DE102020004689A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Neigung einer Fahrbahnoberfläche für ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Neigung (a') einer Fahrbahnoberfläche (F1) für ein Fahrzeug (1). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass- ein Sonnenstand und eine Höhe (h) eines Verkehrszeichens (2) vor dem Fahrzeug (1) fahrzeugseitige erfasst werden,- basierend auf einer waagerecht verlaufenden Fahrbahnoberfläche (F1) eine erwartete Schattenlänge (x) des Verkehrszeichens ermittelt wird und- anhand der erwarteten Schattenlänge (x) und einer tatsächlich erfassten Schattenlänge (x') des Verkehrszeichens (2) die Neigung (a') der Fahrbahnoberfläche (F1) bestimmt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Neigung einer Fahrbahnoberfläche für ein Fahrzeug.
• Aus der DE 198 21 617 C1 sind ein Verfahren, eine Verwendung des Verfahrens und eine Vorrichtung zur Messung des Neigungswinkels in seitlich geneigten Kurven bei einem Kraftfahrzeug bekannt. Dabei werden zeitgleich die Querbeschleunigung, die senkrecht zur Fahrzeuggeschwindigkeit und parallel zur Fahrzeugebene steht, die Drehrate, die senkrecht zur Fahrzeuggeschwindigkeit und senkrecht zur Fahrzeugebene steht, und die Fahrzeuggeschwindigkeit gemessen. Durch eine Verknüpfung der Querbeschleunigung, der Drehrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Neigungswinkel in Echtzeit berechnet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung einer Neigung einer Fahrbahnoberfläche für ein Fahrzeug anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Ein Verfahren zur Ermittlung einer Neigung einer Fahrbahnoberfläche für ein Fahrzeug sieht erfindungsgemäß vor, dass ein Sonnenstand und eine Höhe eines Verkehrszeichens vor dem Fahrzeug fahrzeugseitig erfasst werden. Basierend auf einer waagerecht verlaufenden Fahrbahnoberfläche wird eine erwartete Schattenlänge des Verkehrszeichens ermittelt und anhand der erwarteten Schattenlänge und einer tatsächlich erfassten Schattenlänge des Verkehrszeichens wird die Neigung der Fahrbahnoberfläche bestimmt.
• Durch Anwendung des Verfahrens kann auf vergleichsweise einfache Art und Weise der Neigungswinkel der Fahrbahnoberfläche vor dem Fahrzeug ermittelt werden, anhand dessen eine sogenannte Neigungsstörgröße bestimmt werden kann, die bei einer Querregelung des Fahrzeuges berücksichtigt wird. Dadurch können vergleichsweise schnelle und abrupte Regelungsimpulse bei der Querregelung verringert werden, so dass die Sicherheit und ein Komfort für einen Fahrzeugnutzer und Insassen des Fahrzeuges merklich gesteigert werden können. Die Querregelung wird durch das Vorliegen der Neigung als Information gleichmäßiger, wobei durch Speichern und Verbreiten dieser Information eine Lateral-Neigungskarte sämtlicher Fahrstrecken erstellt werden kann. Diese Lateral-Neigungskarte wird mittels einer Mehrzahl von Fahrzeugen, die die Neigungen ermitteln erstellt, wobei die Ermittlung, insbesondere an sonnigen Tagen, aufgrund der Schattenlänge erfolgt.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines auf einem Fahrbahnabschnitt fahrenden Fahrzeuges sowie ein Verkehrsschild und
• 2 schematisch eine Ermittlung einer lateralen Neigung einer Fahrbahnoberfläche.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines auf einem Fahrbahnabschnitt F fahrenden Fahrzeuges 1 und ein Schatten S werfendes Verkehrsschild 2, wobei es sich bei dem Fahrzeug 1 um einen Lastkraftwagen mit einer Zugmaschine und einem Anhänger handelt.
• Eine Querregelung, insbesondere im automatisierten Fahrbetrieb des Fahrzeuges 1, ist eine verhältnismäßig komplexe Aufgabe, die gleichzeitig die Sicherheit und einen Komfort eines Fahrzeugnutzers und Insassen des Fahrzeuges 1 beeinflusst. Dabei können externe Störgrößen einen erheblichen Qualitätsverlust auf die Querregelung bewirken. Eine dieser Störgrößen stellt eine Neigung a' einer Fahrbahnoberfläche F1 dar.
• Um insbesondere die laterale Neigung a' der Fahrbahnoberfläche F1 des dem Fahrzeug 1 vorausliegenden Fahrbahnabschnittes F zu erfassen, so dass die Neigung a' in Bezug auf die Querregelung berücksichtigt werden kann, ist ein im Folgenden beschriebenes Verfahren vorgesehen.
• Das Fahrzeug 1 verfügt über eine Umgebungssensorik, welche eine Anzahl von im und/oder am Fahrzeug 1 angeordneter Erfassungseinheiten aufweist, wobei zumindest eine Kamera 3 Bestandteil der Umgebungssensorik ist.
• Die Kamera 3 ist in einem Frontbereich des Fahrzeuges 1 angeordnet und derart ausgerichtet, dass der dem Fahrzeug 1 vorausliegende Fahrbahnabschnitt F erfasst wird.
• Zur Ermittlung der Neigung a' der Fahrbahnoberfläche F1 ist es erforderlich, dass das Verkehrsschild 2 einen Schatten wirft, welcher auf der Fahrbahnoberfläche F1 abgebildet ist und der einem Objekt, insbesondere dem Verkehrsschild 2, zu geordnet werden kann. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Objekt, also das Verkehrsschild 2, vertikal zur Erdoberfläche steht, wobei eine vertikale Achse des Verkehrsschildes 2 durch den Erdmittelpunkt verläuft. Weiterhin wird angenommen, dass die Neigung a' der Fahrbahnoberfläche F1 konstant ist.
• Anhand erfasster Signale der Umgebungssensorik wird das Verkehrsschild 2 detektiert, wobei eine Geometrie des Verkehrsschildes 2, insbesondere dessen Höhe h, ebenfalls anhand der erfassten Signale ermittelt wird.
• Weiterhin sind eine aktuelle Uhrzeit, ein Datum sowie eine geografische Position des Verkehrsschildes 2 bekannt, wobei der Schatten S des Verkehrsschildes 2 auf die Fahrbahnoberfläche F1 in Trajektorierichtung des Fahrzeuges 1 fällt, wie in 1 gezeigt ist.
• Zur Ermittlung der lateralen Neigung a' der Fahrbahnoberfläche F1 wird ein erwarteter Sonnenlichtvektor V und ein zwischen der Fahrbahnoberfläche F1 und dem erwarteten Sonnenlichtvektor V ausgebildeter Winkel α basierend auf dem Datum, der aktuellen Uhrzeit und der geografischen Position berechnet.
• Des Weiteren wird die Höhe des Verkehrsschildes 2 anhand der erfassten Signale der Kamera 3, weiterer Erfassungseinheiten der Umgebungssensorik und/oder anhand von fahrzeugseitig vorliegenden Kartendaten ermittelt, wobei eine gegenwärtige Distanz zwischen dem Fahrzeug 1 und dem Verkehrsschild 2 berücksichtigt wird.
• Weiterhin wird eine Schattenlänge x' auf einer Trajektorie des Fahrzeuges 1 erkannt und es wird eine Schattenlänge x unter Betrachtung des berechneten Sonnenlichtvektors V und der ermittelten Höhe h des Verkehrsschildes 2 prognostiziert, wie in 2 gezeigt ist.
• Anschließend wird eine Differenz zwischen der Schattenlänge x' und der prognostizierten Schattenlänge x ermittelt und mittels folgender Gleichungen wird die laterale Neigung a' der Fahrbahnoberfläche F1 berechnet: $$\alpha +\gamma =180°$$

  

  mit a: vertikaler Winkel des Sonnenlichtvektors V $$\beta =180°-\alpha \text{'-}\gamma$$

  

  mit β: tatsächliche Neigung der Fahrbahnoberfläche F1 $$\frac{x\text{'}}{sin\gamma }=\frac{x}{sin\alpha \text{'}}$$

  

  $$\alpha \text{'=arcsin}\left(\frac{xsin\gamma }{x\text{'}}\right)\text{.}$$

  
• Mittels des Verfahrens wird ermöglicht, über mehrere Fahrzeuge 1 hinweg, Informationen in Bezug auf die laterale Neigung a' der Fahrbahnoberfläche F1 an unterschiedlichen Orten zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu generieren.
• Hierzu dienen die Fahrzeuge 1 als Erfassungseinheiten und teilen, d. h. verbreiten, ihre Information. Insbesondere können die Schattenwürfe nur an bestimmten Objekten detektiert werden, d. h. an Objekten, die sich vollständig im Erfassungsbereich E einer Erfassungseinheit befinden. Dabei kann eine Verbreitung dieser die laterale Neigung a' betreffende Informationen mittels einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug- und/oder mittels einer Fahrzeug-zu-Infrastrukturkommunikation erfolgen.
• Dadurch kann an sonnigen Tagen eine Neigungskarte erstellt werden, wobei die Neigungskarte über einen Jahresverlauf und unterschiedlichen Sonnenständen validiert werden kann.
• Insbesondere für den automatisierten Fahrbetrieb des Fahrzeuges 1 kann somit die Querregelung desselben innerhalb von Straßenmarkierungen verbessert werden, da die laterale Neigung a' als Störgröße der Querregelung in bestimmten Neigungszonen bekannt ist.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Verkehrsschild

3

Kamera

E

Erfassungsbereich

F

Fahrbahnabschnitt

F1

Fahrbahnoberfläche

S

Schatten

V

Sonnenlichtvektor

α'

Neigung

h

Höhe

x

erwartete Schattenlänge

x'

erfasste Schattenlänge

• 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 19821617 C1 [0002]

Claims (3)

1. Verfahren zur Ermittlung einer Neigung (a') einer Fahrbahnoberfläche (F1) für ein Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass - ein Sonnenstand und eine Höhe (h) eines Verkehrszeichens (2) vor dem Fahrzeug (1) fahrzeugseitig erfasst werden, - basierend auf einer waagerecht verlaufenden Fahrbahnoberfläche (F1) eine erwartete Schattenlänge (x) des Verkehrszeichens ermittelt wird und - anhand der erwarteten Schattenlänge (x) und einer tatsächlich erfassten Schattenlänge (x') des Verkehrszeichens (2) die Neigung (a') der Fahrbahnoberfläche (F1) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnenstand basierend auf einem aktuellen Datum, einer aktuellen Uhrzeit und einer geografischen Position des Verkehrsschildes (2) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) des Verkehrszeichens (2) basierend auf Kartendaten und/oder anhand erfasster Signale einer Umgebungssensorik des Fahrzeuges (1) ermittelt wird.

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