DE102009033219A1

DE102009033219A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Fahrzeug vorausliegenden Straßenprofils einer Fahrspur

Info

Publication number: DE102009033219A1
Application number: DE102009033219A
Authority: DE
Inventors: Tilo Dr. Schwarz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2010-07-29
Also published as: WO2010083971A1; US20110245995A1; CN102292249B; EP2382118A1; US8676508B2; CN102292249A; EP2382118B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines einem Fahrzeug vorausliegenden Straßenprofils einer Fahrspur anhand von erfassten Bilddaten (1) und/oder erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten (2), wobei eine Schätzvorrichtung (3) vorgesehen ist, der die erfassten Bilddaten (1) und/oder die erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten (2) zugeführt werden, wobei anhand der erfassten Bilddaten (1) und/oder der erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten (2) ein Straßenhöhenprofil (P) der dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrspur ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines einem Fahrzeug vorausliegenden Straßenprofils einer Fahrspur anhand von erfassten Bilddaten und/oder erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten, wobei eine Schätzvorrichtung vorgesehen ist, der die erfassten Bilddaten und/oder die erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten zugeführt werden.
Aus der DE 197 49 086 C1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung von für einen Verlauf einer Fahrspur indikativen Daten, die eine Fahrspurerkennungssensorik, eine Objektpositionssensorik, die wenigstens einen Abstand eines vor einem Fahrzeug befindlichen Objektes und dessen Richtungswinkel bezüglich einer Fahrzeugbewegungsrichtung erfasst und eine Fahrzeugeigenbewegungssensorik beinhaltet bekannt. Dabei ist eine Schätzvorrichtung vorgesehen, der Fahrspurerkennungsmessdaten, Objektpositionsmessdaten und Fahrzeugeigenbewegungsmessdaten zugeführt werden und die in Abhängigkeit davon eine Fahrspurkrümmung und/oder eine Querposition eines jeweiligen Objektes vor dem Fahrzeug relativ zur Fahrspur durch Schätzung mittels eines vorgebbaren, ein dynamisches Fahrzeugbewegungsmodell beinhaltenden Schätzalgorithmus ermittelt. Die Schätzvorrichtung umfasst hierzu einen Kalman-Filter. Insbesondere werden das Verfahren und die Vorrichtung in Straßenfahrzeugen verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, anhand dessen ein Straßenhöhenprofil einer einem Fahrzeug vorausliegenden Fahrspur ermittelt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass ein einem Fahrzeug vorausliegendes Straßenprofil einer Fahrspur anhand von erfassten Bilddaten und/oder erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten ermittelt wird, wobei die Bilddaten und/oder die Fahrzeugeigenbewegungsdaten einer Schätzvorrichtung zugeführt werden. Erfindungsgemäß wird anhand der erfassten Bilddaten sowie der erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten ein Straßenhöhenprofil der dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrspur ermittelt.
Mit Hilfe einer durch die Schätzvorrichtung geschätzten Fahrzeugeigenbewegung wird das aus Messungen geschätzte Straßenhöhenprofil sukzessive zu einem durchgängigen, von der Fahrzeugeigenbewegung unabhängigen Straßenhöhenprofil zusammengesetzt. Das Straßenhöhenprofil wird dabei beispeilsweise in einem Welt-Koordinatensystem oder sogenannten Inertial-Koordinatensystem zusammengesetzt. Dadurch wird ein kontinuierliches Straßenhöhenprofil überfahrener Radspuren ermittelt. Die Fahrzeugeigenbewegung kann hierbei sowohl auf einer Schätzung aus Bilddaten als auch auf einer Schätzung aus Fahrzeugdaten beruhen.
Dabei wird eine Messung von Straßenhöhendaten als ein in regelmäßigen zeitlichen Abständen durchgeführter Messprozess bezeichnet, wobei das Straßenhöhenprofil vorteilhaft unter Einbeziehung der Fahrzeugeigenbewegungsdaten ermittelt wird.
Alternativ dazu kann das Straßenhöhenprofil auch ohne eine direkte Messung von Fahrzeugeigenbewegungsdaten anhand einer Schätzung der Fahrzeugeigenbewegung mittels wenigstens eines Kamerabildes über der Zeit ermittelt werden
Insbesondere wird das Straßenhöhenprofil vor dem Fahrzeug vermessen und zeitlich so integriert, dass beispielsweise zu erwartende Bodenunebenheiten an jeweiligen Radpositionen des Fahrzeuges bekannt sind, wenn das Fahrzeug einen zuvor vermessenen Bereich überfährt. Das Straßenhöhenprofil wird somit zeitlich derart integriert, dass vorhandene Bodenunebenheiten an den jeweiligen Radpositionen des Fahrzeuges bestimmbar sind, bevor diese vom Fahrzeug überfahren werden.
Als Fahrzeugeigenbewegungsdaten werden beispielsweise eine Fahrgeschwindigkeit, eine Gierrate und/oder Raddrehzahlen erfasst, die von am Fahrzeug angeordneten Erfassungseinheiten ermittelt werden bzw. ermittelt wird.
Besonders vorteilhaft wird in Abhängigkeit des ermittelten Straßenhöhenprofils (P) der vorausliegenden Fahrspur zumindest eine Fahrwerksfunktion, Fahrwerksteuerung und/oder Fahrwerksregelung des Fahrzeuges gesteuert und/oder geregelt. In diesem Zusammenhang kann es sich um beliebige Fahrwerksysteme oder Komponenten von Fahrwerksystemen handeln, beispielsweise eine Fahrzeugniveauregulierung, aktive Roll-Stabilisierung, Verstelldämpfung, Verstellfedern und Lenkungen.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte Straßenhöhenprofil kann insbesondere verschiedenen Fahrzeugfunktionen zugrunde gelegt werden. Zu den Fahrzeugfunktionen zählen beispielsweise eine vorausschauende aktive Fahrwerksregelung, eine Verstelldämpfung, eine Wankstabilisierung und/oder eine Voreinstellung eines Antriebsstranges bei vorauszusehender Berg- oder Talfahrt. Gleichsam eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise im Zusammenhang mit einer automatischen Lichtsteuerung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch ein Blockschaltbild einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 schematisch einen Ablauf von Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Einander entsprechende Teile sind in der Figur mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Blockschaltbild einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst wenigstens eine Bildaufnahmeeinheit, vorzugsweise zwei Bildaufnahmeeinheiten, in Form einer Kamera, die beispielsweise in einem Frontbereich eines Fahrzeuges fest angeordnet ist bzw. sind.
Die wenigstens eine Bildaufnahmeeinheit erfasst in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand, beispielsweise im Millisekundenbereich, Bilddaten 1 einer Fahrspur, die dem Fahrzeug vorausliegt. Die Bilddaten 1 sind insbesondere zumindest aufgrund inhärenter Rauschprozesse einer Kamera, wie beispielsweise thermisches Rauschen und/oder Wandlerrauschen, Rausch behaftet.
Dabei bezeichnet der Begriff Rauschen eine Verschlechterung von digital und/oder elektronisch aufgenommenen Bilddaten 1 durch Störungen. Die Störungen äußern sich insbesondere in Pixeln, die sich beispielsweise in einer Farbe und/oder einer Helligkeit von den rauschfreien eigentlichen Bilddaten 1 einer Bildaufnahme unterscheiden.
Die aufgenommenen Bilddaten 1 werden einer Schätzvorrichtung 3, beispielsweise einem Kalman-Filter, zugeführt, wobei der Kalman-Filter ein stochastischer Zustandsschätzer dynamischer Systeme ist.
Innerhalb eines Zeitintervalls bewegt sich das Fahrzeug entsprechend der Fahrzeugeigenbewegung fort.
Nach einer jeden Bildaufnahme wird aus den im letzten Zyklus erfassten Bilddaten 1 sowie beispielsweise über am Fahrzeug angeordnete Erfassungseinheiten ermittelte Fahrzeugeigenbewegungsdaten 2 anhand der Schätzvorrichtung 3 ein optimales Straßenhöhenprofil P ermittelt, insbesondere geschätzt.
Die erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten 2 werden der Schätzvorrichtung 3 insbesondere über ein im Fahrzeug angeordnetes Bussystem, beispielsweise ein CAN-Bus, zugeführt.
Dabei werden als Fahrzeugeigenbewegungsdaten 2 beispielsweise eine Fahrgeschwindigkeit, eine Gierrate, Lenkwinkel, Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder Raddrehzahlen des Fahrzeuges erfasst.
Sind an dem Fahrzeug zwei Bildaufnahmeeinheiten angeordnet, kann für eine Ermittlung des Straßenhöhenprofils P anhand der Bilddaten 1, die in dem Zeitintervall aufgenommen wurden, beispielsweise eine Verschiebung eines gleichen Weltpunktes in Pixeln verschiedener zeitgleich erfasster Bildaufnahmen der Bildaufnahmeeinheiten dienen, was als Disparität bezeichnet wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann auch eine Verschiebung eines gleichen Weltpunktes in Pixeln zeitlich verschieden erfasster Bildaufnahmen einer Bildaufnahmeeinheit zur Ermittlung des Straßenhöhenprofils P genutzt werden.
Formal gesehen handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um einen stochastischen Messprozess, da von der wenigstens einen Bildaufnahmeeinheit erfasste Bilddaten 1 unterschiedlichen Rauscheinflüssen, wie z. B. einem thermischen Rauschen und/oder einem statischen Rauschen unterliegen.
Das Fahrzeug wiederum bewegt sich entsprechend einer physikalischen Bewegungsgleichung, wodurch zusätzlich unbekannte Stör-, Eingangs- und/oder Rauschterme erzeugt werden. Dabei ist ein Systemanteil, d. h. das Fahrzeug und eine Umwelt, insbesondere eine Straße, zeitkontinuierlich und eine Datenerfassung zeitdiskret.
Einen erheblichen Einfluss auf eine Messsystemausführung hat eine optimale Wahl einer Repräsentation einer Schätzgröße im Zustandsvektor eines Messsystems, beispielsweise bei der Bildverarbeitung. Hierzu eignet sich im Besonderen eine nicht nahe liegende Repräsentation des Straßenhöhenprofils P in einem Disparitätsraum, mit den Koordinaten: Bildspalte, Bildzeile, Disparität.
Folge hiervon ist eine mögliche Parametrisierung des Messsystems, beispielsweise der Bildverarbeitung.
Es ergibt sich folgende Formalisierung:
Zeitkontinuierliche Entwicklung des Messsystems:

x'(t) = f(x(t), v(t), t) [1] mit x' = erste Ableitung von x nach der Zeit, x = Systemzustand, v = Systemrauschen und t = Zeit.

Der Systemzustand x(t) enthält alle Fahrzeug bezogenen Größen sowie Parameter des Straßenhöhenprofils P.
Messprozess:

yn = hn(xn, wn, tn) [2]mit y = Messungen, h = Messfunktion, die den Systemzustand in Messungen umwandelt bzw. die Messungen beschreibt, x = Systemzustand, w = Messrauschen, t = Zeit, n = Zeitschritt.

Ein solcher Messprozess lässt sich beispielsweise mittels eines Prediktor-Korrektor-Verfahrens verfolgen. Um Rechenzeit und/oder Speicher zu sparen kann der Systemzustand auch in mehrere Teilsystemzustände separiert werden, z. B. Fahrzeugeigenbewegung und Profildaten, welche sodann separat geschätzt werden. Um die Genauigkeit zu erhöhen, kann der Korrekturschritt mehrfach durchlaufen werden
Durch eine Parametrisierung eines Messverfahrens, beispielsweise der Bildverarbeitung, kann das Straßenhöhenprofil P in vorteilhafter Weise z. B. auch bei Kurvenfahrten sowie bei Bilddaten 1, die in einem Stereoverfahren aufgenommen wurden, ermittelt werden. Dabei wird die Unsicherheit des Straßenhöhenprofils P in Ort und/oder Zeit mit Hilfe der Schätzvorrichtung 3 geschätzt, wobei Messalgorithmen, z. B. die Bildverarbeitung, anhand der geschätzten Unsicherheiten parametrisiert werden können. Dadurch wird besonders vorteilhaft eine Rechenzeit vermindert sowie eine Messgenauigkeit erhöht.
Da zu jedem Zeitschritt alle Kovarianzen der Parameter geschätzt werden, können Suchbereiche im Bild- und/oder Disparitätsraum für diesen Zeitabschnitt auch unter Berücksichtigung einer momentanen statistischen Unsicherheit exakt bestimmt werden.
Das ermittelte Straßenhöhenprofil P wird vorzugsweise einer Steuereinheit 4 zugeführt, die beispielsweise anhand hinterlegter Kennfelder Fahrzeugfunktionen 5, wie z. B. eine vorausschauende aktive Fahrwerksregelung zur Komfortverbesserung, eine Verstelldämpfung, eine Wankstabilisierung und/oder eine Voreinstellung eines Antriebsstranges bei vorauszusehender Berg- oder Talfahrt, steuert und/oder regelt.
Das Straßenhöhenprofil P wird vor dem Fahrzeug derart vermessen und zeitlich so integriert, dass die zu erwartenden Bodenunebenheiten besonders vorteilhaft an einem jeweiligen Fahrzeugrad des Fahrzeuges bekannt sind, wenn das Fahrzeug den vermessenen Bereich überfährt. Hierzu werden alle statistischen Unsicherheiten zwischen allen Variablen des Systems über die Zeit geschätzt, wobei das Messsystem anhand der geschätzten Unsicherheiten vor jeder Messung parametrisiert wird. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise ein Fahrwerk des Fahrzeuges so regeln, dass z. B. Aufbaubewegungen, die sonst aufgrund der der Bodenunebenheiten auftreten, in vorteilhafter Weise vermieden werden.
2 zeigt eine Zusammenfassung einzelner Verfahrensschritte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem ersten Schritt S1 findet eine Initialisierung also eine Voreinstellung des Systems zur Durchführung des Verfahrens statt. Beispielsweise wird in dem ersten Schritt S1 ein benötigter Speicherplatz reserviert.
Im Anschluss daran, in einem zweiten Schritt S2, wird eine Prädiktion des Systemzustandes und erwarteter Messungen auf einen nächsten Zeitschritt durchgeführt.
In einem dritten Schritt S3 werden die Messverfahren, beispielsweise die Bildverarbeitung, parametrisiert, wobei in einem vierten Schritt S4 die Messung durchgeführt wird.
Anhand der im vierten Schritt S4 durchgeführten Messungen wird in einem fünften Schritt S5 eine Korrektur des Systemzustandes hinsichtlich der Fahrzeugeigenbewegung und der Parameter des Straßenhöhenprofils P durchgeführt, wobei eine Rückkopplung hinsichtlich der Parametrisierung der Messalgorithmen erfolgen kann.
In einem sechsten Schritt S6 werden das Straßenhöhenprofil P sowie zugehörige Unsicherheiten ausgekoppelt.

1: Bilddaten
2: Fahrzeugeigenbewegungsdaten
3: Schätzvorrichtung
4: Steuereinheit
5: Fahrzeugfunktion
S1: erster Schritt
S2: zweiter Schritt
S3: dritter Schritt
S4: vierter Schritt
S5: fünfter Schritt
S6: sechster Schritt

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 19749086 C1 [0002]

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines einem Fahrzeug vorausliegenden Straßenprofils einer Fahrspur anhand von erfassten Bilddaten (1) und/oder erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten (2), wobei eine Schätzvorrichtung (3) vorgesehen ist, der die erfassten Bilddaten (1) und/oder die erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten (2) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der erfassten Bilddaten (1) und/oder der erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten (2) ein Straßenhöhenprofil (P) der dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrspur ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Straßenhöhenprofil (P) für eine jeweilige Radspur des Fahrzeuges ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des ermittelten Straßenhöhenprofils (P) der vorausliegenden Fahrspur zumindest eine Fahrwerksfunktion, Fahrwerksteuerung und/oder Fahrwerksregelung des Fahrzeuges gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer mittels der Schätzvorrichtung geschätzten Fahrzeugeigenbewegung das aus Messungen geschätzte Straßenhöhenprofil sukzessive zu einem durchgängigen, von der Fahrzeugeigenbewegung unabhängigen Straßenhöhenprofil zusammengesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Straßenhöhenprofil zeitlich derart integriert wird, dass vorhandene Bodenunebenheiten an den jeweiligen Radpositionen des Fahrzeuges bestimmbar sind, bevor diese vom Fahrzeug überfahren werden.
Vorrichtung zur Ermittlung eines einem Fahrzeug vorausliegenden Straßenprofils einer Fahrspur, wobei mittels wenigstens einer am Fahrzeug angeordneten Bildaufnahmeeinheit eine vorausliegende Fahrspur erfassbar ist und/oder mittels am Fahrzeug angeordneter Erfassungseinheiten eine Fahrzeugeigenbewegung erfassbar ist, wobei eine Schätzvorrichtung (3) vorgesehen ist, mittels der erfasste Bilddaten (1) und/oder Fahrzeugeigenbewegungsdaten (2) auswertbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Bilddaten (1) und/oder der Fahrzeugeigenbewegungsdaten (2) ein Straßenhöhenprofil (P) der dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrspur ermittelbar ist, wobei das ermittelte Straßenhöhenprofil (P) einer Steuereinheit zuführbar ist, die in Abhängigkeit des Straßenhöhenprofils (P) wenigstens eine Fahrzeugfunktion (5) steuert und/oder regelt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, das damit das Straßenhöhenprofil (P) für eine jeweilige Radspur ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzvorrichtung (3) eine Prediktor-Korrektor-Einheit, insbesondere ein Kalman-Filter, ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Schätzvorrichtung (3) eine Unsicherheit des Straßenhöhenprofils (P) und/oder von Fahrzeugeigenbewegungsdaten in Abhängigkeit von Ort und/oder Zeit ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der mittels der Schätzvorrichtung (3) bestimmten Unsicherheit des Straßenhöhenprofils und/oder Fahrzeugeigenbewegungsdaten Messalgorithmen parametrisierbar sind.