DE102008061060A1

DE102008061060A1 - Verfahren zur Ermittlung mindestens einer Rotationsachse eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102008061060A1
Application number: DE200810061060
Authority: DE
Inventors: Fridtjof Dr.rer.nat. Stein
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2010-06-10

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 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bewegungsermittlung einer mobilen Einheit und ein Navigationssystem beschrieben. In einer Vorrichtung zur Bewegungsermittlung eines mobilen Körpers bestimmt ein Teilbereich korrespondierende Punkte zwischen Bildern, die von einer Kamera aufgenommen wurden. Ein erster Teilbereich zur Bewegungsbestimmung bestimmt eine erste Bewegung eines mobilen Körpers unter Benutzung der korrespondierenden Punkte unter Annahme einer vorgegebenen Ebene in den Bildern. Ein zweiter Teilbereich zur Bewegungsbestimmung bestimmt eine zweite Bewegung unter Benutzung der ersten Bewegung und der korrespondierenden Punkte.
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 Außenspiegel 1 integrierten Kamera 2. Der Außenspiegel 1 ist an der Fahrzeuglängsseite angeordnet. Ein Blickwinkel 7 der Kamera 2 ist auf den Boden gerichtet und bildet einen Bereich 6 neben dem Fahrzeug 3 ab. In der Abbildung nicht dargestellt sind erfindungsgemäß auf beiden Fahrzeuglängsseiten Kameras 2 im Außenspiegel 1 angeordnet.
Derartige Kameras 2 sind bereits in Fahrzeugen nach dem Stand der Technik installiert. Mittels dieser Kameras 2 ist eine Umgebung des Fahrzeugs beispielsweise während eines Einparkvorganges auf einem im Fahrzeug installierten Monitor darstellbar. Durch Übermittlung mittels dieser Kameras 2 aufgenommener Bilder an eine Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 und Verarbeitung dieser Bilder mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 3 wie nachfolgend beschrieben ermittelbar.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zu einem ersten Zeitpunkt aufgenommenen Bildes der im Außenspiegel 1 installierten Kamera 2 und 3 eine schematische Darstellung eines zu einem zweiten Zeitpunkt aufgenommenen Bildes dieser Kamera 2. Da die Kamera 2 im Außenspiegel 1 installiert und nach unten gerichtet ist, nimmt sie beispielsweise eine Fahrbahnoberfläche 5 auf. Mittels einer Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 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 Fahrzeugs 3 zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt an unterschiedlichen Stellen von der Kamera 2 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 Kamera 2 hervorgerufen, welche fest am Fahrzeug 3 angeordnet ist. Das heißt die Verschiebung, welche durch den Bewegungsvektor BV zwischen den korrespondierenden Punkten P, P' dargestellt ist, korrespondiert mit einer Bewegung des Fahrzeugs 3. Eine Richtung dieses Bewegungsvektors BV stellt eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 3 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 Fahrzeugs 3 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 Fahrzeugs 3 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 Fahrzeugs 3 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 Auswerteeinheit 4 ermittelt.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Wankwinkelmessung durch eine Ermittlung einer Längenänderung des optischen Flusses parallel zur Fahrtrichtung. Durch eine seitliche Neigung des Fahrzeugs 3 verändert sich der Abstand A der Kameras 2 zur Fahrbahnoberfläche 5. Dadurch ändert sich die Länge der Bewegungsvektoren BV. Mittels der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 können ein Wankwinkel α und eine zugehörige Wankachse bestimmt werden. Nicht näher dargestellt ist, dass eine Wankwinkelmessung auch mit nur einer Kamera 2 möglich ist.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Nickwinkelmessung durch die Ermittlung der Längenänderung des optischen Flusses entlang der Fahrtrichtung. Durch eine Neigung des Fahrzeugs 3 um die Querachse verändert sich der Abstand A der Kameras 2 zur Fahrbahnoberfläche 5. Dadurch ändert sich die Länge Bewegungsvektoren BV. Mittels der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 können ein Nickwinkel β und eine zugehörige Nickachse bestimmt werden. Eine Nickwinkelmessung ist ebenfalls mit nur einer Kamera 2 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 Fahrzeugs 3 verändert sich die Richtung der Bewegungsvektoren BV an den beiden Längsseiten des Fahrzeugs 3 unterschiedlich. Mittels der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 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 Fahrzeugs 3 verändert sich die Richtung der Bewegungsvektoren BV an den beiden Längsseiten des Fahrzeugs 3 gleich. Mittels der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 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 Kamera 2 nicht feststellbar, wodurch der Gierwinkel δ hervorgerufen wird, da sich ein Gierwinkel δ sowohl bei normaler Kurvenfahrt, als auch beim Driften des Fahrzeugs 3 unter Entstehung eines Schwimmwinkels ε einstellt. Deshalb ist eine Ausführung mit zwei Kameras 2 bevorzugt.
In 9 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt. Die beiden in den Außenspiegeln 1 angeordneten Kameras 2 sind mit der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 verbunden und übermitteln die aufgenommenen Bilder an die Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4. In der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 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 Fahrerassistenzsystem 8, beispielsweise eine Antriebsschlupfregelung, ein ESP, ein Parkassistent, verbunden und übermittelt die mittels der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 bestimmten Rotationsachsen, wie die Wankachse, die Nickachse und die Gierachse, und/oder die zugehörigen Winkel an das Fahrerassistenzsystem 8.

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
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 60316247 T2 [0002]
- US 2006/0055776 A1 [0003]

Claims

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.