DE69616135T2

DE69616135T2 - Automatisches Kurssteuersystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE69616135T2
Application number: DE69616135T
Authority: DE
Inventors: Kenshirou Hashimoto; Akira Iiboshi; Toshiyuki Nozaka; Tsuneo Takahashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-04-17
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 2002-03-07
Anticipated expiration: 2016-04-12
Also published as: DE69633202D1; DE69616135D1; DE69633202T2; US6032098A; EP0738946B1; JPH08287395A; EP1076276B1; EP1076276A1; EP0738946A1; JP3564547B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine automatische Fahrleiteinrichtung für ein Fahrzeug mit:
- einem automatischen Fahrabschnitt, der dafür vorgesehen ist, eine Straße vor dem Fahrzeug basierend auf erfassten Straßendaten zu erkennen und das Fahrzeug so zu steuern/regeln, dass es auf der erkannten Straße gemäß einem auf einer Straßenkarte voreingestellten Zielkurs fährt, und
- einem Navigationsabschnitt, der eine Straßenkarteninformationsspeichereinrichtung umfasst, die Straßendaten enthält und dafür vorgesehen ist, eine gegenwärtige Position des Fahrzeugs auf der Straßenkarte gemäß einer ersten Genauigkeit zu bestimmen und den automatischen Fahrabschnitt so anzuweisen, dass er das Fahrzeug derart leitet, damit es dem Zielkurs folgt.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 3-231311 offenbart eine automatische Fahrleiteinrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug, welche in der Lage ist, das Fahrzeug so zu leiten, dass es einem auf einer Straßenkarte, die auf einem Anzeigeschirm angezeigt wird, vorgewählten Zielfahrkurs folgt.
Insbesondere offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 3- 231311 eine solche herkömmliche automatische Fahrleiteinrichtung, welche eine Kombination aus einer automatischen Fahreinrichtung, die in der Lage ist, ein Fahrzeug so zu steuern/regeln, dass es mit einer geeigneten Fahrgeschwindigkeit fährt und einem Straßenmuster in einer zweidimensionalen Ebene folgt, die basierend auf Straßenkomponenten erhalten wird, die aus einer Abbildung einer vorausliegenden Straße extrahiert werden, die durch eine an dem Fahrzeug angebrachte Bildaufnahmekamera aufgenommen wird, und einer Navigationseinrichtung ist, die in der Lage ist, das Fahrzeug so zu leiten, dass es fährt, wobei es einem auf einer Straßenkarte voreingestellten Zielkurs folgt und eine gegenwärtige Position des Fahrzeugs auf der Straßenkarte bestimmt. Mit dieser automatischen Fahrleiteinrichtung wird eine Straße, auf der das Fahrzeug fahren muss, aus den Straßenmustern erkannt, die aus den von der Aufnahmekamera aufgenommenen Straßenbildern erhalten werden, gemäß dem Fahrleitbefehl, d. h. um nach rechts oder links zu lenken, welcher durch die Navigationseinrichtung gegeben wurde, und das Fahrzeug wird so gesteuert/geregelt, dass es der erkannten Straße folgt.
Bei dem oben erwähnten herkömmlichen System wird eine automatische Fahreinrichtung mit einer Navigationseinrichtung derart kombiniert, dass die letztere Leitinformationen an die erstgenannte abgibt. Folglich ist es zur Erhöhung einer Genauigkeit der automatischen Fahrleiteinrichtung notwendig, getrennt voneinander eine Genauigkeit einer durch ein Navigationssystem bestimmten gegenwärtigen Position eines Fahrzeugs auf einer Straßenkarte und eine Genauigkeit der Fahrzeugfahrsteuerung/regelung gemäß Straßenbedingungen (z. B. Straßenmustern), die aus dem Bild der sich voraus erstreckenden Straße erfasst werden, das von der an dem Fahrzeug angebrachten Aufnahmekamera aufgenommen wird, zu erhöhen.
Aus der EP 0 488 828 A3 ist eine automatische Fahrleiteinrichtung und ein Fahrleitverfahren gemäß den Oberbegriffen der selbstständigen Ansprüche bekannt. Die bekannte Einrichtung besitzt unterschiedliche Detektoren und ist dafür vorgesehen, durch die unterschiedlichen Detektoren erfasste Straßendaten und früher erfasste Straßendaten in einen Datensatz basierend auf einem allgemeinen Straßenmodell zu integrieren. Die Integration wird durch Bildverarbeitung bewirkt und entspricht einer Art von "Korrektur" der erfassten Straßendaten bezüglich einer gemeinsamen Zeit und gemeinsamen Koordinaten, sodass die unterschiedlichen Straßendaten sich auf dieselbe Position des Fahrzeugs beziehen. Daher gibt es keine Interaktion zwischen den erfassten Straßendaten und den vorangehend gespeicherten Straßenkartendaten.
Darüber hinaus gibt es keine Korrektur einer angenommenen Position des Fahrzeugs auf einer Straßenkarte. Die Korrektur der Position, welche durch die Einrichtung bewirkt wird, entspricht nur einer Art von Koordinatentransformation von den Daten, von Daten, die auf eine Position des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt hinweisen, zu Daten, die auf eine andere Position des Fahrzeugs zu einem späteren Zeitpunkt hinweisen.
Um genauer zu sein: Es findet keine Verwendung von irgendwelchen Straßenkartendaten und insbesondere keine Bestimmung der Position des Fahrzeugs auf einer Karte über das Vorhandensein eines allgemeinen Navigationssystems hinaus statt, das nicht erläutert wird und die einige Informationen über die Art der zu erwartenden Straßenstruktur geben könnte (diesbezüglich wird auf Seite 18, Zeilen 43 bis 47 verwiesen).
Aus "Patent Abstracts of Japan" Band 18, Nr. 315 (P-1755), welche auf die JP-A-60-74778 Bezug nimmt, ist ein Navigationssystem bekannt, welches einen Kartenabgleich einer gegenwärtigen Position mit der nächsten Kreuzung durchführt, welche durch Kartendaten bezeichnet ist, die in einem externen Speicher gespeichert sind, um die gegenwärtige Position des Fahrzeugs zu bestimmen.
Aus der WO 93/21596 ist eine Straßenbildsequenzanalyseeinrichtung und ein Verfahren zur Hinderniserfassung bekannt. Die Analyse wird dynamisch bewirkt, um unterschiedliche Objekttypen zu unterscheiden. Zu diesem Zweck werden Bewegungen in einer Folge von Bildern erfasst.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Genauigkeit der Fahrzeugfahr- und - leitsteuerung/regelung zu verbessern. Insbesondere ist es eine Aufgabe, die Genauigkeit der Feststellung einer gegenwärtigen Position des Fahrzeugs auf einer Straßenkarte zu verbessern.
Hinsichtlich dieser Aufgaben stellt die Erfindung eine automatische Fahrleiteinrichtung und ein Fahrleitverfahren bereit, wie durch die Ansprüche 1 und 12 definiert ist. Indem zuerst eine gegenwärtige Position des Fahrzeugs auf einer Straßenkarte bestimmt wird, möglicherweise durch Verfolgen der Fahrzeugposition während der Fahrt des Fahrzeugs, wird die Position gemäß einer ersten Genauigkeit bestimmt. Die vorgeschlagene Überprüfung und Korrektur dieser Fahrzeugposition in Antwort auf Straßenmerkmale auf der Basis von vorher gespeicherten Straßendaten erhöht die Genauigkeit der Fahrzeugposition auf der Straßenkarte beträchtlich, sodass die Genauigkeit der Fahrzeugfahr- und -leitsteuerung/regelung ebenso beträchtlich erhöht wird. Das Überprüfungs- und Korrekturverfahren ist höchst wirksam, wenn mutmaßliche gegenwärtige Positionen vorübergehend für geeignete Straßenmerkmale gesetzt werden und wenn mutmaßliche gegenwärtige Positionen dahingehend überprüft werden, ob die Straßenmerkmale den erwarteten Merkmalen entsprechen, wie durch die Erfindung vorgeschlagen wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer automatischen Fahrleiteinrichtung zeigt, welche die vorliegende Erfindung verwendet.
Fig. 2 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer gegenwärtigen Position, die vorübergehend auf einer auf einer Straßenkarte angezeigten Straße festgelegt ist, und einer Fahrzeugposition zeigt, die gegenwärtig außerhalb der Straße auf der Straßenkarte angezeigt wird.
Fig. 3 ist ein Flussdiagramm einer Korrektur einer gegenwärtigen Position, wenn angenommen wird, dass sich eine Straße bald verzweigt.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer aus einem aufgenommenen Bild extrahierten Straßenkomponente.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines in einer zweidimensionalen Ebene gezeigten Straßenmusters, das durch projektive Transformation der aus einem aufgenommenen Bild extrahierten Straßenkomponenten erhalten wird.
Fig. 6 veranschaulicht einen Zustand einer Bildaufnahme einer sich voraus erstreckenden Straßenfläche durch eine an einem Fahrzeug befestigte Videokamera, wenn das Fahrzeug auf einer ebenen Straße fährt.
Fig. 7 veranschaulicht einen Zustand einer Bildaufnahme einer sich voraus erstreckenden Straßenfläche durch eine an einem Fahrzeug angebrachte Videokamera, wenn das Fahrzeug auf einem Gefälle fährt.
Fig. 8 zeigt eine Wechselbeziehung zwischen Koordinaten eines von einer Videokamera aufgenommenen Bildes und Koordinaten einer zweidimensionalen Ebene einer projektiven Transformation.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer die vorliegende Erfindung verkörpernden automatischen Fahrleiteinrichtung zeigt, welche der Einrichtung gemäß Fig. 1 entspricht und zusätzlich einen magnetischen Nagelsensor aufweist.
In den oben erwähnten Figuren werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: A ist ein Navigationssteuer/regelabschnitt, B ist ein automatischer Fahrsteuer/regelabschnitt, 1 ist ein Abstandssensor, 2 ist ein Richtungssensor, 3 ist ein Navigationssignalverarbeitungsabschnitt, 4 ist ein Karteninformationsspeichermedium, 5 ist ein Speichermediumleser, 6 ist eine Anzeigeeinheit, 7 ist eine Steuert Regeleinheit, 8 ist eine Videokamera, 9 ist ein Bildverarbeitungsabschnitt, 10 ist ein Radar, 11 ist ein Hindernissensor, 12 ist ein Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt, 13 ist ein Betätigungseinrichtungstreiberabschnitt, 141 ist ein Beschleuniger, 141 ist eine Bremse, 144 ist eine Lenkeinheit und 15 ist ein GPS (Globales Positionierungssystem)-Empfänger.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist dort eine die vorliegende Erfindung verkörpernde automatische Fahrleiteinrichtung gezeigt, die in einem Fahrzeug verwendet wird und welche hauptsächlich aus einem Navigationssteuer/regelabschnitt A und einem automatischen Fahrsteuer/regelabschnitt 2 besteht. Der Navigationssteuer/regelabschnitt A besteht im Wesentlichen aus einem Abstandssensor 1 zur Erfassung eines Fahrabstands eines Fahrzeugs, einem Richtungssensor 2 zur Erfassung einer Fahrrichtung des Fahrzeugs; einem GPS-Empfänger 15, einem aus einem Computersystem bestehenden Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3, der eine Position des Fahrzeugs jede Zeiteinheit basierend auf von dem GPS-Empfänger 15 empfangenen GPS-Signalen bestimmt, durch aufeinanderfolgendes Berechnen von X- und Y-Koordinaten der gegenwärtigen Fahrzeugposition pro Einheit Fahrabstand vom Startpunkt aus basierend auf einem erfassten Fahrabstand und einer erfassten Fahrrichtung eine gegenwärtige Position des Fahrzeugs auf einer Straßenkarte bestimmt, wenn die Empfangswelle stoppt, nacheinander die erhaltenen gegenwärtigen Positiondaten in der Form von Informationen über die zurückgelegte Spur speichert und das Fahrzeug derart steuert/regelt, dass es einem Kurs von dem Startpunkt zu dem auf der Straßenkarte vorher eingegebenen Zielpunkt folgt, und die Steuerung/Regelung des gesamten Systems durchführt; einem Karteninformationsspeichermedium 4 zum Speichern digitalisierter Straßenkarteninformation; einem Speichermediumleser 5 zum selektiven Lesen von Straßenkarteninformation eines bestimmten Bereichs aus dem Speichermedium 4; einem Anzeigeabschnitt 6 zur Anzeige der ausgewählten Bereichsstraßenkarte auf einem Anzeigeschirm basierend auf der ausgelesenen Straßenkarteninformation und erneutem Anzeigen einer Markierung, welche die Fahrrichtung des Fahrzeugs in ihrer gegenwärtigen Position auf der Straßenkarte anzeigt und sich darauf bewegt, wenn sich das Fahrzeug bewegt; und einer Steuer/Regeleinheit 7 zum Bereitstellen des Navigationssignalverarbeitungsabschnitts 3, wobei Betriebsbefehle Befehle zur Auswahl einer gewünschten Straßenkarte umfassen, welche auf dem Anzeigeabschnitt 6 dargestellt werden soll, zum Festsetzen eines Startpunkts und eines Zielpunkts für das Fahrzeug auf der Straßenkarte, zur Anzeige der Fahrspur, zum Ändern der Einstellungen für die Anzeige, z. B. Vergrößern eines Teils der Karte und zum Anzeigen der Fahrspur und eines Vergrößerungsfaktors für das gesamte Schirmbild.
Der Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 sucht einen optimalen Kurs zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt, die auf einer Straßenkarte zuvor eingestellt sind, durch eine Bewertung Fahrt-Kosten-bezogener Variablen, wie einer Fahrdistanz und einer Fahrzeit, auf der Basis von aus dem Datenspeichermedium 4 gelesen digitalisierten Straßenkartendaten.
Der Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 speichert die gesuchten Kursdaten in einem internen Speicher, zeigt in einer bestimmten Farbe den gesuchten Kurs auf der auf dem Anzeigeschirm angezeigten Straßenkarte an und leitet das Fahrzeug so, dass seine gegenwärtige Position dem besonders kolorierten optimalen Kurs von dem Startpunkt zum Zielpunkt folgen kann.
Wenn der Navigationssignalverarbeitungsäbschnitt 3 die gegenwärtige Fahrzeugposition erfasst, z. B. in einem bestimmten Abstand von einer vorausliegenden Kreuzung, an welcher das Fahrzeug nach rechts abbiegen muss, gibt es eine Fahrleitanweisung aus, dort nach rechts abzubiegen.
Der oben erwähnte optimale Kurs von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt kann unter Verwendung eines herkömmlichen Suchverfahrens gesucht werden.
Es ist möglich, den Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 mit einem Funk/Radioempfänger zum Empfang von Verkehrsinformationen derart zu versehen, dass ein Fahrkurs gesucht wird der Straßen vermeidet, die durch Autos blockiert oder infolge eines Unfalls oder Reparaturen geschlossen sind.
Der Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 erlaubt es einem Fahrer auch, einen Fahrkurs manuell einzustellen, indem eine darin vorhandene Kreuzung als eine Führungsmarkierung spezifiziert wird, anstelle einen optimalen Kurs von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt automatisch zu suchen.
Es ist auch möglich, eine gegenwärtige Position des Fahrzeugs auf der Straßenkarte durch kumulatives Berechnen von X- und Y-Koordinaten des Fahrzeugs aus erfassten Signalen der Fahrzeugfahrdistanz und Richtung zu bestimmen und einen Messfehler zu korrigieren, der unter Verwendung des elektronischen GPS-Navigationssystems erzeugt wurde.
Es ist natürlich möglich, eine gegenwärtige Position des Fahrzeugs auf der Straßenkarte unter Verwendung des elektronischen GPS-Navigationssystems zu bestimmen.
Der Navigationssteuer/regelabschnittA kann einen magnetischen Nagelsensor 16 (siehe Fig. 9) aufweisen. Wenn ein Fahrzeug, das mit einer solchen Fahrleiteinrichtung versehen ist, die einen magnetischen Nagelsensor umfasst, auf einer bestimmten Straße mit darin in einem konstanten Abstand eingebetteten magnetischen Nägeln fährt, kann der magnetische Nagelsensor diese Nägel erfassen und entsprechende Signale für jeden Nagel dem Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 liefern. Der Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 kann dann die gegenwärtige Position des Fahrzeugs auf der bestimmten Straße durch Zählen der Anzahl von erfassten Nägel bestimmen.
Der automatische Fahrsteuer/regelabschnitt B besteht im Wesentlichen aus einer Videokamera 8, die an dem Fahrzeug so angebracht ist, dass sie laufend aufeinanderfolgende Bilder der Straßenfläche vor dem Fahrzeug aufnimmt; einem Bildverarbeitungsabschnitt 9 zum Extrahieren von Straßenbildkomponenten, wie z. B. durchgezogene-Linie-Segmenten und weißen Straßenränder, aus den von der Videokamera aufgenommenen Bildern; einem Radar 10, das an dem Fahrzeug angebracht ist, um jedes Objekt in einem Bereich vor dem Fahrzeug zu suchen; einem Hindernissensor 11 zur Bestimmung einer Position in einer zweidimensionalen Ebene von jedem von dem Radar 10 erfassten Hindernis; einem Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt 12, der ein Computersystem umfasst, das ein Straßenmuster in einer gegenwärtigen (zweidimensionalen) Ebene durch projektive Transformation der durch den Bildverarbeitungsabschnitt 9 extrahierten perspektivischen projizierten Straßenkomponenten erhalten kann, Positionsdaten von dem durch den Hindernissensor 11 erfassten Hindernis empfangen kann und das Fahrzeug steuern/- regeln kann, um dem projektiv transformierten Straßenmuster mit einer aus einer Krümmung des Straßenmusters bestimmten geeigneten Fahrgeschwindigkeit zu folgen und das Hindernis zu vermeiden; und einem Betätigungseinrichtungstreiberabschnitt 13 zum selektiven Antreiben eines Beschleunigers 142, einer Bremse 142 und einer Lenkeinheit 143 gemäß verschiedenen Arten von Steuer/Regelsignalen, die durch den Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt 12 erzeugt werden.
Wenn sich das Fahrzeug beispielsweise einem Abzweigungspunkt nähert, empfängt der Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt 12 eine Navigationsanweisung vom Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 des Navigationssteuer/regelabschnitts A, erkennt unter den von den aufgenommenen Bildern erhaltenen Straßenmustern ein verfolgbares Straßenmuster und steuert/regelt das Fahrzeug so, dass es dem erkannten Straßenmuster folgend fährt.
Der Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt 12 liest eine vorher in dem Karteninformationsspeichermedium 4 gespeicherte gesetzliche Grenze für die gegenwärtige Fahrstraße und steuert/regelt das Fahrzeug derart, dass es die Straße mit einer bestimmten geeigneten Geschwindigkeit, jedoch die gesetzliche Grenze einhaltend, befährt.
Die durch den Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt praktisch zu steuernden/regelnden Gegenstände sind dieselben wie jene eines herkömmlichen Fahrsteuer/regelverfahrens.
Die Ausführungsform der Erfindung umfasst Mittel zur Bestimmung einer Position des Fahrzeugs auf der gegenwärtigen Fahrstraße gemäß erfasster Einzelheiten davon und zur Korrektur der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs, um es zu dem entsprechenden Punkt auf der Straßenkarte zu bringen.
In der Ausführungsform erkennt der Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt 12 gegenwärtige Einzelheiten der Straße, auf welcher das Fahrzeug fährt, basierend auf dem durch die Videokamera aufgenommenen Frontbild und gibt die resultierende Information zum Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 weiter, welcher im Wechsel die gegenwärtigen Positionsdaten neu schreibt, damit die gegenwärtige Position des Fahrzeugs mit der entsprechenden Position auf der Straßenkarte übereinstimmt.
Praktisch wird der Straßenverzweigungszustand als Straßeneinzelheiten erkannt, und auf diese Weise wird die gegenwärtige Position des Fahrzeugs korrigiert, um an dem spezifizierten Punkt relativ zu dem Abzweigungspunkt auf der Straßenkarte angeordnet zu werden.
Eine gegenwärtige Position P des Fahrzeugs kann, wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt, von der Straße abweichen als ein Ergebnis eines akkumulierten Positionierungsfehlers. In diesem Fall werden die mutmaßlichen gegenwärtigen Positionen P1, P2 und P3 vorübergehend auf jede Straße gesetzt, die innerhalb eines bestimmten Abstands von der gegenwärtigen Position P vorhanden ist und ihnen werden die jeweiligen Prioritätsfolgezahlen gemäß ihrer Abstände l1, l2 und l3 von der gegenwärtigen Position P zugewiesen. Die Position P2, welche den kürzesten Abstand l2 der höchsten Priorität hat, wird ausgewählt und Daten über die Straße, auf welcher die Position P2 vorhanden ist, werden ausgelesen. Die Position P2 wird als eine echte gegenwärtige Position beurteilt, wenn die Straße einen Abzweigungspunkt vor der Position P2 aufweist. In diesem Fall werden Daten der gegenwärtigen Position P2 neu geschrieben, sodass die angenommene gegenwärtige Position P2 eine echte gegenwärtige Position darstellen kann.
Wenn kein Abzweigungspunkt auf der Straße vor dem Punkt P2 vorhanden ist, wird die Position P2 mit der zweiten Priorität markiert und die zugehörigen Straßendaten werden ausgelesen. Die Position P2 wird als echte gegenwärtige Position beurteilt, wenn ein Abzweigungspunkt auf der Straße vor der Position P1 vorhanden ist. Wenn nicht, wird die Position P3 der nächsten Priorität markiert und auf die selbe Weise überprüft.
Fig. 3 ist ein Flussdiagramm von Verarbeitungsschritten zur Korrektur der gegenwärtigen Position, wenn erkannt wird, dass sich eine Straße gabelt.
Es ist möglich, die Straßenkarte vorher mit Daten zu versehen über Objekte entlang jeder Straße auf der Straßenkarte, die durch ein von der Videokamera aufgenommenes Bild erkannt werden können, wenn das Fahrzeug darauf fährt. In diesem Fall wird jedes Objekt als Einzelheiten der Straße erkannt, auf welcher das Fahrzeug fährt und die gegenwärtige Position kann bezüglich des erkannten Objekts so korrigiert werden, dass es an einem korrigierten Punkt auf der Straßenkarte angeordnet wird.
Es ist auch möglich, ein Straßenschild in einem von einer Videokamera aufgenommenen Bild als Einzelheiten der Straße zu erkennen, auf welcher das Fahrzeug fährt und zu bestimmen, ob das Fahrzeug auf einer Autobahn/Landstraße fährt oder nicht durch die Angabe der maximal zulässigen Geschwindigkeit auf dem Straßenschild und/oder durch die Farbe der Zeichen auf dem Schild oder die Farbe des Schild selbst. In diesem Fall kann die gegenwärtige Position des Fahrzeugs bezüglich des erkannten Straßenschilds korrigiert werden, d. h. um an einer entsprechenden Stelle auf der Autobahn/Landstraße oder einer Hauptstraße auf der Straßenkarte angezeigt zu werden.
Wenn das Fahrzeug beispielsweise gemäß dem durch den Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt 12 erkannten Strasseneinzelheiten als auf einer Autobahn/Landstraße fahrend beurteilt wird, erkennt der Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 die Klasse der Straße, auf welcher die gegenwärtige Position vorhanden ist gemäß der Karteninformation und wenn die Straße keine Autobahn/Landstrasse ist, sucht sie innerhalb eines bestimmten Abstands von der gegenwärtigen Position eine vorhandene Autobahn/Landstrasse. Wenn es dort eine Autobahn/Landstrasse gibt, wird die gegenwärtige Position so korrigiert, dass sie an einer nächsten Position auf der Autobahn/- Landstrasse ist.
Sogar wenn eine Hauptstraße unter oder parallel zu einer Autobahn/Landstrasse verläuft, kann die oben erwähnte Ausführungsform beurteilen, auf welcher Straße das Fahrzeug fährt, um so eine korrekte Bestimmung der gegenwärtigen Position auf der Straßenkarte sicherzustellen.
Die automatische Fahrleiteinrichtung gemäß der Erfindung ist auch in der Lage, Daten über erfasste Einzelheiten auf der Basis von Straßendaten zu korrigieren, die aus dem Karteninformationsspeichermedium gemäß der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs gelesen werden.
Beispielsweise wird angenommen, dass der automatische Fahrsteuer/regelabschnitt B ein in Fig. 5 in einer zweidimensionalen Ebene gezeigtes Strassenmuster durch projektives Transformieren von Straßenkomponenten R (Fig. 4), die aus einem von der Videokamera 8 aufgenommenen Bild extrahiert werden, erhielt. In diesem Fall ist die Videokamera 8 an dem Fahrzeug so angebracht, dass sie einen konstanten Depressions- oder Senkungswinkel θo hat, wie in Fig. 6 und 7 gezeigt ist, und daher kann ein durch projektive Transformation in einer zweidimensionalen Ebene erhaltenes Straßenmuster von dem tatsächlichen abweichen, wenn die sich nach vorne erstreckende Straße ansteigt und abfällt. Folglich kann eine aus einer Krümmung das erhaltenen Straßenmusters berechnete gewünschte Geschwindigkeit einen Fehler enthalten.
In dem Fall, dass die Straße nach vorne abfällt, wie in Fig. 7 gezeigt ist, kann ein durch projektive Transformation erhaltenes Straßenmuster eine lose berechnete Krümmung haben, was dazu führt, dass eine Fahrgeschwindigkeit erhalten wird, die über einer geeigneten liegt.
Um dies zu verhindern, sind Daten über die Aufwärts- und Abwärtsneigung von jeder Straße vorher in der Straßenkarteninformation enthalten. Der Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 liest Daten über die Neigung einer gegenwärtigen Fahrstraße und Daten über die Neigung eines sich nach vorne erstreckenden Teils der Straße aus dem Karteninformationsspeichermedium 4 gemäß der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs aus und gibt Daten über einen Differenzwinkel (differential angle) (eine Neigung der Straße vom Fahrzeug aus nach vorne gesehen) an den Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt 12 aus.
Der Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt 12 führt arithmetische Operationen für eine projektive Transformation von Straßenkomponenten durch vorheriges Addieren eines Differenzwinkels θs zu dem Senkungswinkel θo der an dem Fahrzeug angebrachten Videokamera durch. Die Krümmung des Straßenmusters in der zweidimensionalen Ebene kann daher im Vergleich zu dem ohne Berücksichtigung des Differenzwinkels θs berechneten Wert mit einer erhöhten Genauigkeit berechnet werden.
In den Fig. 6 und 7 stellt der Buchstabe V einen Bildaufnahmewinkel der Videokamera 8 dar und der Buchstabe O stellt eine Mittellinie der Videokamera dar.
In Fig. 8 sind Xi und Yi Koordinaten in einem Bild (Fig. 4) und Xr und Yr sind Koordinaten in einer zweidimensionalen Ebene (Fig. 5). Angenommen, dass die Videokamera 8 eine Brennweite Fc besitzt und in einem Senkungswinkel θo und einem Niveau Hc angebracht ist, werden die folgenden Gleichungen erhalten:
Tan φ = Hc/xr ... (1)
φ = θo - atan(yi/Fc) ... (2)
Aus den Gleichungen (1) und (2) wird die folgende Gleichung (3) erhalten.
xr = Hc/tan{θo - atan(yi/Fc)} ... (3)
Ein Wert "yr" kann gemäß der folgenden Gleichung (4) bestimmt werden.
yr = -xi (Fc)² + (yi)² / (xr)² + (yr)² ... (4)
Die Gleichungen (3) und (4) sind projektive Transformationsgleichungen.
Wenn ein sich nach vorne erstreckender Teil der Strasse, auf der das Fahrzeug fährt, sich in einem Differenzwinkel θs neigt, wird ein genauer Senkungswinkel θo' durch eine Gleichung θo - θs erhalten und das in der zweidimensionalen Ebene Xr - Yr durch projektive Transformation erhaltene Straßenmuster kann korrigiert werden, indem θo' für θo in der Gleichung (3) eingesetzt wird.
Es ist auch möglich, dass der Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 Daten über eine Krümmung einer sich nach vorne erstreckenden Straße und Daten über eine Krümmung einer gegenwärtigen Fahrstraße liest, von denen beide vorher in der in dem Karteninformationsspeichermedium 4 gespeicherten Straßenkarteninformation enthalten sind, und Differenzkrümmungsdaten (differential curvature data) (Daten über eine Krümmung der Straße vom Fahrzeug aus nach vorne gesehen) an den Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt 12 ausgibt, welcher im Wechsel das durch projektive Transformation erhaltene Straßenmuster korrigiert.
In der automatischen Fahrleiteinrichtung gemäß der Erfindung erfasst die Videokamera 8 und das Radar 10 Einzelheiten einer sich vom Fahrzeug aus nach vorne erstreckenden Straße, der Fahrsteuer/regelsignalverarbeitungsabschnitt 12 empfängt einen Leitbefehl von einem Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 und beurteilt, ob irgendein sich bewegendes Hindernis auf der Fahrstraße vorhanden sind oder nicht. Sie steuert/regelt das Fahrzeug so, dass es langsam fährt oder zur Sicherheit anhält, wenn irgendein sich bewegendes Hindernis auf der Straße erkannt wird.
In diesem Fall ist es zweckmässig, die Straßenkarteninformation zu verwenden, in welcher Straßenausstattungsdaten, wie z. B. Straßenschilder, Schutzgeländer und andere feste Gegenstände, vorher enthalten sind. Der Navigationssignalverarbeitungsabschnitt 3 liest Daten über Ausstattungen der gegenwärtigen Fahrstraße aus dem Karteninformationsspeichermedium 4 und unterscheidet, ob ein durch das Radar 10 entdecktes stationäres Objekt der Straßenausstattung entspricht oder nicht. Wenn nicht, wird das gefundene Objekt als ein bewegliches Hindernis beurteilt und das Fahrzeug wird so gesteuert/geregelt, dass es langsam fährt oder zur Sicherheit anhält.
Wie es aus dem Vorangehenden ersichtlich ist, ist eine automatische Fahrleiteinrichtung gemäß der Erfindung eine Kombination einer Navigationssteuer/- regeleinheit und einer automatischen Fahrsteuer/regeleinheit, in welcher Mittel zur Beurteilung einer Position eines Fahrzeugs auf einer Fahrstraße basierend auf erfassten Zuständen der Straße, die sich von dem Fahrzeug aus nach vorne erstreckt, und zur Korrektur einer gegenwärtigen Position des Fahrzeugs zu einer entsprechenden Position auf der Straßenkarte und Mittel zur Korrektur von Straßenzuständen auf der Basis von Straßendaten, die aus einem Karteninformationsspeichermedium gemäß der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs gelesen werden, vorgesehen, um sowohl die gegenwärtige Positionsgenauigkeit als auch die Fahrsteuer/regelgenauigkeit gemäß eines Fahrleitbefehls entsprechend zu erhöhen, um einem auf einer Straßenkarte voreingestellten Zielkurs durch Erfassen tatsächlicher Straßenzustände zu folgen und um eine automatische Fahrsteuerung/regelung mit einer erhöhten Genauigkeit zu realisieren.
In einer automatischen Fahrleiteinrichtung, die eine Kombination aus einer Navigationssteuer/regeleinheit und einer automatischen Fahrsteuer/regeleinheit ist, sind Mittel zur Beurteilung einer Position eines Fahrzeugs auf einer Fahrstraße basierend auf erfassten Einzelheiten der Straße, die sich von dem Fahrzeug aus nach vorne erstreckt, und zur Korrektur einer gegenwärtigen Position des Fahrzeugs auf eine entsprechende Position auf der Straßenkarte und Mittel zur Korrektur von Straßeneinzelheiten basierend auf Straßendaten, die aus einem Karteninformationsspeichermedium gemäß der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs gelesen werden, vorhanden, um sowohl die Genauigkeit der gegenwärtigen Position als auch die Genauigkeit der Fahrsteuerung/regelung gemäß dem Fahrleitbefehl zu erhöhen, um einem auf einer Straßenkarte voreingestellten Zielkurs durch Erfassen tatsächlicher Straßenbedingungen zu folgen und um eine automatische Fahrsteuerung/regelung mit einer erhöhten Genauigkeit zu realisieren.

Claims

1. Automatische Fahrleiteinrichtung für ein Fahrzeug, mit

- einem automatischen Fahrabschnitt (B), der dafür vorgesehen ist, eine Straße vor dem Fahrzeug basierend auf erfassten Straßendaten zu erkennen und das Fahrzeug so zu steuern/regeln, dass es auf der erkannten Straße gemäß einem auf einer Straßenkarte voreingestellten Zielkurs fährt, und

- einem Navigationsabschnitt (A), der eine Straßenkarteninformationsspeichereinrichtung umfasst, die Straßendaten enthält und dafür vorgesehen ist, eine gegenwärtige Position des Fahrzeugs auf der Straßenkarte gemäß einer ersten Genauigkeit zu bestimmen und den automatischen Fahrabschnitt so anzuweisen, dass er das Fahrzeug derart leitet, damit es dem Zielkurs folgt,

dadurch gekennzeichnet, dass der Navigationsabschnitt (A) ein Positionsbeurteilungsmittel (3) umfasst, das basierend auf Straßendaten, die von der Straßenkarteninformationsspeichereinrichtung erhalten werden, die gegenwärtige Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit in Reaktion auf aus den erfassten Straßendaten extrahierten Straßenmerkmalen überprüft und korrigiert, um die gegenwärtige Position des Fahrzeugs gemäß einer zweiten Genauigkeit zu bestimmen, welche höher als die erste Genauigkeit ist,

wobei das Positionsbeurteilungsmittel (3) dafür vorgesehen ist, die Überprüfung und Korrektur zu bewirken, indem es mutmaßliche gegenwärtige Positionen (P1, P2, P3) auf den Straßen, welche innerhalb eines bestimmten Abstands von der gegenwärtigen Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit vorhanden sind, vorübergehend setzt und indem es die mutmaßlichen gegenwärtigen Positionen (P1, P2, P3) dahingehend überprüft, ob die extrahierten Merkmale Merkmalen entsprechen, die für die jeweilige mutmaßliche gegenwärtige Position (P1; P2; P3) gemäß Straßendaten erwartet werden, die von der Straßenkarteninformationsspeichereinrichtung (4, 5) erhaltenen werden.

2. Automatische Fahrleiteinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mutmaßlichen gegenwärtigen Positionen (P1, P2, P3) gemäß einer Priorität überprüft werden, welche mit einem Abstand (I1; I2; I3) der jeweiligen mutmaßlichen gegenwärtigen Position (P1; P2; P3) von der gegenwärtigen Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit abnimmt.

3. Automatische Fahrleiteinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsbeurteilungsmittel (3) auf Abzweigungspunkte von Straßen reagiert, um die gegenwärtige Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit derart zu korrigieren, dass sie eine Position (P2) auf der Straßenkarte bezüglich des Abzweigungspunkts ist.

4. Automatische Fahrleiteinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsbeurteilungsmittel (3) die Überprüfung und Korrektur dadurch bewirkt, dass es mutmaßliche gegenwärtige Positionen (P1, P2, P3) auf jeweiligen Straßen in Reaktion auf Straßenmerkmale, die Abzweigungspunkten von Straßen entsprechen, vorübergehend setzt.

5. Automatische Fahrleiteinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsbeurteilungsmittel (3) auf Straßenschilder reagiert, um die gegenwärtige Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit zu korrigieren.

6. Automatische Fahrleiteinrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsbeurteilungsmittel (3) bestimmt, ob das Straßenschild zu einer Autobahn/Landstrasse gehört, und die gegenwärtige Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit dementsprechend derart korrigiert, dass sie eine entsprechende Position auf der Straßenkarte bezüglich des erfassten Straßenschilds ist.

7. Automatische Fahrleiteinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsbeurteilungsmittel (3) auf Objekte entlang von Straßen reagiert, um die gegenwärtige Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit zu korrigieren.

8. Automatische Fahrleiteinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der automatische Fahrabschnitt (B) die für die Fahrzeugsteuerung/regelung relevanten Straßenmerkmale basierend auf den erfassten Straßendaten und den von der Straßenkarteninformationsspeichereinrichtung gemäß der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs auf einer Straßenkarte erhaltenen Straßendaten bestimmt.

9. Automatische Fahrleiteinrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Straßenmerkmale durch Extraktion der Straßenmerkmale aus den erfassten Straßendaten und Korrektur der extrahierten Straßenmerkmale gemäß den von der Straßenkarteninformationsspeichereinrichtung erhaltenen Straßendaten bewirkt wird.

10. Automatische Fahrleiteinrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die von der Straßenkarteninformationsspeichereinrichtung erhaltenen Straßendaten auf einen Neigungswinkel (θs) und/oder eine Krümmung der Straße beziehen.

11. Automatische Fahrleiteinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Straßenkarteninformationsspeichereinrichtung Straßendaten enthält, welche Straßenausstattungsdaten enthalten, die auf eingebaute feste Gegenstände von jeweiligen Straßen hindeuten, wobei der automatische Fahrabschnitt (B) Fahrsteuer/regelmittel (12) umfasst, die dafür vorgesehen sind, ein sich bewegendes Hindernis auf der Straße vor dem Fahrzeug zu erfassen und das Fahrzeug zu steuern/regeln, um sich dem sich bewegenden Hindernis mit niedriger Geschwindigkeit zu nähern oder anzuhalten, wobei das Fahrsteuer/regelmittel ferner dafür vorgesehen ist, einen stationären Körper auf einer Straße vor dem Fahrzeug zu erfassen und - basierend auf der von der Straßenkarteninformationsspeichereinrichtung erhaltenen Straßenausstattungsdaten - zu unterscheiden, ob der stationäre Körper einem eingebauten festen Gegenstand der jeweiligen Straße entspricht und - in dem Fall, dass der Körper nicht als ein eingebauter fester Gegenstand identifiziert werden kann - den stationären Körper als ein bewegliches Hindernis zu identifizieren und das Fahrzeug zu steuern/regeln, um sich dem als ein bewegliches Hindernis identifizierten stationären Körper mit niedriger Geschwindigkeit zu nähern oder anzuhalten.

12. Fahrleitverfahren für ein Fahrzeug, umfassend:

- Erkennen einer Straße vor dem Fahrzeug basierend auf erfassten Straßendaten und Steuern/Regeln des Fahrzeugs, um auf der erkannten Straße gemäß einem auf einer Straßenkarte voreingestellten Zielkurs zu fahren, und

- Bestimmen einer gegenwärtigen Position des Fahrzeugs auf der Straßenkarte gemäß einer ersten Genauigkeit und Leiten des Fahrzeugs, um dem Zielkurs zu folgen,

gekennzeichnet durch

- Überprüfen und Korrigieren der gegenwärtigen Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit basierend auf zuvor gespeicherten Straßendaten in Reaktion auf Straßenmerkmale, die aus den erfassten Straßendaten extrahiert werden, um die gegenwärtige Position des Fahrzeugs gemäß einer zweiten Genauigkeit zu bestimmen, die höher als die erste Genauigkeit ist, wobei für bestimmte Straßenmerkmale die Überprüfung und Korrektur bewirkt wird, indem mutmaßliche gegenwärtige Positionen (P1, P2, P3) auf den Straßen, welche innerhalb eines bestimmten Abstands von der gegenwärtigen Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit vorhanden sind, vorübergehend gesetzt werden und indem die mutmaßlichen gegenwärtigen Positionen (P1, P2, P3) dahingehend überprüft werden, ob die extrahierten Merkmale Merkmalen entsprechen, die für die jeweilige mutmaßliche gegenwärtige Position (P1; P2; P3) gemäß den zuvor gespeicherten Straßendaten erwartet werden.

13. Fahrleitverfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mutmaßlichen gegenwärtigen Positionen (P1, P2, P3) gemäß einer Priorität überprüft werden, welche sich mit einem Abstand (I1; I2; I3) der jeweiligen mutmaßlichen gegenwärtigen Position (P1; P2; P3) von der gegenwärtigen Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit verringert.

14. Fahrleitverfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung und Korrektur in Reaktion auf Abzweigungspunkte von Straßen bewirkt wird, um die gegenwärtige Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit so zu korrigieren, dass sie eine Position (P2) auf der Straßenkarte bezüglich des Abzweigungspunkts ist.

15. Fahrleitverfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Reaktion auf Straßenmerkmale, weiche Abzweigungspunkten von Straßen entsprechen, die Überprüfung und Korrektur durch vorübergehendes Setzen mutmaßlicher gegenwärtiger Positionen (P1, P2, P3) auf jeweiligen Straßen bewirkt wird.

16. Fahrleitverfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung und Korrektur in Reaktion auf Straßenschilder bewirkt wird, um die gegenwärtige Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit zu korrigieren.

17. Fahrleitverfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmt wird, ob das Straßenschild zu einer Autobahn/Landstrasse gehört und dementsprechend die gegenwärtige Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit derart korrigiert wird, dass sie eine entsprechende Position auf der Straßenkarte bezüglich des erfassten Straßenschilds ist.

18. Fahrleitverfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung und Korrektur in Reaktion auf Objekte entlang von Straßen bewirkt wird, um die gegenwärtige Position (P) gemäß der ersten Genauigkeit zu korrigieren.

19. Fahrleitverfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, gekennzeichnet durch das Bestimmen von Straßenmerkmalen, die für die Fahrzeugsteuerung/regelung relevant sind, basierend auf den erfassten Straßendaten und zuvor gespeicherten Straßendaten gemäß der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs auf einer Straßenkarte.

20. Fahrleitverfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung von Straßenmerkmalen durch Extrahieren der Straßenmerkmale aus den erfassten Straßendaten und Korrigieren der extrahierten Straßenmerkmale gemäß den zuvor gespeicherten Straßendaten bewirkt wird.

21. Fahrleitverfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zuvor gespeicherten Straßendaten auf einen Neigungswinkel (θs) und/oder eine Krümmung der Straße beziehen.

22. Fahrleitverfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 21, gekennzeichnet durch die Verwendung von zuvor gespeicherten Straßendaten, welche Straßenausstattungsdaten umfassen, die eingebaute feste Gegenstände von jeweiligen Straßen bezeichnen, und durch Erfassen eines sich bewegenden Hindernisses auf der Straße vor dem Fahrzeug und Steuern/Regeln des Fahrzeugs, um sich dem sich bewegenden Hindernis mit niedriger Geschwindigkeit zu nähern oder anzuhalten,

Erfassen eines stationären Körpers auf einer Straße vor dem Fahrzeug und - basierend auf zuvor gespeicherten Straßenausstattungsdaten - und Unterscheiden, ob der stationäre Körper einem eingebauten festen Gegenstand der jeweiligen Straße entspricht und - wenn der Körper nicht als eingebauter fester Gegenstand identifiziert werden kann - Identifizieren des stationären Körpers als ein bewegliches Hindernis und Steuern/Regeln des Fahrzeugs, um sich dem afs ein bewegliches Hindernis identifizierten stationären Körper mit niedriger Geschwindigkeit zu nähern oder anzuhalten.