DE102009029465A1 - Method for determining e.g. relative speed of object to assist driver of vehicle during parking, involves determining speed vector, speed and motion direction of object from calculated distances, speed components, angles and perpendiculars - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Bewegungsrichtung und Relativgeschwindigkeit eines sich relativ zu einem Fahrzeug bewegenden Objekts im Detektionsbereich von mindestens zwei Sensoren an dem Fahrzeug.The invention relates to a method for determining the direction of movement and relative speed of an object moving relative to a vehicle in the detection area of at least two sensors on the vehicle.
Verfahren, bei denen Eigenschaften eines Objekts bestimmt werden, werden zum Beispiel als Einparkhilfe verwendet. Bei diesen Systemen wird insbesondere der Abstand zu einem Objekt bestimmt. Die Bestimmung des Abstandes erfolgt dabei im Allgemeinen mit Sensoren, insbesondere mit Ultraschallsensoren. Aus den Signalen, die von den Ultraschallsensoren gesendet und empfangen werden, werden Abstände und Richtung, das heißt ein Winkel, bezogen auf die Front des Fahrzeugs oder das Heck des Fahrzeugs, ermittelt. Zur Berechnung der Abstände wird das so genannte Puls Echo-Verfahren genutzt. Hierzu wird der radiale Abstand zwischen Sensor und Objekt über die Laufzeit des Ultraschall-Impulses in Luft bei bekannter Schallgeschwindigkeit bestimmt. Der Winkel relativ zum Fahrzeug wird über ein Trilaterationsverfahren ermittelt. Hierzu wird die Entfernung des Objekts zu zwei Sensoren bestimmt. Die Lage des Schnittpunktes der sich aus den Abständen ergebenden Kreisradien ergibt die Lage des Objektes.Methods in which properties of an object are determined are used, for example, as a parking aid. In particular, these systems determine the distance to an object. The determination of the distance is generally carried out with sensors, in particular with ultrasonic sensors. From the signals that are transmitted and received by the ultrasonic sensors, distances and direction, that is, an angle, with respect to the front of the vehicle or the rear of the vehicle, determined. To calculate the distances, the so-called pulse echo method is used. For this purpose, the radial distance between the sensor and the object over the duration of the ultrasonic pulse in air at a known speed of sound is determined. The angle relative to the vehicle is determined by a trilateration method. For this, the distance of the object to two sensors is determined. The position of the point of intersection of the circle radii resulting from the distances gives the position of the object.
Die bekannten Systeme ermöglichen jedoch keine Aussage über die Geschwindigkeit eines Objekts und seine Bewegungsrichtung. Ein weiteres Problem von Trilaterationsverfahren ist insbesondere im Fall von mehreren detektierten Objekten, dass es zu Mehrdeutigkeiten kommen kann, da sich mehr Schnittpunkte ergeben als tatsächlich Objekte vorhanden sind. Diese so genannten Scheinobjekte können derzeit nur durch den Nachweis einer unphysikalischen Bewegung verworfen werden, was jedoch Rechenaufwand benötigt.However, the known systems do not provide information about the speed of an object and its direction of movement. A further problem of trilateration methods, especially in the case of several detected objects, is that ambiguities can occur because more intersections result than actually existing objects. These so-called fake objects can currently only be rejected by the proof of an unphysical movement, which, however, requires computational effort.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung von Bewegungsrichtung und Relativgeschwindigkeit eines sich relativ zu einem Fahrzeug bewegenden Objektes im De tektionsbereich von mindestens zwei Sensoren an dem Fahrzeug umfasst folgende Schritte:
- (a) Ermitteln des Abstandes des Objekts zu den Sensoren, der Geschwindigkeitskomponente des Objekts auf den Sensor zu oder vom Sensor weg und des Winkels zwischen der Strecke vom Objekt zum Sensor und der Senkrechten zur Verbindungslinie zwischen den Sensoren,
- (b) Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors und damit der Relativgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des sich bewegenden Objekts aus den in Schritt (a) ermittelten Daten.
- (a) determining the distance of the object to the sensors, the velocity component of the object on the sensor to or from the sensor and the angle between the distance from the object to the sensor and the perpendicular to the line connecting the sensors,
- (B) Determining the velocity vector and thus the relative velocity and the direction of movement of the moving object from the data obtained in step (a).
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, zusätzlich zu den bereits aus dem Stand der Technik bekannten Größen wie Abstand und Richtung eines Objekts zum Fahrzeug auch die Bewegungsrichtung des Objektes und die Relativgeschwindigkeit des sich relativ zum Fahrzeug bewegenden Objektes zu bestimmen.The method according to the invention makes it possible to determine the direction of movement of the object and the relative speed of the object moving relative to the vehicle in addition to the variables already known from the prior art, such as the distance and direction of an object to the vehicle.
Die Geschwindigkeitskomponente des Objekts auf den Sensor zu oder vom Sensor weg wird vorzugsweise durch Ausnutzung des Doppler-Effekts bestimmt. Die Ausnutzung des Doppler-Effektes erlaubt es, mit einer einzelnen Messung die Geschwindigkeitskomponente des Objektes auf den Sensor zu oder vom Sensor weg zu bestimmen, da der Doppler-Effekt nur bei einer Relativbewegung in exakte Sensorrichtung auftritt. Aus diesem Grund hat ein Objekt mit einer beliebigen Relativgeschwindigkeit zum Fahrzeug verschiedene Doppler-Verschiebungen zu verschiedenen Sensoren. Die Geschwindigkeitskomponente ergibt sich aus der Frequenzänderung des Signals auf Grund der Relativbewegung des sich relativ zum Fahrzeug bewegenden Objekts. Zur Geschwindigkeitsbestimmung muss somit zusätzlich zur Laufzeit des Echos auch die Frequenz des Echos bestimmt werden.The velocity component of the object on the sensor to or from the sensor is preferably determined by utilizing the Doppler effect. The use of the Doppler effect makes it possible with a single measurement to determine the velocity component of the object on the sensor or away from the sensor, since the Doppler effect only occurs in a relative movement in the exact sensor direction. For this reason, an object with any relative speed to the vehicle has different Doppler shifts to different sensors. The velocity component results from the frequency change of the signal due to the relative motion of the object moving relative to the vehicle. To determine the velocity, the frequency of the echo must therefore be determined in addition to the duration of the echo.
Aus den beiden Geschwindigkeitskomponenten des Objekts auf die Sensoren zu oder von den Sensoren weg lassen sich dann in einer zweidimensionalen horizontalen Ebene die Geschwindigkeit des Objekts und die Bewegungsrichtung des Objekts vektoriell berechnen.From the two velocity components of the object to the sensors to or from the sensors, the velocity of the object and the direction of movement of the object can then be calculated vectorially in a two-dimensional horizontal plane.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden Mehrdeutigkeiten, die sich aus einem Trilaterationsverfahren zur Abstandsdetektierung eines Objekts ergeben, durch Vergleiche mit der Relativgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Objekts aufgelöst. Die Auflösung der Mehrdeutigkeiten durch den Vergleich mit der Relativgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Objekts erlaubt eine gegenüber dem bisher verwendeten Nachweis einer unphysikalischen Bewegung vereinfachte Bestimmung der tatsächlichen Position des Objekts. Zur Auflösung der Mehrdeutigkeiten wird insbesondere das Verhältnis der von den einzelnen Sensoren erfassten Geschwindigkeitskomponenten in Richtung des Sensors gebildet und die Schnittpunkte der sich aus dem Verhältnis der Geschwindigkeitskomponenten ergebenden Bahnlinie mit den Kreisbögen der von den Sensoren detektieren Abstände werden bestimmt. Die Schnittpunkte der Kreisbögen mit dem Schnittpunkt der sich aus dem Verhältnis der Geschwindigkeitskomponenten ergebenden Bahnlinie liefert die exakte Position eines detektierten Objekts.In a preferred embodiment of the method, ambiguities resulting from a trilateration method for distance detection of an object are resolved by comparisons with the relative velocity and the direction of movement of the object. The resolution of the ambiguities by comparison with the relative velocity and the direction of movement of the object allows a comparison with the previously used evidence of unphysical movement simplified determination of the actual position of the object. In order to resolve the ambiguities, in particular the ratio of the velocity components detected by the individual sensors in the direction of the sensor is formed, and the points of intersection of the path line resulting from the ratio of the velocity components with the circular arcs of the distances detected by the sensors are determined. The intersections of the circular arcs with the intersection of the ratio of the velocity components resulting web line provides the exact position of a detected object.
Um den Doppler-Effekt zur Geschwindigkeitsbestimmung ausnutzen zu können, werden üblicherweise Radarsensoren oder Ultraschallsensoren eingesetzt. Jedoch auch andere Sensoren, die Wellen aussenden und empfangen, wobei sich die Frequenz auf Grund einer Relativgeschwindigkeit ändert, können eingesetzt werden.In order to exploit the Doppler effect for speed determination, radar sensors or ultrasonic sensors are usually used. However, other sensors that transmit and receive waves, with the frequency changing due to a relative speed, may be used.
Da im Allgemeinen nur die Entfernung des Fahrzeugs zu einem Objekt von Interesse ist und nicht die Höhe des Objektes, wird zur Darstellung und Beschreibung von Objekten und Geschwindigkeitsvektoren ein zweidimensionales kartesisches Koordinatensystem verwendet. Zur vereinfachten Darstellung von Geschwindigkeitsvektoren und Punkten, die das Objekt kennzeichnen, ist es vorteilhaft, wenn die Abszisse des Koordinatensystems in Fahrtrichtung weist und die Ordinate senkrecht zur Abszisse angeordnet ist. Der Ursprung des kartesischen Koordinatensystems kann zum Beispiel in der Mitte der Hinterachse des Fahrzeugs angeordnet sein. Es ist jedoch auch jeder beliebige andere Punkt am Fahrzeug denkbar, an dem der Ursprung des kartesischen Koordinatensystems angeordnet ist. So kann der Ursprung zum Beispiel auch im Schwerpunkt des Fahrzeuges oder in der Mitte der Vorderachse angeordnet sein.Since in general only the distance of the vehicle to an object is of interest and not the height of the object, a two-dimensional Cartesian coordinate system is used to represent and describe objects and velocity vectors. For simplified representation of velocity vectors and points that characterize the object, it is advantageous if the abscissa of the coordinate system points in the direction of travel and the ordinate is perpendicular to the abscissa. The origin of the Cartesian coordinate system may, for example, be located in the center of the rear axle of the vehicle. However, any other point on the vehicle is conceivable on which the origin of the Cartesian coordinate system is arranged. For example, the origin can also be arranged in the center of gravity of the vehicle or in the middle of the front axle.
Auch ist es denkbar, dass der Ursprung an der Front oder am Heck des Fahrzeugs angeordnet ist. Wenn der Ursprung in der Mitte der Hinterachse des Fahrzeuges angeordnet ist, weist die Abszisse in Fahrtrichtung und die Ordinate entlang der Hinterachse.It is also conceivable that the origin is arranged at the front or at the rear of the vehicle. If the origin is located in the center of the rear axle of the vehicle, the abscissa points in the direction of travel and the ordinate along the rear axle.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Unterstützung des Fahrers des Fahrzeuges beim Einparken. So werden zum Beispiel Hindernisse im Bereich der Parklücke oder Begrenzungen der Parklücke durch das Verfahren detektiert und können dem Fahrer mitgeteilt werden. Die Anzeige der Objekte erfolgt dabei zum Beispiel optisch oder akustisch. Bei einer akustischen Anzeige werden im Allgemeinen einzelne Töne gesendet mit einem Abstand zwischen den einzelnen Tönen, wobei der Abstand zwischen den Tönen mit abnehmendem Abstand des Fahrzeuges zum Objekt abnimmt. Die Richtung des Objekts kann zum Beispiel durch die Position des Lautsprechers, der den Ton sendet, dargestellt werden. Alternativ ist auch eine Balkendarstellung möglich, wobei die Anzahl an Balken mit abnehmendem Abstand zunimmt. Die Darstellung der Richtung erfolgt zum Beispiel dadurch, dass die Balkan entweder von links und/oder von rechts, je nach Richtung des Objekts auf die Mitte der Anzeige zulaufen. Besonders geeignet ist das vorliegende Verfahren jedoch für eine Darstellung in der Vogelperspektive, bei der das Fahrzeug von oben dargestellt wird und der Winkelbereich der Objekte, die sich in der Umgebung des Fahrzeuges befinden, gezeigt werden kann.The inventive method is particularly suitable for assisting the driver of the vehicle when parking. For example, obstacles in the area of the parking space or limitations of the parking space are detected by the method and can be communicated to the driver. The display of the objects takes place, for example, optically or acoustically. In an acoustic display, individual sounds are generally broadcast with a spacing between each sound, with the distance between sounds decreasing as the distance of the vehicle from the object decreases. The direction of the object may be represented, for example, by the position of the loudspeaker transmitting the sound. Alternatively, a bar graph is possible, with the number of bars increases with decreasing distance. The direction is represented, for example, by the fact that the Balkans run either from the left and / or from the right, depending on the direction of the object to the center of the display. However, the present method is particularly suitable for a bird's-eye view in which the vehicle is displayed from above and the angular range of the objects located in the vicinity of the vehicle can be shown.
Insbesondere wenn das Verfahren zur Unterstützung des Fahrers des Fahrzeuges beim Einparken genutzt wird, bewegt sich das Fahrzeug häufig geradlinig auf ein Objekt zu. Das Objekt weist somit eine Relativgeschwindigkeit zum Fahrzeug auf, die direkt in Richtung des Fahrzeuges erfolgt. Dies ermöglicht es, als Vereinfachung zu treffen, dass die Geschwindigkeitskomponente des Objekts in Ordinatenrichtung als 0 angenommen wird. Hierdurch lässt sich die Bestimmung von Relativgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Objektes stark vereinfachen. Insbesondere im Hinblick auf die Darstellung der Abstände und die korrekte Position der Objekte durch Auflösung von Mehrdeutigkeiten wird durch die Vereinfachung wesentlich weniger Rechenzeit benötigt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch ohne diese Vereinfachung anwendbar.In particular, when the method is used to assist the driver of the vehicle when parking, the vehicle often moves straight to an object. The object thus has a relative speed to the vehicle, which takes place directly in the direction of the vehicle. This makes it possible, as a simplification, to assume that the velocity component of the object in the ordinate direction is 0. As a result, the determination of relative speed and direction of movement of the object can be greatly simplified. In particular with regard to the representation of the distances and the correct position of the objects by resolution of ambiguities, considerably less computing time is required by the simplification. However, the method according to the invention can also be used without this simplification.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Zur Detektierung eines Objekts
Die jeweilige Richtung des Objekts
Die sich daraus ergebende Geschwindigkeitskomponente des Geschwindigkeitsvektors
Um die Bewegungsrichtung und die Relativgeschwindigkeit des Objektes
Die Abstände, Richtungen und Geschwindigkeitskomponenten in Sensorrichtung bei Messung mit zwei Sensoren sind in
Der Abstand des ersten Sensors
Die Richtung des Objekts
Die Richtung der durch den Doppler-Effekt messbaren Geschwindigkeiten ist jeweils durch Richtungsvektoren
In einem kartesischen Koordinatensystem
Wobei vx die Komponente des Vektors in x-Richtung und vy die Komponente des Vektors in y-Richtung ist.Where v x is the component of the vector in the x direction and v y is the component of the vector in the y direction.
Für die Richtungsvektoren gilt: For the direction vectors applies:
Wobei s1x die Komponente des ersten Richtungsvektors
Die am ersten Sensor
Durch Auflösung des durch die Gleichungen (3a) und (4a) beschriebenen Gleichungssystems werden die Geschwindigkeitskomponenten vx und vy des Geschwindigkeitsvektors
vy ergibt sich dabei zu: v y results in:
vy ergibt sich dabei zu: v y results in:
Die Komponenten der Richtungsvektoren
Man erhält:
Durch die Gleichungen (8) und (9) können somit die Geschwindigkeitskomponenten des Geschwindigkeitsvektors
Die Richtungsvektoren
Für den Fall, dass vy = 0 ist, reduzieren sich die Projektionen des Geschwindigkeitsvektors
Aus den Geschwindigkeiten v1 und v2 in Sensorrichtung kann nun das Verhältnis gebildet werden. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten v1 und v2 entspricht dabei dem Kehrwert der Verhältnisse der Abstände r1 und r2 zu den Sensoren
Dass das Verhältnis der Geschwindigkeitskomponenten in Sensorrichtung v1 und v2 der Kehrwert der Abstandsverhältnisse r2 zu r1 ist, ergibt sich aus folgenden Gleichungen: The fact that the ratio of the velocity components in sensor direction v 1 and v 2 is the reciprocal of the distance ratios r 2 to r 1 is given by the following equations:
Der Spezialfall, bei dem die Geschwindigkeitskomponente in y-Richtung des Objekts
Eine grafische Darstellung der Auflösung von Mehrdeutigkeiten im Trilaterationsverfahren ist in
Bei der Darstellung in
Auf der Ordinate
Um den Abstand eines Objekts vom Sensor
Bei einem gleich bleibenden Verhältnis der Geschwindigkeit v1 in Richtung des ersten Sensors
In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Abstand des Objektes zum ersten Sensor
Neben der hier beschriebenen Ausführungsform mit zwei Sensoren
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