamera2 hervorgerufen, welche fest am Fahrzeug3 angeordnet ist. Das heißt die Verschiebung, welche durch den Bewegungsvektor BV zwischen den korrespondierenden Punkten P, P' dargestellt ist, korrespondiert mit einer Bewegung des Fahrzeugs3 . Eine Richtung dieses Bewegungsvektors BV stellt eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs3 dar. Durch Ermittlung einer Zeitdauer zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt und Ermittlung der Länge des Bewegungsvektors BV, welche mit einer Entfernung korrespondiert, welche das Fahrzeug in dieser Zeitdauer zurückgelegt hat, ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs3 ermittelbar. - Die Rotationsachsen eines Fahrzeugs
3 werden insbesondere durch eine so genannte Wankachse, eine Nickachse und eine Gierachse gebildet. - Als Wanken bezeichnet man die Drehbewegung eines Fahrzeugs
3 um seine Längsachse, d. h. die Richtung seiner größten Ausdehnung. Diese Längsachse wird auch als Wankachse bezeichnet. Bei einer Drehbewegung eines Fahrzeugs3 um die Wankachse, hervorgerufen beispielsweise durch die Fliehkraft während einer Kurvenfahrt, stellt sich am Fahrzeugaufbau ein Neigungswinkel ein, auch als Wankwinkel α bezeichnet. - Als Nicken bezeichnet man die Drehbewegung eines Fahrzeugs
3 um seine Querachse. Die Querachse ist rechtwinklig zur Längsachse angeordnet. Diese Querachse wird auch als Nickachse bezeichnet. Bei einer Drehbewegung eines Fahrzeugs3 um die Nickachse, hervorgerufen beispielsweise durch Abbremsen oder Beschleunigen, stellt sich am Fahrzeugaufbau ein Neigungswinkel ein, auch als Nickwinkel β bezeichnet. - Als Gieren bezeichnet man die Drehbewegung eines Fahrzeugs um seine vertikale Achse. Diese Achse wird auch als Gierachse bezeichnet. Eine Drehbewegung eines Fahrzeugs
3 um die Gierachse, hervorgerufen beispielsweise durch eine Kurvenfahrt oder Über- oder Untersteuern, führt zu einem Winkel, auch als Gierwinkel δ bezeichnet. - Damit ein Reifen Seitenführungskräfte aufbauen kann, muss er seitlich rutschen, auch als driften bezeichnet. Driften sowohl Vorder- als auch Hinterräder, nennt man den Drehwinkel gegen die Bewegungsrichtung, den das gesamte Fahrzeug
3 dadurch einnimmt, Schwimmwinkel ε. - Diese fahrdynamischen Größen, insbesondere der Wankwinkel, der Nickwinkel, der Gierwinkel und der Schwimmwinkel, werden im beschriebenen Verfahren durch die Auswertung des optischen Flusses der zeitgleich aufgenommenen Bilder von zwei Kameras
2 in der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit4 ermittelt. -
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Wankwinkelmessung durch eine Ermittlung einer Längenänderung des optischen Flusses parallel zur Fahrtrichtung. Durch eine seitliche Neigung des Fahrzeugs3 verändert sich der Abstand A der Kameras2 zur Fahrbahnoberfläche5 . Dadurch ändert sich die Länge der Bewegungsvektoren BV. Mittels der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit4 können ein Wankwinkel α und eine zugehörige Wankachse bestimmt werden. Nicht näher dargestellt ist, dass eine Wankwinkelmessung auch mit nur einer Kamera2 möglich ist. -
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Nickwinkelmessung durch die Ermittlung der Längenänderung des optischen Flusses entlang der Fahrtrichtung. Durch eine Neigung des Fahrzeugs3 um die Querachse verändert sich der Abstand A der Kameras2 zur Fahrbahnoberfläche5 . Dadurch ändert sich die Länge Bewegungsvektoren BV. Mittels der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit4 können ein Nickwinkel β und eine zugehörige Nickachse bestimmt werden. Eine Nickwinkelmessung ist ebenfalls mit nur einer Kamera2 möglich, diese Ausführungsform ist nicht näher dargestellt. -
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Gierwinkelmessung durch die Ermittlung einer Richtungsänderung des optischen Flusses. Durch eine Drehbewegung des Fahrzeugs3 verändert sich die Richtung der Bewegungsvektoren BV an den beiden Längsseiten des Fahrzeugs3 unterschiedlich. Mittels der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit4 können ein Gierwinkel δ und eine zugehörige Gierachse bestimmt werden. -
8 zeigt eine schematische Darstellung einer Schwimmwinkelmessung durch die Ermittlung einer beidseitigen Richtungsänderung des optischen Flusses. Durch eine Schwimmbewegung des Fahrzeugs3 verändert sich die Richtung der Bewegungsvektoren BV an den beiden Längsseiten des Fahrzeugs3 gleich. Mittels der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit4 kann ein Schwimmwinkel ε bestimmt werden. - Eine Gierwinkelmessung auch mit nur einer Kamera
2 ist möglich, aber nicht näher dargestellt und mit nachfolgend beschriebenen Nachteilen behaftet. Es ist mit nur einer Kamera2 nicht feststellbar, wodurch der Gierwinkel δ hervorgerufen wird, da sich ein Gierwinkel δ sowohl bei normaler Kurvenfahrt, als auch beim Driften des Fahrzeugs3 unter Entstehung eines Schwimmwinkels ε einstellt. Deshalb ist eine Ausführung mit zwei Kameras2 bevorzugt. - In
9 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt. Die beiden in den Außenspiegeln1 angeordneten Kameras2 sind mit der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit4 verbunden und übermitteln die aufgenommenen Bilder an die Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit4 . In der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit4 werden mindestens eine Rotationsachse und/oder ein zugehöriger Winkel, beispielsweise der Wankwinkel α, der Nickwinkel β, der Gierwinkel δ und/oder der Schwimmwinkel ε, ermittelt. - Die Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit
4 ist mit einem Fahrerassistenzsystem8 , beispielsweise eine Antriebsschlupfregelung, ein ESP, ein Parkassistent, verbunden und übermittelt die mittels der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit4 bestimmten Rotationsachsen, wie die Wankachse, die Nickachse und die Gierachse, und/oder die zugehörigen Winkel an das Fahrerassistenzsystem8 . -
- 1
- Außenspiegel
- 2
- Kamera
- 3
- Fahrzeug
- 4
- Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit
- 5
- Fahrbahnoberfläche
- 6
- abgebildeter Bereich
- 7
- Blickwinkel
- 8
- Fahrerassistenzsystem
- A
- Abstand
- P, P'
- korrespondierende Punkte
- BV
- Bewegungsvektor
- α
- Wankwinkel
- β
- Nickwinkel
- δ
- Gierwinkel
- ε
- Schwimmwinkel
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 60316247 T2 [0002]
- - US 2006/0055776 A1 [0003]
Claims (8)
- Verfahren zur Ermittlung mindestens einer Rotationsachse eines Fahrzeugs (
3 ), dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest einer in einem Außenspiegel (1 ) des Fahrzeugs (3 ) angeordneten und nach unten gerichteten Kamera (2 ) Bilder erfasst werden und durch Auswertung dieser Bilder mindestens eine Rotationsachse des Fahrzeugs (3 ) bestimmt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geschwindigkeit und/oder eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (
3 ) mittels eines optischen Flusses bestimmt wird, welcher aus einem Vergleich von zwei zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bildern der Kamera (2 ) ermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl korrespondierender Punkte (P, P') in zwei Bildern ermittelt werden, welche zu unterschiedlichen Aufnahmezeitpunkten von der Kamera (
2 ) aufgenommen wurden. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Bewegungsrichtung von Bewegungsvektoren (BV) zwischen den korrespondierenden Punkten (P, P') die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (
3 ) ermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Länge der Bewegungsvektoren (BV) und einer Zeitdifferenz zwischen den Aufnahmezeitpunkten die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (
3 ) ermittelt wird. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Vergleich der unterschiedlichen Länge und/oder Bewegungsrichtung der Bewegungsvektoren (BV) in den Bildern, welche von zwei in den Außenspiegeln (
1 ) des Fahrzeugs (3 ) angeordneten Kameras (2 ) zum gleichen Aufnahmezeitpunkt erfasst wurden, die Rotationsachse des Fahrzeugs (3 ) ermittelt wird. - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zumindest eine in einem Außenspiegel (
1 ) des Fahrzeugs (3 ) angeordnete und nach unten gerichtete Kamera (2 ) und eine Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit (4 ). - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Außenspiegel (
1 ) mit nach unten gerichteter Kamera (2 ) an jeder Längsseite des Fahrzeugs (3 ) angeordnet ist.
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