辅助机动车辆的倒车操纵的方法和设备与流程
本发明总体上涉及机动车辆驾驶员辅助系统。
本发明更具体地涉及一种辅助机动车辆的倒车操纵的方法，该机动车辆配备有倒车摄像头以及适用于显示由该倒车摄像头获取的图像的显示屏，这种方法包括：
-获取与该机动车辆的方向盘的取向角度有关的前转向角度的步骤；
-根据所述前转向角度计算表示正在倒车的机动车辆的可预测轨迹线的动态量规的步骤；以及
-通过叠加由该倒车摄像头获取的图像在该显示屏上显示所述动态量规的步骤。
本发明还涉及一种辅助机动车辆的倒车操纵的设备，该设备包括：
-获取与该机动车辆的方向盘的取向角度有关的前转向角度的装置；
-倒车摄像头；
-适用于显示由该倒车摄像头获取的图像的显示屏；以及
-计算机，该计算机适用于计算表示该机动车辆的可预测轨迹线的动态量规并且适用于通过叠加由该倒车摄像头获取的图像来显示所述动态量规。
背景技术：
目前，一些机动车辆配备有倒车摄像头，即，被放置在车辆后部处并且朝向后方取向的摄像头。
这样的倒车摄像头通常连接至位于车辆仪表板上的屏幕，以便在车辆驾驶员进行倒车时显示车辆后方环境的图像。
通常会在此图像上叠加被称为静态量规和动态量规的两个叠加层。
静态量规通常包括从车辆后部延伸给定的长度(例如3米)的两条线，并且如果该车辆以零方向盘角度倒车，则这两条线表示该车辆的两个后车轮的轨迹线。
动态量规通常包括从车辆后部延伸给定的长度(例如3米)的两条圆弧，并且这两条圆弧表示考虑到方向盘的取向角度时该车辆的两个后车轮的可预测轨迹线。
因此，这两个量规旨在辅助驾驶员倒车驻车，并且特别是评估他们所具有的用于驻车的距离。
通常，这些量规以图像文件的形式存储。因此，已知的是在显示系统的计算机的只读存储器中存储一幅静态量规的图像和大约一百幅动态量规的图像(对应于大约一百个方向盘角度)。
而这些图像文件的大小非常大，这就要求提供的计算机包括足够大小的存储器以用于存储所有这些图像。
这种设备的主要缺点是，鉴于图像文件的大小，在装配线上的机动车辆的制造过程中，这些图像文件可能不会被放置在计算机的存储器中。这是因为车辆在装配线上的每个站点保持停留的持续时间太短，从而不允许计算机存储所有这些图像。
另一个缺点是，对于显示系统的参数(倒车摄像头的改变、倒车摄像头的位置的修改等)的每一次修改都必须重新生成图像，然后将这些图像重新导入计算机的存储器中，实践证明这是昂贵且难以实施的，特别是在售后服务中。
文献us20010026317披露了一种如导言中所限定来辅助操纵的设备，其中计算机适用于逐点计算动态量规，同时考虑到方向盘的取向角度和摄像头在车辆上的位置。
因此，优点是计算机不再必须存储用于控制屏幕上动态量规显示的图像文件。
这种设备的缺点是它不适用于所有的机动车辆。
技术实现要素：
为了弥补现有技术的上述缺点，本发明提供了一种如导言中所限定的方法，其中，规定了获取该机动车辆的速度的步骤，并且其中，所述的动态量规还根据该机动车辆的速度来计算。
申请人已经观察到车辆的倒车速度可能会影响车辆的轨迹线。
尤其是当车辆配备有四个转向车轮时的情况，因为此时后车轮的转向角度不仅根据方向盘的取向角度来控制，还根据机动车辆的速度来控制。
当车辆配备有两个转向车轮并且这些车轮的转向角度是根据方向盘的取向角度和机动车辆的速度来控制时，情况也是如此。
因此，由于本发明，该方法可以用于所有机动车辆，无论其架构如何。
遵照本发明的方法的其他有利且非限制性的特征如下：
-规定了读取与该机动车辆的转向车轮的数量相关的指示符的步骤，并且所述动态量规还根据所述指示符来计算；
-对于包括四个转向车轮的机动车辆，规定了根据该机动车辆的速度计算与该机动车辆的后车轮的取向角度有关的后转向角度的步骤，并且其中，该动态量规根据所述后转向角度来计算；
-所述动态量规根据纵向校准常数和横向校准常数来计算，该纵向校准常数和该横向校准常数的值可以在售后服务中修改，以用于分别在相对于该机动车辆的纵向方向和横向方向上重新设置该动态量规；
-该动态量规的计算包括确定该机动车辆在地面上的支承平面中的初始量规的运算，随后是改变所述初始量规的参考系的运算，以便由此推导出在基本上与该倒车摄像头的焦平面重合的平面中的中间量规的形状；
-该倒车摄像头的焦平面以翻滚角、俯仰角和偏航角相对于所述支承平面倾斜，改变参考系的所述运算根据各横滚角、俯仰角和偏航角来执行；
-因为该倒车摄像头引起所获取的图像的畸变，该畸变由多个畸变参数所表征，所以该动态量规的计算包括根据所述畸变参数使所述中间量规发生畸变的畸变运算；
-针对该显示屏的各个像素逐点进行所述畸变运算。
本发明还提供了如导言中所限定的设备，其中规定了获取该机动车辆的速度的装置，并且其中，该计算机适用于实施如前述的辅助操纵的方法。
本发明还涉及一种机动车辆，该机动车辆包括两个前转向车轮、两个后转向车轮、以及如前述的协助操纵的设备。
具体实施方式
结合附图的、以非限制性实例的方式给出的以下说明将阐明本发明的实质以及可以如何实施本发明。
在附图中：
-图1是配备有两个前转向车轮的机动车辆的示意性俯视图，在其后方呈现了静态量规和动态量规的图像；
-图2是配备有四个转向车轮的机动车辆的示意性俯视图，在其后方呈现了静态量规和动态量规的图像；
-图3是显示有图1和图2中所呈现的静态量规和动态量规的变形图像的屏幕的示意图；并且
-图4是显示有图3中所呈现的静态量规和动态量规的畸变图像的屏幕的示意图。
图1和图2呈现了从上方观察的机动车辆1的两个实施例。
按照惯例，机动车辆1包括界定用于车辆的驾驶员的乘员舱的底盘。该机动车辆还包括四个车轮、用于驱动驱动车轮的驱动马达、以及用于控制转向车轮的取向向右或向左的方向盘。
在图1的实施例中，机动车辆1包括两个前转向车轮2和两个非转向后车轮3(即，不参与使机动车辆1向右或向左转向的车轮)。
在图2的实施例中，机动车辆包括两个前转向车轮2以及两个后转向车轮4。在低速下，使用四个转向车轮可以减小机动车辆1的转弯半径。
在此阶段，可以限定附属于机动车辆1的参考系
在机动车辆1的这两个实施例中，该机动车辆配备有倒车摄像头5以及适用于显示由倒车摄像头5获取的图像的显示屏30。
倒车摄像头5安排在底盘的后部处，例如，在车辆牌照上方，使得其物镜通向车辆的外部并且在球面地向后和向下定向。
更准确地说，倒车摄像头5具有通过以下方式倾斜的光轴：
-以非零俯仰角(大于5度)相对于平面
-以偏航角相对于平面
-围绕纵向轴线
显示屏30(在图3和图4中呈现)本身被放置在机动车辆1的乘员舱中，例如，在该机动车辆的仪表板上。因此，该显示屏使得驾驶员可以看到由倒车摄像头5获取的图像。
为了控制嵌入机动车辆1中的不同视听设备、特别是倒车摄像头5和显示屏30，提供了包括处理器、随机存取存储器、只读存储器、模数转换器和各种不同输入输出接口的计算机。
由于其输入接口，该计算机适用于接收来自不同传感器的输入信号。由于其模数转换器，该计算机接收的信号被采样和数字化。
因此，该计算机在其随机存取存储器中连续地存储以下内容：
-由倒车摄像头5获取的(瞬时)图像；
-车辆驾驶员所接合的挡位；
-方向盘的(瞬时)取向角度；以及
-车辆的(瞬时)速度v。
由于存储在其只读存储器中的软件，该计算机适用于为车辆的各操作条件产生输出信号。
最后，由于其输出接口，该计算机适用于将这些输出信号传输到嵌入机动车辆1中的视听设备、尤其是传输到倒车摄像头5和显示屏30。
于是该计算机适用于实施一种辅助机动车辆1的倒车操纵的方法。
一旦驾驶员接合的挡位为倒档，就实施这种方法。
该方法包括通过叠加由倒车摄像头5获取的图像来显示动态量规并且还可选地显示静态量规。
图1和图2呈现了在与机动车辆1移动所在的高速公路的平面平行的平面(在此是平面
静态量规10是使得驾驶员可以了解机动车辆1后部处的自由空间的几何图形。此几何图形具有不变的形状，与方向盘的取向角度无关。
动态量规20是几何图形，使得驾驶员可以了解机动车辆1在倒车时将走过的可预测轨迹线。此几何图形具有至少根据方向盘的取向角度而变化的形状。
这里，动态量规20具有在每一瞬间计算出的形状(因此其形状不能在数据库寄存器中读取)。
根据本发明的特别有利的特征，规定了不仅根据方向盘的取向角度而且还根据机动车辆1的速度v来计算此动态量规20的形状。
总而言之，由计算机实施的辅助操纵的方法于是包括：
-获取与该方向盘的取向角度有关的前转向角度αav的步骤；
-获取机动车辆1的速度v的步骤；
-根据机动车辆1的所述前转向角度αav和速度v确定初始动态量规20(自平面
-确定中间动态量规20’的形状的步骤，该中间动态量规对应于初始动态量规20在倒车摄像头5的焦平面中的投影；
-确定通过根据由倒车摄像头5获取的图像的畸变使中间动态量规20’变形而获得的最终动态量规20”的形状的步骤；以及
-通过叠加由倒车摄像头5获取的图像在显示屏30上显示此最终动态量规20”的步骤。
现在更具体地来说，该计算机实施以下算法。
在第一步的过程中，该计算机将存储有初始静态量规10的形状的文件读入其只读存储器或其随机存取存储器。
如果此文件尚不存在，则该计算机计算此初始静态量规10的形状。
这里，如图1和图2所示，此初始静态量规10包括两条粗的平行直线11，这两条直线平行于机动车辆1的纵向轴线
静态量规10还包括横向直线12，该横向直线在这两条直线11之间与这两条直线11正交地延伸，该横向直线距车辆后部的距离是可配置的(通常为30厘米)。
该静态量规还包括平行于横向直线12延伸的两个第一同轴段13，这两个第一同轴段距该横向直线的距离是可配置的(通常为45厘米)。这两个第一同轴段13各自朝向彼此从这两条直线11延伸出。
该静态量规最后包括平行于横向直线12延伸的两个第二同轴段14，这两个第二同轴段距该横向直线的距离是可配置的(通常为150厘米)。这两个第二同轴段14各自朝向彼此从这两条直线11延伸出。
因此，平面
考虑到车辆的轴距d3、车辆的两个后车轮3分开的距离d1、和此车辆的后悬距d2(参见图1)，此计算被递增地执行。
此计算结合了纵向校准常数cx和横向校准常数cy，该纵向校准常数和该横向校准常数的值可以在售后服务中修改，以用于分别沿机动车辆1的纵向轴线
借助说明的方式，可以通过以下公式计算初始静态量规10的这两条线11之一的点p10的坐标(x10，y10)：
x10＝d2+d3+l11·i/n+cx，其中i从1到n变动
y10＝d1/2-l11+l11·j/m+cy，其中j从1到m变动。
在这两个方程式中，l11对应于线11的长度，l11对应于此线11的宽度，n对应于在线11的长度上延伸的点p10的数量，m对应于在线11的宽度上延伸的点p10的数量。
一旦读取或计算了此初始静态量规10，计算机就计算初始动态量规20。
如图1和图2所描绘的，这里的初始动态量规20包括两条曲线21、22。
这两条曲线21、22呈两个粗圆弧的形状，以同一点(该点形成瞬时旋转中心cir)为圆心。
这两条曲线21、22彼此间隔开的距离与机动车辆1的后车轮3、4分隔开的距离对应，使得它们指示当车辆在方向盘的取向角恒定的情况下倒车时这些后车轮3、4将走过的轨迹线。
在图1和图2中应该注意到，根据机动车辆1包括两个转向车轮还是四个转向车轮，瞬时旋转中心cir的位置将不相同。
由于该设备很可能被整合到任何类型的机动车辆中，因此在计算初始动态量规20之前，计算机在其只读存储器中读入与机动车辆1的转向车轮的数量有关的指示符。
通过举例的方式，如果此指示符等于0，则计算机推导出该车辆包括两个转向车轮，这两个转向车轮是两个前车轮2(图1的情况)。
相反，如果此指示符等于1，则计算机推导出该车辆包括四个转向车轮(图2的情况)。
然后根据此指示符计算初始动态量规20。
首先考虑图1的情况，其中计算机推导出该车辆包括两个转向车轮，即，两个前车轮2。
在这种情况下，则认为瞬时旋转中心cir位于以下两条轴线的交点处：
-后车桥的轴线；以及
-穿过前车桥的中心并垂直于前车轮2的中位面延伸的轴线。
在这种情况下，因此近似认为后车轮3将绕此瞬时旋转中心cir转向。
为了计算初始静态量规20的形状，计算机于是以获取机动车辆1的前车轮2的转向角度αav开始。
这里仅从方向盘的取向角度推导出此转向角度αav。
该转向角度借助于曲线图来获得，该曲线图将转向角度αav作为方向盘的取向角度的函数给出。作为变体，该转向角度另外可以例如借助于多项式来获得，该多项式将转向角度αav作为方向盘的取向角度的函数给出。
无论如何，计算机然后确定在平面
此计算还结合了纵向校准常数cx和横向校准常数cy，如果发现不符，该纵向校准常数和该横向校准常数的值可以在售后服务中进行修改以重置初始动态量规20。
借助说明的方式，可以通过以下公式计算初始动态量规20的这两条曲线21之一的点p20的坐标(x20，y20)：
x20＝(r-d1/2)·sin(d2/r+θ最小)+d3+rj·sinθi+cx
y20＝-(r-(r-d1/2)·cos(d2/r+θ最小))+rj·cosθi+cy
在这两个方程式中，r对应于所考虑的后车轮3与瞬时旋转中心cir分隔开的半径，θ最小对应于曲线21的绘制开始的最小角度。
此外，角度θi在角度θ最小与根据要显示的圆弧的长度限定的角度θ最大之间变化。参数rj也根据曲线21的线l21的粗细而变化。因此可以这样限定这两个参数：
θi＝θ最小+(θ最大-θ最小)·i/n
rj＝-l21+2·l21·j/m
现在将考虑图2的情况，其中该车辆包括四个转向车轮。
在这种情况下，则认为瞬时旋转中心cir位于以下两条轴线的交点处：
-穿过后车桥的中心并垂直于后车轮4的中位面延伸的轴线；以及
-穿过前车桥的中心并垂直于前车轮2的中位面延伸的轴线。
在这种情况下，因此近似认为后车轮4将绕此瞬时旋转中心cir转向。
计算机以与前述披露相同的方式获取机动车辆1的前车轮2的前转向角度αav开始。
然后，计算机获取机动车辆1的后车轮4的后转向角度αar。
此后转向角度αar可以通过存储在计算机的只读存储器中的曲线图或数学函数来获得。
这里通过具有两个输入的曲线图获得，该曲线图将后车轮4的后转向角度αar与机动车辆1的各个速度v的区间以及方向盘的各个取向角度的区间相匹配。
这里将注意到，前转向角度αav和后转向角度αar分别对应于前车轮2和后车轮4的中位面与机动车辆1的纵向轴线
然后计算机确定初始动态量规20的各曲线21、22的形状。
此初始动态量规20的点p20在平面
此计算还结合了纵向校准常数cx和横向校准常数cy，如果发现不符，该纵向校准常数和该横向校准常数的值可以在售后服务中进行修改以重置初始动态量规20。
借助说明的方式，可以通过以下公式计算初始动态量规20的这两条曲线21之一的点p20的坐标(x20，y20)：
x20＝(r+d1/2·cos(-αar))·sinθi+cx+xcir
y20＝-(r+d1/2·cos(-αar))·cosθi+cy+ycir
在这两个方程式中，xcir和ycir是瞬时旋转中心cir的坐标，并且r对应于所考虑的后车轮4的转弯半径。这些参数的值可以通过以下方式获得：
xcir＝r·sin(αar)+d3
ycir＝r·cos(αar)-d1/2
r＝(d3-r1·sin(αav))/sin(-αar)
在这最后一个方程式中，r1对应于位于所考虑的后车轮4一侧的前车轮2的转弯半径。其值可以通过以下方式确定：
r1＝d3/(sin(αav)·(1+(tan(αar)/tan(αav))))
在这个阶段，计算机在存储器中具有初始静态量规10和初始动态量规20的所有点p10、p20的坐标。
应当理解，由于由倒车摄像头5获取的视图不是俯视图、而是后俯视图，所以初始静态量规和初始动态量规10、20不能叠加在由倒车摄像头5获取的图像上。
如图3所描绘的，相反，必须通过使这些初始静态量规和初始动态量规10、20变形来考虑透视。
这种透视变化包括对参考系的变化的计算，从而可以限定中间静态量规和中间动态量规10’、20’的点的坐标。
如上所披露的，倒车摄像头5具有通过以下方式倾斜的光轴：
-以非零俯仰角δ俯仰相对于平面
-以偏航角δ偏航相对于平面
-围绕纵向轴线
此光轴与倒车摄像头5的焦平面正交。
然后，将倒车摄像头5的光学中心的坐标(x摄像头，y摄像头，z摄像头)限定在附属于机动车辆1的参考系
此外，f被限定为摄像头的焦距。
最后，限定了附属于倒车摄像头5的参考系
然后，可以限定参考系矩阵的变换，以用于计算在此参考系
因此，使得可以考虑俯仰角δ俯仰的变换矩阵如下：
使得可以考虑偏航角δ偏航的变换矩阵如下：
使得可以考虑偏航角δ翻滚的变换矩阵如下：
通过组合这些矩阵并反转它们，因此可以获得附属于倒车摄像头5的参考系
通过仅考虑这些点的平面坐标(x，y)，因此可以限定在倒车摄像头5的焦平面中看到的中间静态量规和中间动态量规10’、20’的二维图像(见图3)。
这些图像现在可以叠加在由倒车摄像头5获取的图像上。
然而，由于倒车摄像头是“广角”型的，所以倒车摄像头使其获取的图像发生了很大程度的变形。这种现象被称为畸变。
因此，如图4所描绘的，由于畸变的影响，在图像上应该显示在距图像中心o’半径r’处的点p’被显示在位于距图像中心o’半径r”的点p”处。
根据本发明，则规定了以与倒车摄像头5获取的图像相同的方式使中间静态量规和中间动态量规20’发生畸变。因此，所获得的最终静态量规和最终动态量规20”可以完美地叠加在由倒车摄像头5获取的图像上。
通常，倒车摄像头5的供应商会随倒车摄像头5交付一份表格，该表格将倒车摄像头5上的每个光线入射角(相对于光轴来测量的)与半径r”匹配，该半径对应于图像中心与光线将被显示的图像点之间的距离。
考虑到供应商交付的表格，可以确定将入射角与相应的半径r”相匹配的插值多项式。
由于这种插值多项式，于是规定了校正中间静态量规和中间动态量规20’的图像的所有点的坐标，以便由此推导出最终静态量规和最终动态量规20”的图像。
应注意的是，针对所考虑的显示屏30的各个点逐点进行此畸变运算。换句话说，此运算包括计算机针对所考虑的显示屏30的各个点检查此点是否对应(经由插值多项式)于中间静态量规和中间动态量规20’的点。于是此运算使得可以逐点地重建最终静态量规和最终动态量规20”。
所获得的图像然后被像素化，使得最终静态量规和最终动态量规20”的各个点对应于显示屏30的特定像素，这使得处理的数据量可以减少。
然后将其叠加在由倒车摄像头5获取的图像上。
本发明决不限于所描述和呈现的实施例，但是本领域技术人员将知道如何将符合本发明精神的任何变体应用于本发明。
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