CN109031302A - 分析车辆环境的方法和装置以及装备有这种装置的车辆 - Google Patents

Abstract

指定一种用于分析车辆周围环境的方法，其包含：将具有至少两个雷达传感器的第一传感器组设置在车辆上，通过雷达传感器将雷达波发射到车辆环境中，在车辆环境中物体处反射发射的雷达波，通过雷达传感器接收反射的雷达波，从接收到的雷达波中识别关于车辆环境的信息(以下称为雷达信息)，并且输出雷达信息。为了改进对车道环境的分析，提出以这样的方式将雷达传感器设置在车辆上，使得待发射和/或待接收的雷达波进行干涉，并且通过考虑由此产生的干涉数据来获得雷达信息。另外，提出了一种用于分析车辆周围环境的设备和装有这种设备的车辆。

Description

分析车辆环境的方法和装置以及装备有这种装置的车辆

技术领域

本发明涉及一种用于分析车辆环境的方法和装置，并且涉及一种装备有这种装置的车辆。

背景技术

现在，由于可以用传感器获得大量信息，所以传感器变得越来越重要。即使在目前专注于自主驾驶领域的机动车辆行业中，传感器技术也变得越来越重要，这是因为它允许对环境进行分析，从而有助于提高控制车辆的能力以及提高安全性并且提高乘坐舒适度。

不涉及其他车辆的事故的主要原因是车辆无意中脱离道路，因此正是这种应该改进驾驶安全性的特殊方面。

目前对车道的分析主要仅根据通过摄像机传感器确定的信息。此方法不保证冗余，并且存在信息不正确或不完整的风险。另外，摄像机传感器需要良好的能见度条件才能传递有意义的信息。

因此，本发明的目的是指定一种能够改进车辆环境分析的手段。

发明内容

为了实现该目的，指定了具有权利要求1的特征的用于分析车辆周围环境的方法以及具有权利要求10的特征的用于分析车辆周围环境的设备。权利要求17涉及根据本发明的车辆。涉及此的从属权利要求包含根据本发明的解决方案的优选实施例。

本发明根据使用雷达传感器用于分析车道(例如道路、车道边缘、道路标记或车道状况)(例如用于监测车道质量)的基本思路。

根据本发明的车道被理解为指适合于由非有轨边界的陆地车辆穿越的任何结构(例如道路、高速公路、自行车道)。

雷达是用来指定根据使用无线电频率范围(无线电波)中的电磁波的各种探测和定位方法以及设备的术语。因此，雷达传感器是根据与无线电波的相互作用通过发射雷达波并且再次接收它们来确定例如到物体或其表面结构的距离等特性的技术部件。

例如，雷达能够根据传播时间方法或飞行时间(TOF)实现精确的距离测量，其中测量了信号(即发射的雷达波)穿过测量路径所花费的时间。为了确定到物体的距离，测量了发射雷达波与接收物体反射的雷达波之间经过的时间。这种技术也可以用于确定表面的结构。

车辆装备有多个雷达传感器使雷达波发生干涉，使得可以通过使用干涉图案导出关于表面结构的更精确的信息，并且可以精确地分析表面，并且如果必要的话可以对表面进行分类。

例如，车辆上的前向、后向或侧向的雷达传感器可以彼此组合，使得可以通过使用所得干涉图案来分析车辆环境的表面。可以通过所发射的雷达辐射束特别地成形或者在不同频带之间切换来进一步提高精度。

这使得可以例如根据车道本身与邻近车道边缘的区域(车道边缘)之间的表面差异来探测车道的边界。即使在这些涉及类似材料的情况下，至少在由于路缘或路面存在而分离的情况下，本发明也能够进行明确的区分。

另外，可以探测车道表面本身上的结构(例如用于划分各个行车道的道路标记和用于指示行驶方向的箭头)。这样的车道标记应用于车道，并且从而改变表面和雷达波的反射系数。因此，可以根据不同的表面结构和不同的反射系数来识别出车道表面上的标记。

尤其地，可以容易地探测到在车辆轮胎在其上行驶时将振动和噪音传递给车辆驾驶员的所谓的振动带或道路标记，这是因为相关的粗糙表面促进了雷达的探测。

有关车道的信息(例如车道组成)也可以转发给收集这些数据的中央单元，例如供公共机构使用。例如，可以生成道路质量地图，该地图可以用于除其他外的关于对车道进行任何必要修理工作的决定。

也可以合并来自多个雷达传感器组的信息。例如，来自安装在车辆前部的雷达传感器的信息可用于探测车道边界和道路标记，而设置在车辆后部和/或侧面的雷达传感器组可用于对该信息进行验证。这也允许探测通常用于在多车道高速公路上为不同行驶方向分开各个行车道的混凝土障碍物。

例如，在某些情况下，摄像机传感器无法区分混凝土或例如可能会设置在左侧车道的左侧的另一条车道。

可以通过组合来自多个传感器的雷达信息以及通过使用其雷达波重叠的雷达传感器来避免这些问题，从而观察到干涉并且根据需要特别地形成(例如聚焦)发射的雷达辐射束。以传感器阵列形式连接在一起的多个雷达传感器的设置可以用于控制由传感器阵列产生的天线波瓣的形状和方向。这可以实现更具选择性的瞄准、孔径的改进以及天线波瓣(主要最大值)的调整/定向到特定区域(例如道路区域，例如振动带)。

发射的雷达辐射的天线锥面的形成和控制可以用于分析车道的特定行车道、道路边界或用于车辆运动的环境的其他重要特征。例如，可以使用子空间算法来执行从传感器空间到特征空间的变换，从而可以对车辆环境进行最佳分析。可以使用特殊的信号特征(例如啾鸣信号的频率范围等)将雷达波聚焦到特定结构(例如用于在车道上产生白色道路标记的那些图案)上。

根据本发明的用于分析车辆环境的方法包含以下步骤：在车辆上设置具有至少两个雷达传感器的第一传感器组，通过雷达传感器将雷达波发射到车辆环境中，在车辆环境中的物体处反射发射的雷达波，通过雷达传感器从车辆环境接收反射的雷达波，从接收到的雷达波识别关于车辆环境的信息(以下称为雷达信息)，并且输出雷达信息。

根据本发明提供，雷达传感器以这样的方式设置在车辆上：使得待发射的和/或待接收的雷达波进行干涉，并且从所得到的干涉数据确定雷达信息。

因此，本发明使用干涉测量技术，即使用两个或更多个光束之间的相对相位变化的比较的测量方法，因此在这种情况下，雷达辐射用于根据干涉图案来测量角度、距离和折射率的小变化。

在传统的成像雷达系统中，映射区域的每个点根据其与传感器的距离在图像平面中被分配一个位置。反向散射辐射的强度表征了表面的材料、其粗糙度、取向等。

在雷达干涉测量中，测试区域(地形)由两个或更多不同传感器位置成像。由于雷达系统是相干系统，除了反向散射强度信息外，数据还包含反射时相干波的相位信息。

雷达图像中的每个像素都承载这两类信息。强度表征了表面的材料、其粗糙度、取向等，从而可以生成地形的图像复制品。在强度中，两个效应叠加在一起，不能彼此清楚地分开。这些首先是反射表面的反射率，其次是由于距离(取决于飞行时间和介质)而产生的衰减。这限制了距离分辨率并且严重限制了表面分析。

表面分析中的这些限制可以通过应用分析相位的干涉测量来克服。干涉测量技术便于以更精确(即更精细)的分辨率进行表面分析，从而可以探测路面和振动带与车道边缘之间的差异。只有在分辨率和精度方面质量明显较差时才可能实现使用纯距离测量而不应用干涉测量。

另一方面，以完全不同的方式使用相位信息。如果雷达系统(例如通过第一传感器组的第二雷达传感器)再次从几乎相同的位置成像相同的地形，则相位图像不相同。差异取决于物体的距离。因此，可以通过合适的多次记录的相位图像的组合来计算距离差，由此例如可以获得数字地形模型。

为了本发明的目的，车辆被理解为意指任何移动运输工具，特别是陆地车辆(例如乘客车辆)。该车辆可以设计为自主车辆。自主车辆被理解为自动驾驶车辆，其能够为整个驾驶过程本身执行所有安全关键功能，从而在任何时候都不需要车辆驾驶员的控制。车辆控制从开始到停止的所有功能(包括所有停车功能)。此外，还可以提供人类驾驶员控制全部或部分车辆功能的手动模式。

可以将第一传感器组例如设置在车辆的前部、车辆的后部、侧面或其他地方，以能够发送和/或接收雷达波的干涉。

如上所述，雷达波是无线电波。其中包括与表面下方(例如地表以下)的待分析物体发生相互作用的表面穿透和地面穿透雷达波。

发射的雷达波由车辆环境中的物体反射。这种物体可以例如是车道、车道边缘(即紧邻车道的区域)、用于标记车道边缘的分界装置、道路标记或甚至位于车道表面下方的物体。

反射的雷达波再次被传感器接收。然后，借助于反射和接收的雷达波以及通过确定车辆环境中物体的距离而由雷达波的干涉产生的干涉数据(例如借助于飞行时间测量和干涉测量)，和/或通过探测车辆环境中的物体的表面结构作为雷达信息，可以获得关于车辆环境的信息。

通过比较接收到的雷达信息与先前存储的数据，例如可以识别物体。例如，可以确定车道的表面是铺柏油的还是铺砖石的、车道的边缘是否附接，以及如果是的话，存在什么分界装置。

随后，输出雷达信息。信息可以直接输出(例如通过显示器可视地或通过语音输出声学地输出)给车辆使用者(例如车辆驾驶员)。

另一种可能性是将信息输出到例如处理单元并且在那里进行处理。因此，可以例如在车辆的自主引导中考虑雷达信息，或者可以向驾驶员发出指令(例如作为指示保持行驶方向的同时可能偏离车道的警告消息)。

根据本发明的方法还可以特别有利地用于较差的能见度条件下，或者在车辆环境中的物体被外来物质(雪、冰、沙等)覆盖的情况下使用，这是因为与使用摄像机传感器相比，不需要与物体的视觉接触就能确定雷达信息。因此，例如，在较差的能见度条件的情况下，可以及时预测出相对于车道的潜在偏离。这有助于提高驾驶安全性。

根据不同的设计变体，发射的雷达波可以从车道和/或车道边缘反射，并且可以确定与车道和/或车道边缘有关的雷达信息。

这提供了识别车辆可以安全驾驶的区域的可能性。如果有即将离开这个安全区域的危险，则可以发出视觉或听觉警告信号。

另外，可以表征车道的状况。例如，如果存在许多不平坦的区域或孔，则也可以发出警告信号或警告信息，或者在自主车辆的情况下，车辆可以通过制动而减速。这也有助于提高驾驶安全性并且预防事故。

例如，就车辆导航而言，也可以探测到车道标记。例如，如果确定在车道上存在道路标记(例如箭头)，则这可以作为雷达信息输出给车辆驾驶员或处理单元，以便如果必要则在该车道上执车道变更。

另外，雷达信息也可以用来确定车辆的位置。为此，可以将雷达信息(例如基于表面穿透雷达波的雷达信息)与先前记录的雷达信息进行比较。根据特定于每个点的信息或特征信息配置文件，这意味着可以精确确定位置，因此可以实现非常精确的导航。

根据其他设计变体，可以提供，在车辆引导(例如在自主驾驶的情况下)中考虑到雷达信息。为此，雷达信息可以被传送到处理单元，该处理单元例如也设计用于车辆引导(即其可以自主地控制车辆)。例如，可以使用雷达信息来确定车辆的行驶轨迹(即车辆相对于环境的特定行进路线)，以便确保车辆始终处于安全区域(即例如车辆不会离开车道)。

另外，也可以根据车道的状况进行速度调整。

因此由于可以收集并且考虑到关于车辆环境的更精确的信息，所以使用雷达信息使得自主车辆能够以更高的安全性驾驶。

根据其他设计变体可以提供，通过一个或多个摄像机传感器确定并且输出关于车辆环境的信息。这样的信息将在下文中指定为摄像机信息。

使用两个传感器系统(即雷达和摄像机传感器)，一方面至少能够实现部分冗余，另一方面意味着两个系统的优势可以相互结合。例如，即使在困难的能见度条件(例如雪、雾或暴雨)下，雷达传感器系统也能够分析车辆的环境，而摄像机传感器允许获得车辆环境的照片图像，从而直接获得驾驶员更容易理解的信息。

例如，可以使用雷达和摄像机信息来分析或跟踪道路标记或者分析或跟踪道路边缘。

两个传感器系统的冗余性(即由传感器系统独立地执行车辆环境的分析的事实)意味着即使在其中一个传感器系统发生故障的情况下也可以保证对车辆环境的适当分析。这在自主驾驶车辆的情况下特别重要，这是因为如果没有使用传感器来分析车辆环境，则车辆将不得不停止。

例如，雷达信息和摄像机信息可以合并(融合)，这可以改进例如车道边缘、边缘条等的分析。换句话说，来自两个传感器系统的信息可以相互组合以使得改进输出信息(例如更精确的位置、角度等)。数据融合的方法可以用于合并信息集合。

这使得雷达传感器系统在横向分辨率方面的缺点和摄像机传感器系统在纵向分辨率方面的缺点得以减小或甚至消除。由于飞行时间方法，借助于雷达传感器系统测量与物体的距离(纵向分辨率)是非常精确的，然而横向分辨率(即确定物体的横向位置)由于雷达的角分辨率有限而相对较低。

另一方面，摄像机传感器可以更精确地确定物体的横向位置。然而，由于图像的像素分辨率有限，所以不能实现精确的纵向分辨率(即确定与物体的距离)。通过融合雷达和摄像机信息，物体的纵向和横向定位(即纵向和横向分辨率)的确定可以改进，甚至可以允许获得比单独使用每种类型最佳传感器所能获得的更好的结果。

另外，它允许将来自雷达传感器系统和摄像机传感器系统的合并信息相互比较以进行验证，其中仅输出经验证的信息。因为只输出并且随后使用经验证的信息，所以这提供了一定程度的防止错误信息的保护。如果某项信息不能被验证，则可以输出表示这一事实的信号，并且例如指示车辆驾驶员对车辆环境进行单独的分析。

根据其他设计变体，可以确定具有至少两个雷达传感器的至少一个附加传感器组的雷达信息。在这种情况下，关于车辆环境的最大详细分析，也有利的是，其他传感器组的雷达传感器也设置在车辆上，使得发送和/或接收的雷达波进行干涉。然后可以通过考虑所产生的干涉数据来确定附加传感器组的雷达信息。

然后可以例如通过应用数据融合方法来合并(融合)来自第一传感器组和附加传感器组的雷达信息。

例如，可以使用车辆前部的第一传感器组的雷达信息来分析车道边缘或道路标记。然后可以将接收到的相关雷达信息与位于车辆后挡板或车辆侧面的另一个传感器组的雷达信息进行比较和验证。这可以使能够探测混凝土障碍物(例如用于分开两个行驶方向(例如在高速公路上)的混凝土障碍物)。而且，可以观察车辆相对于车道边缘或行车道的定位和定向。

这里也存在将来自多个雷达传感器组的雷达信息彼此比较以进行验证并且仅输出经验证的信息的可能性。

如前所述，因为只输出并且随后使用经验证的信息，所以这里也可以根据雷达和摄像机信息的融合，来获得针对错误信息的一定程度的保护。

根据其他设计变体，所确定的雷达信息可以被传送到外部处理和存储单元并且用于生成车道状况的地图。这样的地图可以包含例如关于车道表面、车道边缘或车道标记的状况的信息。例如，可以在车道状况地图中识别和记录车道本身与车道边缘之间是否存在较大的高度差，这是因为这样的高度差倾向有利于车辆从车道上下来。例如，可以使用生成的车道状况地图来作为维护和维修工作的信息或规划。

根据其他设计变体，雷达波可具有适合于与车辆环境相互作用的特性(例如特殊的信号结构)。例如，可以为雷达波提供具有特定频率范围的特别设计的啾鸣信号。

结果，可以改进结构(特别是在车道或车道边缘上的结构)的位置、聚焦或跟踪，即可以获得更高精度的雷达信息。

根据本发明的设备具有包含用于发射和接收雷达波的至少两个雷达传感器的第一传感器组、用于从雷达波中确定关于车辆环境的信息(以下称为雷达信息)的处理单元，以及用于输出雷达信息的输出单元(例如显示器或者传输意义上的用于输出的传输装置)。

根据本发明提出，雷达传感器以这样的方式设置在车辆上，使得待发射和/或待接收的雷达波进行干涉。

例如，根据本发明的设备适用于执行上述根据本发明的方法。为此，描述本发明的上述说明也用于描述根据本发明的设备。

根据不同的设计变体，处理单元也可以设计成考虑到雷达信息来驱动车辆，即处理单元可以考虑到雷达信息来用于自主驾驶车辆。

根据其他设计变体，该设备可以另外包含用于确定关于车辆环境的信息(以下将其称为摄像机信息)的一个或多个摄像机传感器。为此，处理单元也可以设计用于合并，即执行雷达信息和摄像机信息的数据融合。根据其他设计变体，该设备还可以具有带有至少两个雷达传感器的至少一个附加传感器组，其中处理单元也可以设计用于合并，即执行第一传感器组和每个附加传感器组的雷达信息的数据融合。

根据其他设计变体，该设备也可以设计成比较合并的信息，即比较雷达信息与，第一传感器组和任何其他传感器组的摄像机信息和/或雷达信息。如上所述，这可以使得所获得的信息得到验证。

根据其他设计变体，该设备可以具有用于将所确定的雷达信息发送到外部处理和存储单元的数据传输装置。这可以例如生成车道状况的地图。

根据本发明的车辆具有前述设备中的一个。特别是，该车辆可以设计成自主车辆。

该设备的优点与根据本发明的方法及其相应的设计变体相同。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的用于分析车辆环境的设备的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的用于分析车辆环境的方法的流程图。

具体实施方式

下面参考示例性实施例来进一步详细解释本发明。应该理解，可以使用其他实施例并且可以在不脱离本发明的保护范围的情况下进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应被理解为具有限制意义，并且本发明的保护范围由所附权利要求限定。

以下参考附图1和2进行说明。根据示例性实施例，自主车辆具有用于分析车辆环境的设备。该设备包含设置在车辆前部的第一传感器组1和用于发射和接收雷达波的两个雷达传感器2。这两个雷达传感器2以这样的方式设置，使得待发射和/或待接收的雷达波可以进行干涉。

另外，在车辆的后部设置有另外的传感器组3，该另外的传感器组3也具有用于发射和接收雷达波的两个雷达传感器2。这两个雷达传感器2也以这样的方式设置，使得另一个传感器组3的雷达传感器2的待发射和/或待接收的雷达波可以进行干涉。

另外，该设备设置有用于从雷达波中确定关于车辆环境的信息的处理单元4以及用于输出雷达信息的输出单元5。

借助于雷达传感器将雷达波发射到车辆环境，在示例性实施例中，发射到车道的边缘。这些雷达波被车道边缘反射并且被雷达传感器再次接收。从接收到的雷达波中，根据所得干涉数据来确定关于车道边缘的信息。例如，可以确定车道边缘具有何种类型的表面结构以及车道边缘与车道本身之间是否存在高度差。

在自主车辆引导中考虑所获得的信息，例如通过在车道边缘状况差(例如存在坑洼)的情况下降低车辆的速度或者指定最大速度。

通过附加传感器组的雷达传感器获得的信息与来自第一传感器组的雷达信息相结合并且进行比较，从而能够验证雷达信息。只有在第一传感器组和其他传感器组的雷达信息之间达成一致的情况下，才能在驾驶自主车辆时考虑该雷达信息。

可选地，也可以存在摄像机传感器6，其中基于这些传感器的信息也可以用于验证。

也存在将所确定的雷达信息传送到外部处理和存储单元并且用于生成车道状况的地图的可能性。

Claims (17)

1.一种用于分析车辆环境的方法，包含：

将具有至少两个雷达传感器的第一传感器组设置在车辆上，

通过所述雷达传感器向所述车辆环境发射雷达波，

从所述车辆环境中的物体反射所述发射的雷达波，

通过所述雷达传感器接收所述反射的雷达波，

从所述收到的雷达波中获得有关所述车辆环境的信息，以下称为雷达信息，

输出所述雷达信息，

其特征在于，所述雷达传感器以这样的方式设置在所述车辆上，使得待发射和/或待接收的所述雷达波进行干涉并且通过考虑所产生的干涉数据来确定所述雷达信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从车道和/或车道边缘反射所述发射的雷达波，并且确定与所述车道和/或所述车道边缘有关的雷达信息。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述雷达信息被考虑用于驱动所述车辆。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，另外地借助于一个或多个摄像机传感器来确定和显示关于所述车辆环境的信息，所述信息以下称为摄像机信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述雷达信息和所述摄像机信息合并。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，获得具有至少两个雷达传感器的至少一个附加传感器组的雷达信息，并且将其他雷达信息与来自所述第一传感器组的所述雷达信息合并。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，将所述合并信息彼此比较以进行验证，并且仅输出经验证的信息。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所获得的所述雷达信息被传送到外部处理和存储单元并且用于生成车道状况的地图。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述雷达波具有适合于与所述车辆环境交互的特性。

10.一种用于分析车辆环境的设备，包含：

第一传感器组，所述第一传感器组具有用于发射和接收雷达波的至少两个雷达传感器，

处理单元，所述处理单元用于从所述雷达波中获得有关所述车辆环境的信息，所述信息以下称为雷达信息，和

输出单元，所述输出单元用于输出所述雷达信息，

其特征在于，所述雷达传感器以这样的方式设置在所述车辆上，使得待发射和/或待接收的所述雷达波进行干涉。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述处理单元另外地设计用于在考虑到所述雷达信息的情况下驱动所述车辆。

12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述设备还包含用于获得关于所述车辆环境的信息的一个或多个摄像机传感器，所述信息以下称为摄像机信息。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述处理单元另外设计用于合并所述雷达信息和所述摄像机信息。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包含具有至少两个雷达传感器的至少一个附加传感器组，并且所述处理单元另外设计用于合并来自所述第一传感器组和每个附加传感器组的所述雷达信息。

15.根据权利要求13或14所述的设备，其特征在于，所述设备还设计为比较所述合并的信息。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备具有用于将获得的所述雷达信息传输到外部处理和存储单元的数据传输装置。

17.一种具有根据权利要求10至16中任一项所述的设备的车辆。