CN102654753B - 机动车环境传感器仿真及预见安全系统测试方法、仿真装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在以机动车(12)的规定的第一速度进行碰撞的特定碰撞情况下对机动车(12)中的环境传感器(2)进行仿真的方法，其特征在于，在小于所述第一速度的第二速度下，利用该机动车和/或一特别是构造相同的机动车(1)、借助将被仿真的环境传感器(2)在碰撞情况下采集并存储原始数据(9)，在所述第一速度下、在降采样的情况下使用所存储的原始数据(9)和/或由该所存储的原始数据插值得出的原始数据从而对环境传感器(2)进行仿真。

Description

机动车环境传感器仿真及预见安全系统测试方法、仿真装置

技术领域

本发明涉及一种用于在以机动车的规定的第一速度进行碰撞的特定碰撞情况/碰撞环境(Kollisionsituation)下对机动车中的环境传感器进行仿真的方法、一种用于在碰撞情况下测试机动车的预见性安全系统的方法、以及一种用于机动车的环境传感器的仿真装置，该安全系统具有特别是通过车辆总线接收环境传感器数据的控制装置。

背景技术

机动车的预见性安全系统基本上是已知的。其中通过环境传感器(预见性传感器)——例如激光扫描仪、雷达传感器、PMD(光子混频器，Photonic Mixer Device)、显像传感器等——针对可能的碰撞情况监测机动车环境，以便借助控制装置采取措施从而避免事故或减轻事故严重性。例如可以实施制动干涉或对安全气囊算法进行预参数化等。

为了能够对预见性安全系统进行测试，已知在机动车中配备具有所用的环境传感器的系统，利用它可以进行所谓的“碰撞测试”，即可以针对性地实施一种特定的、规定的碰撞情况。在此在多数情况下也产生实际的碰撞，因为只有在实际碰撞情况下才可以由环境传感器采集真实的预见性传感器数据。

所述方案具有如下缺点：环境传感器(预见性传感器)的安装和集成价格昂贵并且大部分例如在碰撞场所中研究的机动车不具有这样的环境传感器。另外，虽然预见性传感器可以是昂贵的原型，但其在碰撞测试中通常被损毁。

发明内容

因此，本发明的目的在于，能够在碰撞测试中获取接近实际的环境传感器传感器数据，而同时不必装入该传感器也不必担心该传感器被损坏。

为实现所述目的，根据本发明提出一种用于在以机动车的规定的第一速度进行碰撞的特定碰撞情况下对机动车中的环境传感器进行仿真的方法，其中，在小于所述第一速度的第二速度下，利用该机动车和/或一特别是构造相同的机动车、借助将被仿真的环境传感器在碰撞情况下采集并存储原始数据，在所述第一速度下、在降采样/欠采样的情况下使用/以降采样方式使用所存储的原始数据和/或由该所存储的原始数据插值得出的原始数据从而对环境传感器进行仿真。

也就是说，根据本发明提出，不再实际地使用昂贵且安装复杂的环境传感器，而是在实际进行的碰撞测试中仅进行仿真，其中(碰撞测试)之前采集并存储的真实环境传感器的原始数据构成仿真的基础，该原始数据是在相同的碰撞情况下采集的，但是该碰撞情况被调节到慢很多的第二速度。也就是说，首先，在特定碰撞情况下、例如在碰撞厅中，使一特别是构造相同的、配备了环境传感器的机动车极缓慢地驶过碰撞轨道上的机动车轨迹，同时获取并存储环境传感器的原始数据。在此可以特别有利的是，通过紧接在碰撞对象前——特别是几厘米、例如10厘米——实施制动来避免碰撞，从而完全不必担心对接收真实环境传感器的原始数据的机动车或环境传感器造成损害。在此可以选择极低的速度、例如10km/h的速度作为第二速度。若实际碰撞情况在较高的速度下发生，则可以使用该原始数据。由于环境传感器以特定的周期(例如20至40ms)采集原始数据，所以在所经过的相同的路段上，在较低的第二速度下的测量点比在较高的第一速度下的测量点多，因此提出对所存储的、必要时经过插值的原始数据进行降采样，从而针对特定的碰撞情况即使在实际的碰撞测试中也获得最接近实际的传感器数据。降采样率由第一速度与第二速度之比确定。

在此，如上所述，主要可以考虑两种可能方案，其中一种是可以不利用插值来进行处理，另一种是对所存储的原始数据进行插值。因此，优选可以规定，第一速度是第二速度的整数倍并且在降采样的情况下使用所存储的原始数据。在这种情况下不必进行插值，而是可以直接使用所存储的原始数据。例如，若所存储的原始数据是在作为第二速度的、20km/h的速度下采集的，而对环境传感器进行仿真的碰撞测试在100km/h的速度下进行，则使用每五个所存储的原始数据中的一个作为仿真的基础。

替代地，(或者在多个依次进行的、以不同的第一速度进行的碰撞测试中)可能的是，在第一速度不是第二速度的整数倍的情况下，首先对所存储的原始数据进行升采样(提高采样频率)，其中对经升采样的原始数据进行降采样从而进行仿真。用于这种升采样(Upsampling)的方法是已知的，其中升采样基本上相当于插值。例如可设想，当第一速度是第二速度的3.5倍时，首先使采样率加倍，从而以因数7进行降采样(Downsampling)，也就是说，对于经升采样的原始数据使用每七个值中的一个，该经升采样的原始数据由所存储的原始数据和经插值的原始数据组成。但应当指出的是，也可以使用其它对所存储的原始数据进行插值的方法。

由于为了利用真实的环境传感器来采集原始数据而使用在实际的碰撞情况下也使用的、相同的轨迹，最终仿真得出的传感器数据极切实地对应于由真实传感器采集的数据。由不同的速度基于最终测试时间产生的失真很小。因此通过仿真能够得到与真实配备的环境传感器(测得的数据)等值的传感器数据。

这里应当指出的是，当然也可以针对多个将用在安全系统中的环境传感器并行地使用根据本发明的方法。另外应指出，也可以针对作为碰撞情况的、具有两个或多个碰撞对象的极慢行驶的相对运动情况、例如待调节出的车车碰撞测试，使用类似的措施。

一般来说，可以在任意其它的、在实际的碰撞测试中或在实际的碰撞情况下被研究的机动车中使用经降采样的原始数据。由此实现了如下效果：碰撞机动车的控制装置得到由环境传感器(预见性传感器)在相应的大厅或场地情况中提供的信号。因此，即使在相对速度较高时，也能够在碰撞情况下以直到接近范围的、切实的传感器测量值来测试该需要预见性信息源的安全系统的功能。

总体上本方法允许：基于相同的、一次性采集的、预见性的原始数据针对不同的第一速度产生信号，从而能够在碰撞情况下测试需要这种信息的安全系统功能。在此，不仅不必使用在碰撞测试中会被损毁的环境传感器，而且可以不必进行该传感器的安装和昂贵且费时的集成。因此可以在相同碰撞情况下在相同轨迹上通过唯一一个不损坏材料的慢速行驶试验来虚拟调节出大量其它更高相对速度下的行驶试验，这样带来更高的测试空间范围和时间优势。

本发明的另一设计方案可规定，在对利用环境传感器采集的数据进行——特别是与速度相关的——预处理时，在该预处理前获取原始数据并且在仿真时对经降采样的原始数据进行预处理。通常在原始数据被控制装置——例如预见性安全系统的控制装置——处理前，该原始数据——特别是在环境传感器内已经——被预处理。在该例如可以包括卡尔曼滤波(Kalman-Filterung)的预处理中，通常还使用其它参数，特别是第一速度。特别是在依赖于速度时有利的是，由于在根据本发明的方法中由较低的第二速度来仿真较高的第一速度，所以在预处理前便已获取原始数据。通过这种方式可以由预处理来避免可能出现的错误，其中针对不同的第一速度在仿真范围内使之匹配于第一速度。

一般来说，环境传感器可以是成像传感器，特别是摄像机或PMD，或雷达传感器或激光传感器或超声波传感器。这里应当指出的是，若安全系统对多个环境传感器的数据进行处理，根据本发明的方法当然也可以用于多个传感器。

另外，本发明还涉及一种用于在碰撞情况下测试机动车的预见性安全系统的方法，该安全系统具有控制装置，该控制装置——特别是通过车辆总线——接收环境传感器的数据，其突出之处在于，以根据本发明的方法对机动车中的环境传感器进行仿真。在这种方法中，例如可以在不强制损坏昂贵的环境传感器材料的情况下进行碰撞测试。根据本发明的仿真方法可以类似于根据本发明的测试方法进行实施，从而也可以实现上述优点。应特别指出的是，根据本发明的测试方法不仅可以用于大厅中的碰撞情况、即碰撞测试，也可用于场地试验。

最后，本发明还涉及一种用于机动车的环境传感器的仿真装置，所述仿真装置包括存储装置和控制装置，该存储装置用于在比用于仿真的第一速度小的第二速度下采集的原始数据和/或由该原始数据插值得到的原始数据，该控制装置用于根据第一速度与第二速度之比选出经降采样的原始数据。这种仿真装置可以代替环境传感器在参加实际碰撞测试的机动车内特别好地用在根据本发明的测试方法中。例如，这种仿真装置可以通过一合适的接口与车辆总线相连，其中可以将仿真装置放置成在必要情况下不被损坏。在任意情况下，仿真装置都包括存储装置，在该存储装置中存储有必要时经升采样的或以不同方式插值的原始数据以及由真实传感器采集的原始数据，所述数据在根据沿轨迹行驶的实际的第一速度进行降采样的情况下被使用以对环境传感器进行仿真。为此设有控制装置，该控制装置通过降采样来控制相应原始数据的选择和传输。

在这种仿真装置的一种有利的改进方案中可以规定，该仿真装置还包括用于经降采样的原始数据的预处理单元以及用于车辆总线——特别是CAN总线——的接口。如在本发明方法中所述的，在实际环境传感器的情况下将原始数据传输至车辆总线之前，通常还对原始数据进行特别是与速度相关的或不同地引入其它已知量/知识(Wissen)的预处理。该仿真装置也可以相应地包括预处理单元，该预处理单元例如由相应的电子部件构成并且相当于一在真实传感器中使用的预处理单元。因此，仿真装置可以代替环境传感器而与车辆总线相连并且在高速下提供接近实际的传感器数据，而不必在执行碰撞测试的机动车中实际装入环境传感器从而避免可能的损毁。

附图说明

本发明的其余优点和细节由如下所述的实施例以及根据附图得出。其中

图1示出根据本发明的方法的第一步骤的示意图，

图2示出一所用的环境传感器的结构，

图3示出根据本发明的仿真方法的进一步流程的草图，

图4示出原始数据的降采样的草图，

图5示出根据本发明的测试方法的草图，

图6示出根据本发明的仿真装置。

具体实施方式

根据本发明的用于机动车预见性安全系统的测试方法也包括根据本发明的仿真方法，所述测试方法涉及在现有情况下对在碰撞情况下触发的系统的预参数化。基本的发明思想在于：如果希望在一特定的、规定的碰撞条件下、以包含该安全系统的机动车的规定轨迹、至少在较高的第一速度下进行碰撞测试，则首先在较低的第二速度下采集待仿真的环境传感器的原始数据并将其在时间上重新调节刻度(skaliert)，也就是说，实施一降采样以使得在该第二速度下用真实传感器采集的原始数据也能在较高的第一速度下使用。图1示出怎样首先采集原始数据。特别是与随后在实际碰撞测试中使用的机动车构造相同并具有真实的将被仿真的环境传感器2的机动车1以例如10km/h的较小的第二速度v₂沿规定的轨迹驶向碰撞物体3。在速度v₂的整个行驶中，由传感器2采集原始数据并将其存储在用于原始数据的数据存储器4中。紧接在碰撞物体3前、特别是在碰撞物体前几厘米例如10cm处，对机动车1进行制动从而避免实际的碰撞。因此机动车1和环境传感器2不被损坏。

图2更详细地示出环境传感器2的结构。该环境传感器除其原本的传感器部件5之外还具有一预处理单元6，在该预处理单元中根据速度对由部件5获取的数据进行预处理，例如卡尔曼滤波。然后可以将被如此预处理的传感器数据经一接口7发送至车辆总线，特别是CAN总线。在这里所述的根据本发明的测试方法和仿真方法的实施例中，在其它信息——特别是第二速度v₂——对数据产生影响之前，传感器2的原始数据在预处理单元6之前便被获取，如虚线8所示。

图3示出根据本发明的仿真方法的进一步流程。如果希望将所存储的原始数据9在随后的时刻在碰撞测试中用于对环境传感器2进行仿真，在该碰撞测试中使用与图1的采集相同的轨迹，则进一步的措施基本上取决于第一速度是否是第二速度的整数倍。如果不是这样，则需要在只针对该情况的步骤10中进行插值。这里，最后对所存储的原始数据补充其余的经插值的原始数据，其中首先通过升采样来提高基于环境传感器2周期的采样率以便能够随后实现与第一速度相应的降采样。

但是优选的是，在大部分情况下可以以例如10km/h的第二速度实现，第一速度是第二速度的整数倍，这样可以仅根据所存储的、未经补充的原始数据9进行处理，并且不需要步骤10。

随后在步骤11中对所存储的、必要时在步骤10中被补充的原始数据9进行降采样。其通过图4中的草图进行进一步说明，该草图示出以第一速度v₁驶向碰撞物体3的用于实际碰撞测试、不含有环境传感器2的机动车12。在此，轨迹13与机动车1以第二速度v₂采集原始数据9时所行驶的轨迹相对应。在机动车12中配备有待测试的预见性安全系统14，该安全系统通过车辆总线与随后还将进一步准确说明的仿真装置15相连接，该仿真装置可以将经降采样的原始数据16(图3)——也称为经修改(修改)的原始数据——传输给该预见性安全系统。

图4的下方区域示出降采样的原理。在最上面的行17中示出在第二速度v₂下采集测量值的点。由于环境传感器2的周期不变，所以在更高的第一速度v₁下在相应位置上将采集到更少的测量值，其中中间行18示出在等于第二速度v₂两倍的第一速度v₁下的采集位置。在这种情况下，显然可以通过仅考虑每两个实际测量值中的一个来由所存储的原始数据仿真环境传感器2的传感器信号。相应地，若第一速度v₁等于第二速度v₂的三倍，则对于所存储的原始数据9仅使用每三个原始数据中的一个，参考最下面的行19。

因此，对所存储的原始数据9的原始数据样本进行等距省略(降采样)。在本发明测试方法的范围内，这样获得的降采样的原始数据16被作为输入提供给预见性安全系统14的控制装置。从预见性安全系统14的控制装置来看，与配备有环境传感器2的机动车不存在差异，从而能测试需要其传感器数据的功能。

这将通过图5再次清楚说明，图5示出在碰撞测试中当机动车12以第一速度v₁驶向碰撞物体3时本发明测试方法的主要流程。显然，预见性安全系统14的控制装置20得到机动车12实际配备的传感器的数据21和另外还经过预处理单元6处理、降采样、仿真的传感器数据22(下文将进行简要说明)作为输入数据。在此，数据21、22分别通过这里没有进一步示出的车辆总线——特别是CAN总线——传输，其中经处理、降采样、仿真的传感器数据22由仿真装置15提供。利用数据21、22也可以实施需要环境传感器2数据的功能23。因此，可以在机动车12中控制执行器24——如安全气囊、安全带张紧器等——并且对与碰撞物体3的碰撞进行预调制、从而进行测试。

最后，通过根据第一速度v₁与第二速度v₂之比从所存储的原始数据9中选择出正确的原始数据样本来生成新的、经修改的原始数据16流，该数据流应当在更高的速度v₁下被测得，这一点通过降采样来实现。随后，对该经修改、降采样的原始数据16再进行相应的预处理，以生成仿真的传感器数据22，该数据通过车辆总线提供给控制装置20。

如上所述，对此可以使用根据本发明的仿真装置15，其将在图6中被更准确地示出。该仿真装置包括用于所存储的原始数据9(必要时是所存储的并且经插值的原始数据)的存储器装置25和控制单元26，该控制单元根据第一速度v₁进行降采样(Downsampling)。如在传感器2中那样，经降采样的原始数据16被传输至预处理单元6，并通过接口7被进一步传输至车辆总线，如CAN总线。

在此，仿真装置15可以由一稳定的壳体包围和/或被放置在机动车12中较为安全的位置，从而能够在多次碰撞测试中使用而不被损坏，其中该仿真装置例如为其它碰撞测试而与其它机动车12的车辆总线相连接。

在此还应当指出的是，根据本发明的方法和仿真装置当然也能够针对多个环境传感器2来实现，和/或当然也可以设想针对与运动的碰撞物相碰撞的状况的测试。

Claims (13)

1.一种用于在以机动车(12)的规定的第一速度进行碰撞的特定碰撞情况下对机动车(12)中的环境传感器(2)进行仿真的方法，其特征在于，在小于所述第一速度的第二速度下，利用该机动车和/或另一机动车(1)、借助将被仿真的环境传感器(2)在碰撞情况下采集并存储原始数据(9)，在所述第一速度下、在降采样的情况下使用所存储的原始数据(9)和/或由该所存储的原始数据插值得出的原始数据从而对环境传感器(2)进行仿真。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述另一机动车(1)与所述机动车构造相同。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第一速度是所述第二速度的整数倍，在降采样的情况下使用所存储的原始数据(9)。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，在第一速度不是第二速度的整数倍的情况下，首先对所存储的原始数据(9)进行升采样(10)，其中对经升采样的原始数据进行降采样从而进行仿真。

5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其特征在于，在对利用环境传感器(2)采集的数据进行预处理时，在该预处理前获取原始数据(9)并且在仿真时对经降采样的原始数据(16)进行预处理。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述预处理与速度相关。

7.根据权利要求1-4中任一项的方法，其特征在于，将成像传感器或雷达传感器或激光传感器或超声波传感器作为所述环境传感器(2)从而被仿真。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述成像传感器是摄像机或PMD。

9.一种用于在碰撞情况下测试机动车(12)的预见性安全系统(14)的方法，该安全系统(14)具有控制装置(20)，该控制装置接收环境传感器(2)的数据(22)，其特征在于，以根据上述权利要求中任一项的方法对环境传感器(2)进行仿真。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，该控制装置通过车辆总线接收环境传感器(2)的数据(22)。

11.一种用于机动车(12)的环境传感器(2)的仿真装置(15)，所述仿真装置包括存储装置(25)和控制装置(26)，该存储装置用于在比用于仿真的第一速度小的第二速度下采集的原始数据(9)和/或由该原始数据插值得到的原始数据，该控制装置用于根据第一速度与第二速度之比选出经降采样的原始数据(16)。

12.根据权利要求11的仿真装置，其特征在于，该仿真装置还包括用于经降采样的原始数据(16)的预处理单元(6)以及用于车辆总线的接口(7)。

13.根据权利要求12的仿真装置，其特征在于，所述车辆总线是CAN总线。