DE19962491A1 - Verfahren zur optischen Überwachung der Umgebung eines sich bewegenden Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur optischen Überwachung der Umgebung eines sich bewegenden Fahrzeugs durch Erfassung einer Anzahl von Punkten in dieser Umgebung, welches aus der zeitlichen Veränderung der Lage der Umgebungspunkte einen Neigungswinkel des Fahrzeugs gegenüber einer ebenen Fahrbahn ermittelt. DOLLAR A Vorzugsweise wird eine vorhandene optische Einheit zur Umgebungsüberwachung verwandt und der optisch gewonnene Neigungswinkel zur Plausibilitätsprüfung eines mittels eines Gyrosensors erfaßten Drehwinkelsignals genutzt und nur bei zumindest annähernder Übereinstimmung insassenschützende Mittel ausgelöst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Überwachung der Umgebung eines sich bewegenden Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Verfahren zur optischen Überwachung der Umgebung eines sich bewegenden Fahrzeugs werden bereits zu einer Vielzahl von Anwendungsaufgaben eingesetzt. So beschreiben beispielsweise die DE 21 56 001, DE 30 01 621 und die DE 197 24 496 A1 eine Hinderniserfassung auf Basis eines solchen Verfahrens, die DE 198 04 944 A1 bspw. eine Abstandsregelung in Abhängigkeit von voraus­ fahrenden Fahrzeugen. Die DE 34 15 572 A1 beschreibt die Anpassung des Meßwinkels einer solchen Überwachungseinrichtung in Abhängigkeit vom Lenk­ winkel des Fahrzeugs. Die DE 37 32 347 C1 und die WO 99/34235 beschreiben Verfahren zur Aufnahme dreidimensionaler Abstandsbilder, bei denen einem Bild­ punkt jeweils auch eine Abstandsinformation zugeordnet wird. Während die Anwendung im Bereich der Innenraumüberwachung eines Fahrzeuges jedoch ein stehendes Bezugssystem aufweist, erfordert die Umgebungsüberwachung aus einem sich bewegenden Fahrzeug eine entsprechende Berücksichtigung der Eigen­ bewegung.

Aus der DE 37 41 259 A1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur autonomen Steuerung eines Fahrzeuges zu entnehmen, bei dem während der Fahrt kontinuierlich die Lageveränderung der Umgebung relativ zum Fahrzeug vermessen wird. Neben der Entfernung eines Objektes der Umgebung wird auch dessen Winkel parallel zur Fahrbahnebene erfaßt. Eine Winkelmessung in der Ebene ist auch aus der DE 37 03 904 A1 bei stehenden Objekten bekannt.

Darüber hinaus ist aus der DE 196 50 629 C2 ein Verfahren zum Messen der Neigung eines Fahrzeugs bekannt, welches an den Ecken des Fahrzeugs vom Fahrzeug aus senkrecht nach unten auf die Fahrbahn gerichtete optische Abstands­ sensoren aufweist und aus der Veränderung dieser Abstände der Neigungswinkel errechnet wird. Entsprechend diesem Neigungswinkel werden Überrollbügel oder andere insassenschützende Mittel, bspw. Gurtstraffer und Airbags aktiviert.

Es werden zur Neigungswinkelmessung auch drehbeschleunigungssensitive Sensoren (Gyro-Sensoren) eingesetzt, die jedoch recht teuer sind und in Grenzfällen auch zu Fehlentscheidungen führen.

Aufgabe der Erfindung ist eine weitere Möglichkeit zur Neigungswinkelmessung vorzustellen, diese Aufgabe wird durch die kennzeichenden Merkmale des Anspruchs 1 sowie den Verwendungsanspruch 6 gelöst.

So wird ein Verfahren zur optischen Überwachung der Umgebung eines sich bewegenden Fahrzeugs durch Erfassung einer Anzahl von Punkten in dieser Umgebung vorgeschlagen, bei dem aus der zeitlichen Veränderung der Lage der Umgebungspunkte der Neigungswinkel des Fahrzeuges gegenüber der Fahrbahn abgeleitet wird. Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung einer bereits zur Hinderniserkennung vorgesehenen optischen Einrichtung zur Überwachung der Umgebung, bei der ergänzend aus der zeitlichen Veränderung der Lage der erfaßten Punkte auch der Neigungswinkel des Fahrzeugs bestimmt wird. Dadurch kann im Vergleich zu separat für diese Neigungsmessung vorgesehenen Sensoren eine erhebliche Kosteneinsparung erreicht werden.

Vorzugsweise wird dabei die zeitliche Veränderung der Lage des natürlichen Horizonts erfaßt wird und die auf der Linearbewegung des Fahrzeuges beruhenden Änderungen eliminiert.

Sofern die Umgebungsüberwachung einen Erfassungswinkel aufweist, erweist es sich als bevorzugt, die Umgebungsüberwachung um die senkrecht zur Fahrbahn stehende Fahrzeugachse verdrehbar ist, so daß die Erfassungsrichtung an die Umgebungsbedingungen oder das Fahrzeugverhalten anpaßbar ist.

Der so aus den erfaßten Umgebungspunkten abgeleitete Neigungswinkel wird vorzugsweise für die Plausibilitätsprüfung eines Drehratensensors zur Überschlags­ erkennung verwendet. Der Drehratensensor weist einen beweglichen, auf eine Dreh­ beschleunigung durch mechanische Auslenkung reagierenden Massekörper auf. Bei extrem langsamer Veränderung des Neigungswinkels kann das Signal eines solchen Sensors starke Abweichungen vom realen Neigungswinkel aufweisen. Auch sonst kann der optisch erkannte Neigungswinkel genutzt werden, um zu prüfen, ob der vom Drehratensensor ermittelte Neigungswinkel plausibel ist. Die Anforderungen an die Genauigkeit der optischen Neigungswinkelmessung aus den Umgebungspunkten können dabei deutlich reduziert werden.

Nur bei zumindest annähernder Übereinstimmung werden insassenschützende Mittel, wie Überrollbügel, Gurtstrammer oder Airbags ausgelöst.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Kurze Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 Fahrzeug, Umgebung und erfaßtes Umgebungsbild ohne Neigung des Fahrzeugs,

Fig. 2 Fahrzeug, Umgebung und erfaßtes Umgebungsbild bei Neigung des Fahrzeugs aufgrund einer Fahrt einseitig auf eine Rampe,

Fig. 3 Ausgestaltung mit Überwachung der Entfernung von Punkten auf der Fahrbahn in einem vorgegebenen Winkel zur Fahrtrichtung,

Fig. 4 Fahrzeug im geneigten Zustand in einer Ausgestaltung gemäß Fig. 3.

Die Fig. 1 zeigt zu einem Zeitpunkt t(1) ein sich bewegendes Fahrzeug auf einer ebenen Fahrbahn 5(t1), wobei eine optische Einheit 2 zur Überwachung der Umgebung eine Anzahl von Punkten in dieser Umgebung erfaßt, insbesondere markante Objekte 3 und die natürliche Horizontlinie 4. Ein mögliches von der Einheit 5 erfaßtes Umgebungsabbild I(t1) ist ebenfalls gezeigt. Die optische Einheit 2 kann dabei innerhalb des Fahrzeugs hinter der Windschutzscheibe oder auf dem Dach oder im Frontbereich, bspw. in den Scheinwerfern, angeordnet sein.

Überfährt das Fahrzeug 1 nachfolgend in t2 beispielsweise eine Rampe 5(t2) ergibt sich ein Neigungswinkel α des Fahrzeugs 1 gegenüber einer ebenen Fahrbahn. Das von der optische Einheit 2 gewonnene Umgebungsabbild I(t2) weist neben einer auf der Linearbewegung des Fahrtrichtung des Fahrzeuges beruhenden Änderung eine zum Neigungswinkel α proportionale Veränderung der Lage der Umgebungspunkte auf, so daß anhand dieser der Abbilder der markanten Objekte 3'(t2) und der natürliche Horizontlinie 4'(t2) im Vergleich zu den Abbildern 3'(t1), 4'(t1) zu t1 der Neigungswinkel α errechnet werden kann. Bilderkennungssoftware kann die Ermittlung des Neigungswinkels α aus der zeitlichen Veränderung der Lage der Umgebungspunkte noch verfeinern. In die Bild- bzw. Objekterkennung können dann auch Fahrzeugparameter, insbesondere die Geschwindigkeit einbezogen werden, insbesondere um die Änderungen aufgrund der Bewegung des Fahrzeugs in Fahrtrichtung zu eliminieren. Dies ist grundsätzlich jedoch auch aus mehreren beabstandeten Bildpunkten mit einander gleicher Veränderung der Lage möglich.

Das Fahrzeug weist vorzugsweise auch einen Drehratensensor auf, dessen Neigungswinkelsignal mit dem optisch bestimmten Neigungswinkel verglichen und nur bei annähernder Übereinstimmung beider der Neigungswinkel als plausibel erkannt und bei Überschreitung vorgegebener Grenzwerte insassenschützende Mittel, bspw. Überrollbügel oder Airbags aktiviert werden.

Eine zur Fahrzeugachse verdrehbare optische Einheit mit einem entsprechend ausrichtbaren Erfassungswinkel ermöglicht, die seitliche Fahrzeugumgebung zur Auswertung hinzuziehen, dies kann vorzugsweise in bestimmten Fahrzeug­ situationen erfolgen, bspw. bei einem Schleudervorgang. Auch wäre eines Rück­ kopplung an ESP denkbar, so daß Hindernisse umfahren werden könnten.

Als Unterbringungsort für die optische Einheit bieten sich neben der Anordnung im Front- oder Dachbereich auch in den Außenspiegeln, im Türgriff oder Blinker an.

Die Fig. 3 illustriert noch eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem der Abstand 7a, 7b, 7c zwischen der Überwachungseinrichtung 2a, 2b, 2c und mehreren Punkten auf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug gemessen und die zeitliche Veränderung dieses Abstands erfaßt wird. Die Überwachungseinrichtung kann dabei aus ein (2c) oder mehreren Sensoren 2a, 2b bestehen. Derartige Sensoren erzeugen bspw. ein dreidimensionales Bild, in dem neben der an sich zweidimensionalen Bild­ information auch noch Entfernungswerte der jeweiligen Bildpunkte erfaßt werden.

Die Punkte auf der Fahrbahn liegen einen vorgegebenen Winkel ϕ zwischen Fahrtrichtung F und Fahrbahn 5. Für jeden Punkt ist ein Soll-Abstand vorgegeben, der in t1 7a(t1) und 7b(t1) sowie einem Neigungswinkel α von Null Grad entspricht. Vorzugsweise liegen alle Punkte auf dem gleichen Abstand. Wird nur ein Sensor 2c verwendet, bilden die Punkte beim Neigungswinkel Null Grad die gestrichelt gezeichnete Kreislinie 7c. Je mehr Punkte erfaßt werden, desto genauer können Abweichungen in der Abstandsmessung, die aus Fahrbahnunebenheiten resultieren, von einer tatsächlichen Neigung des Fahrzeugs unterschieden werden.

Neigt sich das Fahrzeug mit einem Neigungswinkel α gegenüber der Fahrbahn, wie in Fig. 4 gezeigt, so kommt es zu einer Abweichung des gemessenen IST-Abstands 7a(t2), 7b(t2) vom Soll-Abstand.

Aus der zeitlichen Veränderung (t1-t2) der Lage, in diesem Fall konkreter des Abstands 7a/b(t1) zu 7a/b(t2) der Umgebungspunkte wird der Neigungswinkel (α) des Fahrzeuges gegenüber einer ebenen Fahrbahn abgeleitet.

Claims (8)

1. Verfahren zur optischen Überwachung der Umgebung (3, 4, 5) eines sich bewegenden Fahrzeugs (1) durch Erfassung einer Anzahl von Punkten in dieser Umgebung, dadurch gekennzeichnet, daß aus der zeitlichen Veränderung (I(t1) zu I(t2)) der Lage der Umgebungspunkte ein Neigungswinkel (α) des Fahrzeuges gegenüber einer ebenen Fahrbahn abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Veränderung der Lage des natürlichen Horizonts (4) erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungsüberwachung mehrere beabstandete Bildpunkte mit einander gleicher Veränderung der Lage erfaßt und daraus die auf der Linearbewegung des Fahrzeuges beruhenden Änderungen eliminiert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (7a, 7b, 7c) zwischen der Überwachungseinrichtung (2a, 2b, 2c) und mehreren Punkten auf der Fahrbahn (5) vor dem Fahrzeug (1) gemessen und die zeitliche Veränderung dieses Abstands (7a,b,c(t1) zu 7a,b,c(t2)) erfaßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte auf der Fahrbahn einen vorgegebenen Winkel (ϕ) zwischen Fahrtrichtung (F) und Fahrbahn (5) aufweisen, für jeden Punkt ein Soll-Abstand vorgegeben ist, der einem Neigungswinkel von Null Grad entspricht, und aus einer Abweichung des gemessenen IST-Abstands vom Soll-Abstand der Neigungswinkel ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungsüberwachung einen Erfassungswinkel aufweist, der um die senkrecht zur Fahrbahn stehende Fahrzeugachse verdrehbar ist.

7. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Überschlagserkennung, wobei das gewonnene Signal mit zumindest einem Signal von zumindest einem auf eine Drehbeschleunigung durch mechanische Auslenkung beweglicher Massekörper reagierenden Drehratensensor verknüpft wird und nur bei zumindest annähernder Übereinstimmung insassenschützende Mittel ausgelöst.

8. Verwendung einer optischen Einrichtung zur Überwachung der Umgebung eines sich bewegenden Fahrzeugs, welche eine Anzahl von Punkten in dieser Umgebung und die zeitliche Veränderung der Lage dieser erfaßt, zur Bestimmung des Neigungswinkels des Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn.