DE102004051527A1 - Driving assistance device for e.g. truck, has evaluating device connected to image sensor e.g. video camera, and medium connected to evaluating device for detecting pitch angles and rolling angles of motor vehicle independent of sensor - Google Patents

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Axel Dipl.-Inf. Gern
Gerhard Dipl.-Ing. Kurz
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Abstract

The device has an evaluating device that is connected to an image sensor e.g. video camera. A medium connected to the evaluating device for detecting pitch angles (5) and rolling angles independent of the image sensor. Distance sensors are arranged in an area of three wheels of a motor vehicle (2) for measuring a distance between an underbody of the motor vehicle and a track surface (6).

Description

Technisches GebieteTechnical areas

Die Erfindung betrifft eine Fahrassistenzvorrichtung zur Erfassung insbesondere der Fahrspur und/oder zur Erfassung und Lokalisierung von Objekten in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs mindestens mit einer mit mindestens einem bildgebenden Sensor verbundenen Auswertevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a driving assistance device for detecting in particular the lane and / or the detection and localization of objects in the vicinity of a motor vehicle with at least one with at least An evaluation device connected to an imaging sensor according to the preamble of claim 1.

Mit zunehmendem Verkehrsaufkommen stellen Fahrassistenzvorrichtungen, mit denen ein Kraftfahrzeug automatisch in einer Fahrspur gehalten wird, oder der Fahrer gewarnt wird, wenn das Kraftfahrzeug die Fahrspur zu verlassen droht, oder mit denen Hindernisse auf der Fahrbahn oder allgemein Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst und lokalisiert werden können, ein viel versprechendes Feld zur Erhöhung der Verkehrssicherheit von Kraftfahrzeugen dar.With increasing traffic volume provide driver assistance devices, with which a motor vehicle is automatically kept in a lane, or the driver is warned when the motor vehicle the lane threatens to leave, or with which obstacles on the road or generally objects in the vicinity of the motor vehicle detected and can be localized a promising field to increase traffic safety of motor vehicles.

Derartige Fahrassistenzvorrichtungen weisen einen oder mehrere bildgebende Sensoren, wie beispielsweise Videokameras zur visuellen Erfassung der Umgebung, sowie zur Abstandsmessung einen zusätzlichen abstandgebenden Sensor, beispielsweise einen RADAR-, LIDAR-, Ultraschall-Sensor oder derglei chen auf, sowie eine Auswertevorrichtung, welches die Bild- und gegebenenfalls Abstandsdaten im Hinblick auf die jeweilige Funktion, beispielsweise Fahrspurerkennung oder Hinderniserkennung, auswertet und die gewonnenen Daten an das oder die Steuergeräte der jeweiligen Stellglieder, wie beispielsweise Lenkung, Getriebe, Antrieb, Bremse, oder einer Ausgabevorrichtung, beispielsweise eine Anzeige im Blickfeld des Fahrers, eine Stimme oder ein Warnsignal, weiterleitet. Ebenso sind Fahrassistenzvorrichtungen bekannt, bei denen mittels zweier voneinander beabatandeten bildgebenden Sensoren, welche beide das selbe Sichtfeld erfassen, eine stereoskopische Erfassung der Umgebung erfolgt, so dass auf gesonderte, abatandgebende Sensoren verzichtet werden kann.such Driver assistance devices have one or more imaging Sensors, such as video cameras for visual capture the environment, as well as for distance measurement an additional distance sensor, such as a RADAR, LIDAR, ultrasonic sensor or derglei surfaces, as well as an evaluation device which the Picture and if necessary Distance data with regard to the respective function, for example Lane detection or obstacle detection, evaluates and the won Data to the controller (s) the respective actuators, such as steering, transmission, Drive, brake, or an output device, such as a Display in the driver's field of vision, a voice or a warning signal, forwards. Likewise, driving assistance devices are known, in those by means of two spaced-apart imaging sensors, which both capture the same field of view, a stereoscopic one Capture of the environment takes place, so that on separate, abatandgebende Sensors can be dispensed with.

Derartige Fahrassistenzvorrichtungen weisen jedoch Funktionsfehler auf, die auf Fehler bei der Bilderfassung zurückzuführen sind, welche beispielsweise auf eine mangelhafte Ausrichtung des bildgebenden Sensors in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse zurückzuführen sind. Darüber hinaus ergeben sich im realen Fahrzeugbetrieb Situationen, bei denen sich das Fahrzeug relativ zur Fahrbahnoberfläche nicht in einer Ruhelage befindet, sondern sich dynamisch verhält, beispielsweise beim Einfedern in ein Schlagloch, beim Bremsen, Gasgeben und bei Kurvenfahrt. Derartige Fahrsituationen werden bislang durch einen großen Toleranzbereich bei der Erfassung der Fahrspur oder von Objekten kompensiert, wodurch es in bestimmten Situationen zu Ausfällen oder Leistungseinbußen der Fahrassistenzvorrichtung kommt.such However, driving assistance devices have malfunctions that are due to errors in image acquisition, which, for example to a poor alignment of the imaging sensor with respect on the vehicle's longitudinal axis are attributed. About that In addition, situations arise in real vehicle operation in which the vehicle relative to the road surface is not in a rest position but behaves dynamically, for example during compression in a pothole, when braking, accelerating and cornering. such Driving situations are so far by a large tolerance range in the Detecting the lane or compensated by objects, causing it in certain situations to failures or performance losses of the Driving assistance device comes.

Aus der US 6,005,492 ist eine Fahrspurerkennungsvorrichtung bekannt, bei der eine Fehlstellung des bildgebenden Sensors gegenüber der Fahrzeuglängsachse, insbesondere einer Verdrehung um die Hochachse, zur Kompensation von Fehlern bei der Bilderfassung durch Vergleich der vom bildgebenden Sensor erfassten Videodaten mit der mittels einer Geradeausfahrerkennungsvorrichtung erkennbaren geradlinigen Bewegung des Kraftfahrzeugs auf einem geraden Streckenabschnitt ermittelt wird. Nachteilig hieran ist, dass die Kompensation auf der Annahme einer konstanten Fehlstellung beruht, wobei dynamische Vorgänge, insbesondere das Einfedern des Kraftfahrzeugs nicht berücksichtigt werden.From the US 6,005,492 a lane recognition device is known in which a misalignment of the imaging sensor relative to the vehicle longitudinal axis, in particular a rotation about the vertical axis, to compensate for errors in image acquisition by comparing the recorded video data from the imaging sensor with the recognizable by means of a straight line recognition device rectilinear movement of the motor vehicle on a straight line section is determined. The disadvantage of this is that the compensation is based on the assumption of a constant malposition, with dynamic processes, in particular the compression of the motor vehicle are not taken into account.

Aus der DE 103 20 544 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Quergeschwindigkeit eines Fahrzeugs bekannt, bei dem die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Rollwinkel um die Fahrzeuglängsachse, der Gierwinkel um die Fahrzeughochachse, eine Querbeschleunigung, sowie eine Längsbeschleunigung mittels geeigneter Sensoren bestimmt wird, um diese Information einer Sicherheitsvorrichtung, beispielsweise einer Anti-Schleuder-Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.From the DE 103 20 544 A1 a method and a device for determining the lateral velocity of a vehicle is known in which the vehicle speed, the roll angle about the vehicle longitudinal axis, the yaw angle about the vehicle's vertical axis, a lateral acceleration, and a longitudinal acceleration is determined by means of suitable sensors to this information a safety device, for example an anti-spinner device to provide.

Aus der DE 101 56 219 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung der Kinetose-Störungen bekannt, bei dem die auf ein Fahrzeug einwirkenden Längs- und Querbeschleunigungen gemessen und entsprechend der gemessenen Beschleunigungen verzerrte, oder in ihrer Lage veränderte Bilder auf einer im Blickfeld eines Passagiers eines Fahrzeugs angeordneten Bildwiedergabevorrichtung wiedergegeben werden, zur mit den Eindrücken der Gleichgewichtsorgane des Passagiers beschleunigungskonformen Stimulation der visuellen Eindrücke.From the DE 101 56 219 C1 A method and apparatus for reducing kinetosis disturbances is known, in which the longitudinal and lateral accelerations acting on a vehicle are measured and reproduced in accordance with the measured accelerations distorted or positionally altered images on an image display device arranged in the field of vision of a passenger of a vehicle become, with the impressions of the equilibrium organs of the passenger acceleration-compliant stimulation of the visual impressions.

Technische Aufgabe der Erfindung:Technical task of Invention:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine durch die Möglichkeit der Erkennung von dynamischen Fahrsituationen verbesserte Fahrassistenzvorrichtung zur Fahrspurerkennung und/oder zur Erfassung und Lokalisierung von Objekten in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs zu entwickeln.Of the Invention is based on the object, one by the possibility the recognition of dynamic driving situations improved driving assistance device for lane detection and / or detection and localization of To develop objects in the environment of a motor vehicle.

Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:Disclosure of the invention and their advantages:

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung gelöst durch mit der Auswertevorrichtung verbundene, vom bildgebenden Sensor unabhängige Mittel zur Erfassung des Nickwinkels des Kraftfahrzeugs, zur Verbesserung der Funktion der Fahrassistenzvorrichtung durch die Möglichkeit, Fehlinformationen der Fahrassistenzvorrichtung, welche auf einer durch das Nicken verursachten Verzerrung der Perspektive des bildgebenden Sensors basieren, beispielsweise einer durch die nickbedingte Verzerrung bedingte Fehlangabe über die Position eines Objekts in der Umgebung des Kraftfahrzeugs oder des Verlaufs oder der Breite einer Fahrspur, anhand des beispielsweise durch Messung der Federwege an den Federbeinen des Kraftfahrzeugs oder durch Messung der Abstände zwischen Fahrzeugunterboden und Fahrbahnoberfläche im Bereich der Radaufhängungen genau bestimmbaren Nickwinkels rechnerisch zu kompensieren.The problem is solved in a device of the type mentioned by the with Evaluation device connected, independent of the imaging sensor means for detecting the pitch angle of the motor vehicle, to improve the function of the driving assistance device by the possibility of incorrect information of the driving assistance device, which are based on a caused by the pitch distortion of the perspective of the imaging sensor, such as a nickbedingte distortion Conditional misstatement about the position of an object in the environment of the motor vehicle or the course or the width of a lane, on the basis of, for example, by measuring the suspension travel on the spring struts of the motor vehicle or by measuring the distances between the vehicle underbody and road surface in the region of the suspensions precisely determinable pitch angle mathematically to compensate.

Es ist zwar grundsätzlich bekannt, dass der Nickwinkel einen Einfluss auf die Erfassung der Fahrspur oder die Erfassung und Lokalisierung von Objekten in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs hat, wobei jedoch bislang der Nickwinkel und dessen dynamische Änderung über die Verfolgung von Objekten und Fahrspuren, sowie durch Auswertung des optischen Flusses in den Bildfolgen des bildgebenden Sensors bestimmt wird. Insbesondere bei mit einem bildgebenden Sensor arbeitenden Fahrassistenzvorrichtungen zur Erfassung der Fahrspur wird hierbei jedoch die Annahme einer konstanten Spurbreite sowie einer eben verlaufenden Fahrbahn zugrunde gelegt. Dabei muss, um auch bei Bodenwellen die Fahrspur nicht zu verlieren, und auch um Änderungen der Spurbreite verarbeiten zu können, die Unsicherheit beziehungsweise Dynamik entsprechend der aus der großen Toleranz des Nickwinkels resultierenden Ungenauigkeit groß gewählt werden. Dies kann beispielsweise an Gabelungen, Aufweitungen und Ausfahrten zu Ausfällen von Fahrassistenzvorrichtungen zur Fahrspurerkennung führen. Ebenso ist grundsätzlich bekannt, den Nick- oder Rollwinkel mittels Fahrdynamischer Rechenmodelle in Verbindung mit Beschleunigungs- und Drehratensensoren zu ermitteln. Deren Zuverlässigkeit ist jedoch nicht ausreichend, um eine möglichst genaue Erfassung des Nickwinkels in jeder Fahrsituation sicherzustellen.It is basically Known that the pitch angle has an impact on the detection of Lane or the detection and localization of objects in the Environment of a motor vehicle, but so far the pitch angle and its dynamic change over the Tracking of objects and lanes, as well as by evaluation of the optical Flow is determined in the image sequences of the imaging sensor. In particular, working with an imaging sensor driving assistance devices for the detection of the lane but here is the assumption of a constant track width and a flat roadway placed. In order to avoid the lane even at bumps lose, and also about changes to be able to process the track width, the uncertainty or dynamics corresponding to that from the huge Tolerance of the pitch angle resulting inaccuracy be large. This For example, at forks, widenings and exits too precipitate lead by driving assistance devices for lane detection. As well is basically known, the pitch or roll angle by means of dynamic driving models to be determined in conjunction with acceleration and yaw rate sensors. Their reliability However, it is not sufficient to capture the most accurate possible Ensure pitch angle in every driving situation.

Demgegenüber weist die erfindungsgemäße Fahrassistenzvorrichtung den Vorteil auf, dass der Nickwinkel unabhängig vom bildgebenden Sensor bestimmt wird, beispielsweise durch geeignete Sensoren am Fahrwerk, beispielsweise an den Federbeinen angeordnete Sensoren zur Messung der Federwege, oder durch am Fahrzeugunterboden angeordnete, den Abstand zwischen Fahrzeugunterboden und Fahrbahnoberfläche messenden, abstandsgebende Sensoren. Hierdurch kann zunächst der Nickwinkel wesentlich genauer bestimmt werden als bisher. Darüber hinaus kann der unabhängig vom bildgebenden Sensor erfasste Nickwinkel dazu verwendet werden, perspektivische Fehler des bildgebenden Sensors, die durch eine Beschleunigung oder Verzögerung in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verursacht werden, rechnerisch von der Auswertevorrichtung zu kompensieren, wodurch die Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit der Fahrspurerkennung sowie der Genauigkeit bei der Erfassung und Lokalisierung von Objekten erhöht wird.In contrast, points the driving assistance device according to the invention the advantage that the pitch angle determined independently of the imaging sensor is, for example, by suitable sensors on the chassis, for example arranged on the struts sensors for measuring the spring travel, or by arranged on the vehicle underbody, the distance between Vehicle underbody and road surface measuring, distance giving Sensors. This can be done first the pitch angle be determined much more accurate than before. Furthermore can be independent be used by the imaging sensor recorded pitch angle perspective errors of the imaging sensor caused by a Acceleration or deceleration longitudinal of the motor vehicle, calculated by the evaluation device compensate, reducing the reliability and reliability the lane detection and the accuracy of the detection and Localization of objects increased becomes.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zusätzlich zu, oder anstelle der Mittel zur Erfassung des Nickwinkels vorzugsweise vom bildgebenden Sensor unabhängige Mittel zur Erfassung des Rollwinkels des Kraftfahrzeugs mit der Auswertevorrichtung verbunden sind, zur Verbesserung der Funktion der Fahrassistenzvorrichtung durch die Möglichkeit, Fehlinformationen der Fahrassistenzvorrichtung, welche auf einer durch das Rollen des Kraftfahrzeugs um seine Längsachse verursachten Verzerrung der Perspektive des bildgebenden Sensors basieren, beispielsweise einer durch die rollbedingte Verzerrung bedingte Fehlangabe über die Position eines Objekts in der Umgebung des Kraftfahrzeugs oder des Verlaufs oder der Breite einer Fahrspur, anhand des beispielsweise durch Messung der Federwege an den Federbeinen des Kraftfahrzeugs oder durch Messung der Abstände zwischen Fahrzeugunterboden und Fahrbahnoberfläche im Bereich der Radaufhängungen genau bestimmbaren Rollwinkels rechnerisch zu kompensieren. Dabei ist grundsätzlich denkbar, den Rollwinkel bei bekanntem Nickwinkel anhand des vom bildgebenden Sensor erfassten Verlaufs der Fahrbahn unter der Annahme einer ebenen Fahrbahn zu bestimmen, wobei diese Variante insbesondere bei einer gewölbten Fahrbahn fehlerbehaftet ist. Diese Fehlerquelle wird umgangen, indem beispielsweise die selben Sensoren wie zur Bestimmung des Nickwinkels zu einer vom bildgebenden Sensor unabhängigen Bestimmung des Rollwinkels verwendet werden.A advantageous embodiment of the invention provides that in addition to, or instead of the means for detecting the pitch angle, preferably from imaging sensor independent Means for detecting the roll angle of the motor vehicle with the evaluation device connected to improve the function of the driving assistance device through the possibility, Misinformation of the driving assistance device, which on a caused by the rolling of the motor vehicle about its longitudinal axis distortion based on the perspective of the imaging sensor, for example a misstatement due to the roll - related distortion over the Position of an object in the vicinity of the motor vehicle or the Course or the width of a lane, based on the example by measuring the suspension travel on the spring struts of the motor vehicle or by measuring the distances between vehicle underbody and road surface in the area of the wheel suspensions precisely calculated roll angle computationally compensate. It is in principle conceivable, the roll angle with a known pitch angle on the basis of imaging sensor detected course of the road under the assumption to determine a flat roadway, this variant in particular at a vaulted Road is faulty. This source of error is bypassed by for example, the same sensors as for the determination of the pitch angle to an independent of the imaging sensor determination of the roll angle be used.

Die Kenntnis der aktuellen Nick- und/oder Rollwinkel eines Kraftfahrzeugs und deren dynamische Änderungen trägt wesentlich zur Verbesserung, insbesondere im Hinblick auf die Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit von umgebungserfassenden Fahrassistenzvorrichtungen bei. Der Vorteil resultiert dabei unter anderem auf der Möglichkeit, beispielsweise Suchfenster zur Fahrspurerkennung oder bei der Erfassung, Lokalisierung oder der Erkennung von Objekten im sich ständig verändernden Umfeld eines fahrenden Fahrzeugs genauer positionieren zu können. Darüber hinaus kann durch die Kenntnis eines oder beider Winkel die positionsrichtige perspektivische Anzeige von Nachtfahrhilfen, bei denen der weitere, gegebenenfalls auerhalb des Sichtfeldes liegende Straßenverlauf zusammen mit einem Bild der bei der momentanen Beleuchtung tatsächlich sichtbaren Umgebung auf einer Anzeigevorrichtung im Blickfeld des Fahrers angezeigt, oder der außerhalb des Sichtbereichs liegende Straßenverlauf in das Blickfeld des Fahrers, beispielsweise in die Windschutzscheibe, hineingespiegelt wird, verbessert werden.The knowledge of the current pitch and / or roll angle of a motor vehicle and its dynamic changes contributes significantly to the improvement, in particular with regard to the reliability and availability of environment-aware driving assistance devices. Among other things, the advantage results from being able to more accurately position, for example, search windows for lane recognition or for the detection, localization or recognition of objects in the constantly changing environment of a moving vehicle. In addition, by knowing one or both angles, the positionally correct perspective display of night driving aids, in which the further, possibly outside the field of vision road course together with an image of actually visible in the current lighting environment on a display device in the field of view displayed by the driver, or the out-of-sight road is reflected in the field of view of the driver, for example in the windshield, improved.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch mit der Auswertevorrichtung verbundene Mittel zur Erfassung des Gierwinkels des Kraftfahrzeugs, zur Verbesserung der Funktion der Fahrassistenzvorrichtung durch die Möglichkeit, Fehlinformationen der Fahrassistenzvorrichtung, welche auf einer durch das Gieren des Kraftfahrzeugs um seine Hochachse verursachten Verzerrung der Perspektive des bildgebenden Sensors basieren, durch genaue Erfassung des Gierwinkels rechnerisch zu kompensieren. Eine Erfassung des Gierwinkels ist beispielsweise durch einen Querbeschleunigungssensor in Verbindung mit einem Lenkwinkelsensor sowie beispielsweise den bei Antiblockiervorrichtungen oder Antriebs-Schlupfregelungen ohnehin notwendigen Raddrehgebern möglich.A advantageous embodiment of the invention is characterized by means connected to the evaluation device for detecting the Yaw angle of the motor vehicle, to improve the function of Driving assistance device by the possibility of misinformation the driving assistance device, which on one by yawing of the motor vehicle caused about its vertical axis distortion of the Perspective of the imaging sensor based, by accurate detection of the yaw angle computationally compensate. A capture of the Yaw angle is, for example, by a lateral acceleration sensor in conjunction with a steering angle sensor and, for example, the Necessary anyway with anti-lock devices or drive slip controls Wheel encoders possible.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zur Erfassung des Nick- und/oder Rollwinkels mindestens im Bereich von drei Rädern des Kraftfahrzeugs angeordnete Abstandsensoren zur Messung des Abstandes zwischen dem Unterboden des Kraftfahrzeugs und der Fahrbahnoberfläche umfassen, wobei anhand des Radstandes und der Spurweite des Kraftfahrzeuges aus den Abstandsdaten der Abstandssensoren jeweils Nick- und Rollwinkel bestimmbar ist.A advantageous embodiment of the invention provides that the means for detecting the pitch and / or roll angle at least in the range of three wheels the motor vehicle arranged distance sensors for measuring the distance between the underbody of the motor vehicle and the road surface, being based on the wheelbase and the gauge of the motor vehicle the distance data of the distance sensors each pitch and roll angle is determinable.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zur Erfassung des Nick- und/oder Rollwinkels mindestens an drei Federbeinen des Kraftfahrzeugs angeordnete Federwegsensoren sind, wobei anhand des Radstandes und der Spurweite des Kraftfahrzeuges aus den gemessenen Federwegen der Federwegsensoren jeweils Nick- und Rollwinkel bestimmbar sind.Another advantageous embodiment of the invention provides that the means for detecting the pitch and / or roll angle at least three spring struts of the motor vehicle arranged spring travel sensors are, based on the wheelbase and the track of the motor vehicle from the measured spring travel of the travel sensors each pitch u and roll angle can be determined.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der bildgebende Sensor die Kamera eines Nachtsichtgeräts ist, wobei bei mehreren bildegebenden Sensoren zumindest ein bildgebender Sensor die Kamera eines Nachtsichtgeräts ist.A Another advantageous embodiment of the invention provides that the imaging sensor is the camera of a night vision device, wherein in a plurality of imaging sensors at least one imaging Sensor is the camera of a night vision device.

Eine zusätzliche, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der bildgebende Sensor ein im für das menschliche Auge sichtbaren Teil des Lichts arbeitender, die Umgebung des Kraftfahrzeugs erfassender Sensor, vorzugsweise eine Videokamera ist.A additional advantageous embodiment of the invention provides that the imaging Sensor in for the human eye visible part of the light working, the Environment of the motor vehicle sensing sensor, preferably a Video camera is.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Fahrassistenzvorrichtung zusätzlich ein Navigationsgerät sowie eine Bildwiedergabevorrichtung umfasst, zur Vorhersage oder Anzeige des weiteren, außerhalb des Sichtfeldes des Fahrers liegenden Straßenverlaufs, wobei mit Hilfe der Nick- und Rollwinkelinformation eine verbesserte, positionsrichtige Anzeige des weiteren Straßenverlaufs und der von dem bildgebenden Sensor erfassten Umgebung und/oder eine verbesserte, positionsrichtige perspektivischen Anzeige von Richtungshinweisen auf der Bildwiedergabevorrichtung möglich ist. Insbesondere in Verbindung mit einem Navigationsgerät können zusätzlich beispielsweise Fahrspurinformationen oder Informationen aus Kartensystemen verwendet werden, um eine perspektivisch richtige Darstellung von Umgebungsinformationen auf einer Bildwiedergabevorrichtung zu erhalten. Darüber hinaus ist es denkbar, auch Informationen einer Fahrassistenzvorrichtung zur Fahrspurerkennung zur Unterstützung einer perspektivisch richtigen Anzeige auf einer Bildwiedergabevorrichtung zu verwenden.A Particularly advantageous embodiment of the invention provides that the driving assistance device in addition a navigation device and a picture reproduction apparatus for predicting or Display further, outside the field of view of the driver lying road course, with help the pitch and roll angle information an improved, correct position Display of the further course of the road and the environment detected by the imaging sensor and / or an improved, positionally correct perspective view of Directional indications on the image display device is possible. In particular, in connection with a navigation device, for example, lane information may additionally be provided or information from map systems used to create a Perspectively correct representation of environmental information an image display device to obtain. In addition, it is conceivable also information of a driving assistance device for lane detection for support a perspective correct display on an image display device to use.

Eine andere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Fahrassistenzvorrichtung zusätzlich mindestens einen abstandsgebenden Sensor, beispielsweise einen RADAR-, LIDAR- oder Ultraschall-Sensor zur Bestimmung des Abstandes und gegebenenfalls der Richtung zu einem Objekt in der Umgebung des Kraftfahrzeugs umfasst. Dabei lassen sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasste Objekte und Hindernisse perspektivisch richtig und positionsrichtig auf einer gegebenenfalls vorhandenen Bildwiedergabevorrichtung darstellen.A another, particularly advantageous embodiment of the invention sees before that the driving assistance device additionally at least one distance-giving Sensor, for example a RADAR, LIDAR or ultrasonic sensor for determining the distance and optionally the direction an object in the environment of the motor vehicle. Let it go in the vicinity of the motor vehicle detected objects and obstacles in perspective correctly and in the correct position on a possibly existing one Display image display device.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zusätzlich, insbesondere zur Zurverfügungstellung von Vergleichs- und Redundanzwerten, eine modellbasierte Berechnung des Roll- und/oder Nickwinkels zur Verbesserung der Roll- und/oder Nickwinkelbestimmung und der Verfügbarkeit von Roll- und/oder Nickwinkel erfolgt. Eine modellbasierte Bestimmung des Roll- und/oder Nickwinkels kann beispielsweise durch eine Erfassung der Roll- und/oder Nickrate erfolgen. Dabei sind der Roll- und/oder der Nickwinkel durch Integration der Roll- und/oder Nickraten über der Zeit bestimmbar. Hierzu kann beispielsweise ein Modell des Kraftfahrzeugs mit jeweils einem Freiheitsgrad für den Roll- und den Nickwinkel verwendet werden, bei dem Aufbaufedern, Stabilisatoren und Dämpfer in rotatorische Federsteifigkeiten und Dämpfungen umgerechnet, und mit den entsprechenden Trägheitsmomenten verknüpft sind. Durch einen Vergleich der Roll- und Nickwinkel aus der Federwegmessung mit denen auf der modellbasierten Berechnung wird die Genauigkeit der verfügbaren Roll- und Nickwinkel erhöht. Die parallel verlaufenden Verfahren der Federwegmessung und der modellbasierten Berechnung bieten darüber hinauf eine erhöhte Ausfallsicherheit durch Redundanz.A advantageous embodiment of the invention provides that in addition, in particular for the provision of comparison and redundancy values, a model-based calculation the roll and / or pitch angle to improve the roll and / or pitch angle determination and availability of rolling and / or Nick angle takes place. A model-based determination of roll and / or Nickwinkels can for example by detecting the rolling and / or Pitch rate. Here are the roll and / or the pitch angle by integration of the roll and / or Nick rates over determinable over time. For this purpose, for example, a model of the motor vehicle each with one degree of freedom for the roll and the pitch angle used in the construction springs, stabilizers and dampers in rotatory spring stiffness and damping converted, and with the corresponding moments of inertia connected are. By comparing the roll and pitch angles from the spring travel measurement with those on the model-based calculation, the accuracy the available Roll and pitch angle increased. The parallel method of suspension travel and the Model-based computations provide a higher level of fail-safety Redundancy.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:Brief description of the drawing, in the show:

1 eine vereinfachte Darstellung der Definition des Nickwinkels bei einem Kraftfahrzeug und 1 a simplified representation of the definition of the pitch angle in a motor vehicle and

2 eine vereinfachte Darstellung der Definition des Rollwinkels bei einem Kraftfahrzeug. 2 a simplified representation of the definition of the roll angle in a motor vehicle.

Wege zur Ausführung der Erfindung:Ways to execute the Invention:

Eine in 1 dargestelltes, als LKW 1 ausgeführtes Kraftfahrzeug 2 federt beispielsweise bei einer scharfen Abbremsung an seiner Vorderachse 3 ein, wohingegen die Hinterachse 4 entlastet wird. Hierdurch ergibt sich ein Nickwinkel 5 zwischen der parallel zur Fahrbahn 6 liegenden Ruhelage des Kraftfahrzeuges 2 und dem in 1 an der Vorderachse einseitig eingefederten Kraftfahrzeug 2. Der Nickwinkel 5 resultiert aus einer Beschleunigung oder Verzögerung des Kraftfahrzeugs 2 in Längsrichtung, beispielsweise durch Gesgeben oder Bremsen.An in 1 pictured, as a truck 1 executed motor vehicle 2 springs, for example, at a sharp deceleration on its front axle 3 one, whereas the rear axle 4 is relieved. This results in a pitch angle 5 between the parallel to the roadway 6 lying rest position of the motor vehicle 2 and in 1 on the front axle unilaterally sprung motor vehicle 2 , The pitch angle 5 results from an acceleration or deceleration of the motor vehicle 2 in the longitudinal direction, for example by Gesgeben or braking.

In 2 ist das selbe, als LKW 1 ausgeführte Kraftfahrzeug 2 von vorne dargestellt. Bei einer Querbeschleunigung, beispielsweise verursacht durch Kurvenfahrt oder Fahren am Hang, federt das Kraftfahrzeug 2 an seiner der Kurvenaußenseite zugewandten Seite 7 ein, wohingegen die der Kurveninnenseite zugewandte Seite 8 entlastet wird. Das gleiche ergibt sich beim Fahren am Hang. Das Kraftfahrzeug 2 federt an der hangabwärts gerichteten Seite 7 ein, wohingegen die hangaufwärts gerichtete Seite 8 entlastet wird. Hierdurch ergibt sich ein Rollwinkel 9 um die Fahrzeuglängsachse zwischen der parallel zur Fahrbahn 6 liegenden Ruhelage des Kraftfahrzeuges 2 und dem einseitig eingefederten Kraftfahrzeug 2. Der Rollwinkel 9 resultiert auf einer Beschleunigung oder Verzögerung des Kraftfahrzeugs 2 in Querrichtung, beispielsweise durch Kurvenfahrt oder eine seitlich geneigte Fahrbahn 6.In 2 is the same as a truck 1 executed motor vehicle 2 shown from the front. In a lateral acceleration, caused for example by cornering or driving on a slope, the vehicle springs 2 on its side facing the curve outside 7 whereas, the side facing the inside of the turn 8th is relieved. The same results when driving on a slope. The car 2 springs on the downhill side 7 one, whereas the uphill side 8th is relieved. This results in a roll angle 9 around the vehicle's longitudinal axis between the parallel to the roadway 6 lying rest position of the motor vehicle 2 and the one-sided dampered motor vehicle 2 , The roll angle 9 results in an acceleration or deceleration of the motor vehicle 2 in the transverse direction, for example by cornering or a laterally inclined roadway 6 ,

Zur Erfassung von Nick- 5 und Rollwinkel 9 werden die Federwege an mindestens drei Federbeinen messtechnisch und damit unabhängig vom bildgebenden Sensor erfasst. Hierfür geeignete Sensoren sind beispielsweise von automatischen Niveauregulierungen, Leuchtweitenregulierungen, oder von Luftfederungen bekannt. Aus den Federwegen kann unter Zuhilfenahme des Radstands 10 und der Spurweite 11 der Nickwinkel 5 sowie der Rollwinkel 9 berechnet werden.For detecting pitch 5 and roll angle 9 the spring travel on at least three shock absorbers detected by measurement and thus independent of the imaging sensor. Sensors suitable for this purpose are known, for example, from automatic level controls, headlamp leveling systems or air suspensions. From the suspension travel can with the help of the wheelbase 10 and the gauge 11 the pitch angle 5 as well as the roll angle 9 be calculated.

In den nachfolgenden Gleichungen sind der Nickwinkel 5 mit α, der Rollwinkel 9 mit γ, der Radstand 10 mit d und die Spurweite 11 mit s bezeichnet. Die gemessenen Federwege sind mit f bezeichnet, die Indizes v, h, l, r stehen für vorne, hinten, links, rechts. Es gilt:

Figure 00110001
In the following equations are the pitch angle 5 with α, the roll angle 9 with γ, the wheelbase 10 with d and the gauge 11 denoted by s. The measured spring paths are denoted by f, the indices v, h, l, r stand for front, back, left, right. The following applies:
Figure 00110001

Generell verläuft dabei die Erfassung des Nickwinkels bei einem Kraftfahrzeug 2 mit Starrachsen, beispielsweise einem LKW 1 oder einem Geländewagen, genau so wie bei einem Kraftfahrzeug 2 mit Einzelradaufhängung, insbesondere einem PKW.In general, the detection of the pitch angle in a motor vehicle runs 2 with rigid axles, for example a truck 1 or a SUV, just like a motor vehicle 2 with independent suspension, especially a car.

Es ist darüber hinaus denkbar, die gemessenen Federwege zusätzlich in eine modellbasierte Aufbereitung des Nick- 5 und Rollwinkels 9 einfließen zu lassen, in der neben der gemessenen Radeinfederung auch eine geschätzte Reifeneinfederung berücksichtigt wird.In addition, it is conceivable that the measured spring travel can be additionally transformed into a model-based preparation of the pitch. 5 and roll angle 9 to incorporate, in addition to the measured Radeinfederung and an estimated Reifeneinfederung is taken into account.

Der Kern der Erfindung ist, vom bildgebenden Sensor unabhängig ermittelte Nick- 5 und Rollwinkel 9 Fahrassistenzvorrichtungen zur Erfassung der Umgebung eines Krafftfahrzeugs 2 direkt zur Verfügung zu stellen. Die genauere Kenntnis dieser Winkel trägt zu einer wesentlich höheren Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit derartiger Fahrassistenzvorrichtungen bei. Dies gilt insbesondere für:

  • – Verfügbarkeit von Nick- 5 und Rollwinkel 9, wenn diese beispielsweise bei fehlenden Fahrbahnmarkierungen nicht mit Hilfe des bildgebenden Sensors beobachtet werden können,
  • – Stützung der Fahrapurerkennung mit den berechneten Nick- 5 und Rollwinkeln 9 durch Fusion, beispielsweise in einem Kalman Filter durch Hinzufügung der tatsächlich gemessenen Winkel,
  • – Stabilisierung der Bilder in der Darstellung und für die Weiterverarbeitung durch Kompensation der Nick- und Rollbewegung des Kraftfahrzeugs 2,
  • – Verbesserte perspektivische Darstellung von Hilfslinien und Markierungen bei Nachtsichtgeräten, Nachtfahrhilfen, Einparkhilfen und dergleichen mit Bildwiedergabevorrichtung, beispielsweise einer Horizontlinie oder einer Fahrbahnmarkierung,
  • – Verbesserte perspektivische Darstellung von erkannten Objekten und Hindernissen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs auf einer Bildwiedergabevorrichtung,
  • – Anpassung der Suchbereiche für Fahrspur- und Objekterkennung durch die präzisen Informationen über die tatsächlichen Nick- 5 und Rollwinkel 9.
The core of the invention is pitch, independently determined by the imaging sensor. 5 and roll angle 9 Driving assistance devices for detecting the environment of a Krafftfahrzeugs 2 directly available. The more precise knowledge of these angles contributes to a much higher reliability and availability of such driver assistance devices. This applies in particular to:
  • - availability of pitch 5 and roll angle 9 if, for example, they can not be observed with the aid of the imaging sensor in the case of missing lane markings,
  • - support of the tracker recognition with the calculated pitch 5 and roll angles 9 by fusion, for example in a Kalman filter by adding the actually measured angles,
  • - Stabilization of the images in the representation and for further processing by compensating the pitch and roll movement of the motor vehicle 2 .
  • Improved perspective representation of auxiliary lines and markings in night vision devices, night driving aids, parking aids and the like with image reproduction device, for example a horizon line or a lane marking,
  • Improved perspective view of detected objects and obstacles in the vicinity of the motor vehicle on a picture display device,
  • - adaptation of the search areas for lane and object recognition by the precise information about the actual pitch 5 and roll angle 9 ,

Gewerbliche Anwendbarkeit:Industrial Applicability:

Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Herstellung von Kraftfahrzeugen und von Fahrassistenzvorrichtungen für Kraftfahrzeuge gewerblich einsetzbar.The Invention is particularly in the field of production of motor vehicles and of driver assistance devices for motor vehicles commercially used.

Claims (10)

Fahrassistenzvorrichtung zur Erfassung insbesondere der Fahrspur und/oder zur Erfassung und Lokalisierung von Objekten in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs (1, 2) mindestens mit einer mit mindestens einem bildgebenden Sensor verbundenen Auswertevorrichtung, gekennzeichnet durch mit der Auswertevorrichtung verbundene, vom bildgebenden Sensor unabhängige Mittel zur Erfassung des Nickwinkels (5) des Kraftfahrzeugs (1, 2).Driver assistance device for detecting, in particular, the traffic lane and / or for detecting and localizing objects in the surroundings of a motor vehicle ( 1 . 2 at least one evaluation device connected to at least one imaging sensor, characterized by means, which are connected to the evaluation device and independent of the imaging sensor, for detecting the pitch angle (US Pat. 5 ) of the motor vehicle ( 1 . 2 ). Fahrassistenzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu, oder anstelle der Mittel zur Erfassung des Nickwinkels (5) vorzugsweise vom bildgebenden Sensor unabhängige Mittel zur Erfassung des Rollwinkels (9) des Kraftfahrzeugs (1, 2) mit der Auswertevorrichtung verbunden sind.Driving assistance device according to claim 1, characterized in that in addition to or instead of the means for detecting the pitch angle ( 5 ) is preferably independent of the imaging sensor means for detecting the roll angle ( 9 ) of the motor vehicle ( 1 . 2 ) are connected to the evaluation device. Fahrassistenzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mit der Auswertevorrichtung verbundene Mittel zur Erfassung des Gierwinkels des Kraftfahrzeugs (1, 2).Driver assistance device according to claim 1 or 2, characterized by means connected to the evaluation device for detecting the yaw angle of the motor vehicle ( 1 . 2 ). Fahrassistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erfassung des Nick- (5) und/oder Rollwinkels (9) mindestens im Bereich von drei Rädern des Kraftfahrzeugs (1, 2) angeordnete Abstandsensoren zur Messung des Abstandes zwischen dem Unterboden des Kraftfahrzeugs (1, 2) und der Fahrbahnoberfläche (6) umfassen, wobei anhand des Radstandes (10) und der Spurweite (11) des Kraftfahrzeuges (1, 2) aus den Abstandsdaten der Abstandssensoren jeweils Nick- (5) und Rollwinkel (9) bestimmbar ist.Driving assistance device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the means for detecting the pitch ( 5 ) and / or roll angle ( 9 ) at least in the region of three wheels of the motor vehicle ( 1 . 2 ) arranged distance sensors for measuring the distance between the underbody of the motor vehicle ( 1 . 2 ) and the road surface ( 6 ) based on the wheelbase ( 10 ) and the gauge ( 11 ) of the motor vehicle ( 1 . 2 ) from the distance data of the distance sensors each pitch ( 5 ) and roll angle ( 9 ) is determinable. Fahrassistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erfassung des Nick- (5) und/oder Rollwinkels (9) mindestens an drei Federbeinen des Kraftfahrzeugs (1, 2) angeordnete Federwegsensoren sind, wobei anhand des Radstandes (10) und der Spurweite (11) des Kraftfahrzeuges (1, 2) jeweils Nick- (5) und Rollwinkel (9) bestimmbar sind.Driving assistance device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the means for detecting the pitch ( 5 ) and / or roll angle ( 9 ) at least at three struts of the motor vehicle ( 1 . 2 ) arranged spring travel sensors, wherein on the basis of the wheelbase ( 10 ) and the gauge ( 11 ) of the motor vehicle ( 1 . 2 ) each pitch ( 5 ) and roll angle ( 9 ) are determinable. Fahrassistenzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bildgebende Sensor die Kamera eines Nachtsichtgeräts ist.Driving assistance device according to one of the preceding Claims, characterized in that the imaging sensor is the camera of a night vision device. Fahrassistenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bildgebende Sensor vorzugsweise eine Videokamera ist.Driving assistance device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the imaging sensor is preferably a video camera is. Fahrassistenzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrassistenzvorrichtung zusätzlich ein Navigationsgerät sowie eine Bildwiedergabevorrichtung umfasst.Driving assistance device according to one of the preceding Claims, characterized in that the driving assistance device additionally a navigation device and an image display device. Fahrassistenzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrassistenzvorrichtung zusätzlich mindestens einen abstandsgebenden Sensor umfasst.Driving assistance device according to one of the preceding Claims, characterized in that the driving assistance device additionally at least comprises a distance sensor. Fahrassistenzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine modellbasierte Berechnung des Roll- (9) und/oder Nickwinkels (5) erfolgt.Driver assistance device according to one of the preceding claims, characterized in that additionally a model-based calculation of the roll ( 9 ) and / or pitch angle ( 5 ) he follows.
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