CN111183366A - 用于监控机动车的模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于机动车监控的模拟装置，包括：雷达传感器(2)、相机传感器(3)、LiDAR光接收传感器(1)和计算机(4)；其中，所述雷达传感器(2)能够通过雷达信号发射器而被控制；所述相机传感器(3)能够通过透镜而被控制；所述LiDAR光接收传感器(1)能够通过光发射器而被控制。

Description

用于监控机动车的模拟装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的通用术语的用于机动车监控系统的模拟装置和根据权利要求7的方法。

背景技术

现有技术中，相机传感器、雷达传感器和LiDAR光测量系统已知在本领域中用于对机动车的监视。

在本领域中，参考德国专利DE 10 2014 217 524 A1，有一种用于测试机动车的安全增强设备的测试装置，其中，该测试装置包括测试单元，该测试单元能够放置在围绕待测试机动车的区域中。此外，测试单元具有至少一个测试装置，用于测试具有至少一个数据处理装置的机动车的安全相关设备。

还参考美国专利US 2014/0036084 A1，其中披露了一种机动车辆中的透镜布置结构，这些透镜检测在该透镜的可见区域内的被检测物体的距离并且将其传输到计算机。

这些传感器用于监测车辆的周围环境，特别是在自动驾驶的区域中。除了自动驾驶之外，所谓的驾驶员辅助系统也决定性地依赖于这些传感器，以便能够无事故地运行。

需要大量的工作来检查所使用的传感器的质量和功能。例如，模拟人和物体的较大的三维场景，可以相应地测试传感器。这些大型结构是耗时且昂贵的。

LiDAR(Light detection and ranging，激光探测与测量的缩写)光测量系统用于除了光学距离和速度测量之外的其它应用。LiDAR光测量系统发射光并且测量光在被对象反射之后返回到LiDAR光测量系统的传播时间。通过已知的光速来确定对象与LiDAR光测量系统之间的距离。根据LiDAR光测量系统的设计，可以进行从几厘米到几十万公里范围内的距离测量。

LiDAR光测量系统的重要应用领域测量范围约为1米至几百米。这些应用领域的例子包括用于光学距离测量的移动仪器和用于汽车的LiDAR光测量系统应用，即驾驶员辅助系统和自动驾驶。

为了测试LiDAR光测量系统，例如在工业质量控制中，需要一种在限定的距离处执行测量的方法。在最简单的情况下，需要测量这些限定长度的距离。质量控制还需要限定环境条件，例如沿着测量路线的温度、湿度和环境光，以及所测量的对象的限定的光学特性。为了符合环境条件，对测量部分所需的空间提出了相当大的要求。因此，用于大于10m的距离的测试部分实现起来是复杂的。

如果LiDAR光测量系统配备有像常规相机那样以光圈角度拍摄图像的若干通道，则与线性距离测量系统相比，对空间需求就会增加。对于具有360°的水平光圈、45°的垂直光圈和100m的最大测量距离的LiDAR光接收传感器，需要具有200m的直径和83m的高度的测量站。

除了在固定距离处对LiDAR光测量系统进行简单测试之外，还需要为测试系统提供移动场景。这对于在应用开发期间测试LiDAR传感器是特别必要的。例如，为了测试在自动驾驶应用中LiDAR光测量系统的行为，必须驱车行驶并且记录传感器数据。然而，在这种情况下，仅可以测试驾驶这种场景。

发明内容

发明任务

本发明的任务是克服现有技术中的缺点。特别地，提供一种模拟设备，其能够在实际条件下快速且容易地控制在模拟设备中使用的所有不同传感器。

任务解决方案

根据权利要求1和7的特征解决了该问题。

在从属权利要求中描述了有优选的设计。

本发明使得可以将LiDAR光测量系统用于任何移动场景。由可调整的延迟部件生成延时光信号，以取代在测量段期间从待测对象返回到传感器的延时光信号。

由LiDAR光测量系统发射的光信号由光电检测器检测，并通过例如光阱阻挡进一步传播。以LiDAR光测量系统所发射的光信号的检测时间作为触发器时间，生成延时信号。

参考触发器生成延时信号。在本发明中，可以基于由电子器件产生的最小延迟来任意地设置和改变时间延迟。使用电子时间延迟单元产生延时信号。时间延迟可以是被电子地改变，并且优选地在＞10s-1的范围内，使用延时信号以使用适当的快速放大器产生光信号。

该信号通常表示光信号。光信号优选地由LED或激光二极管产生。LED包括LED驱动器。激光二极管包括激光二极管驱动器。激光二极管(也称为半导体激光器)是与发光二极管(LED)相关的半导体元件，但是其产生激光辐射。激光二极管在高电流密度下以强掺杂操作p-n结。半导体材料的选择决定了发射的波长，由此，如今覆盖了从红外线到紫外线的光谱。

以这种方式生成的光信号被发射到LiDAR光测量系统，LiDAR光测量系统将该光信号解释为处于与延迟时间相对应距离的对象。

对于LiDAR光测量系统的每个信道，存在独立于其它信道的信号链。这使得可以生成用于LiDAR系统的模拟移动环境。

-生成对应于移动的1到3维场景的可变延时信号，该信号被同步地适配于运行时的场景。

-通道数目的可扩展性，取决于用于距离测量的光学系统的分辨率。

-最小距离的可扩展性，其中，最小距离受到用于通过延时元件检测光脉冲的电子组件的反应速度的限制，取决于光学系统的最大检测范围的光发生。

-尤其是用于在时间同步网络中使用若干不同传感器模拟器以用于虚拟现实的可视化。

-尤其是ADAS(高级驾驶员辅助系统)领域。

-对应于静态距离的静态时间延迟的可调整性。

本发明的模拟装置具有优于现有技术的优点，即，不是所使用的每种类型的传感器都必须在其自身的适于这些传感器的模拟环境中进行测试。相反，模拟模式的组合可以确保用于车辆监控的所有传感器例如在自动驾驶的情况下可以被尽可能真实地测试。

通常，雷达传感器、相机传感器和LiDAR光接收传感器被用于车辆监控的领域中。

每种类型的传感器需要专门地适合于传感器需要的模拟环境，因此如果每种类型的传感器必须在各自的环境中测试，是非常耗时的。

直到现在，所有上述传感器类型的组合是不可能的，因为尤其是LiDAR光接收传感器不能以相应的方式来测试。本发明会使得这些变得可能。

理想地，单个计算机应当确保以经济有效的方式激发传感器的所有必要步骤，并且还在目标/实际范围的传感器结果执行比较。

雷达传感器通过雷达信号发射器被控制或激发。相机传感器通过一组透镜进行测试，以确定例如是否在不同距离以期望的方式执行自动聚焦。

最后，通过延迟来自LiDAR光发射器的LiDAR光信号或者通过使用外部光发射器来测试LiDAR光接收传感器。通过延迟地返回所记录的LiDAR光信号或者在激活LiDAR光接收传感器之后的特定时间段之后发送光信号来模拟LiDAR光接收传感器的特定距离。

计算机执行初始目标/实际比较以检查雷达传感器。计算机检查由雷达信号发射器发送的雷达信号是否也满足雷达传感器的要求，例如，实际值。

计算机还执行第二目标/实际比较以检查相机传感器。这里，计算机根据所选择的透镜来比较相机传感器是否在特定时间段内自动聚焦或聚焦。计算机还可以使用不同的透镜，例如，模拟更远的距离，由此相机传感器必须根据技术要求的规范在特定时间内再次在更远的距离处自动聚焦测试图像。

还执行第三目标/实际比较以检查LiDAR光接收传感器。使用LiDAR光发射器的LiDAR光信号或者自主光发射器的光信号。计算机检查在激活LiDAR光接收传感器、延迟发射光信号和由LiDAR光接收传感器接收光信号之间的时间延迟是否对应于存储在计算机中的值。

在本发明中重要的是，雷达信号发射器、透镜和光发射器在小于50ms的时间窗口内同步地控制雷达传感器、相机传感器和光接收传感器。同步控制允许雷达传感器、相机传感器和光接收传感器的功能的相互控制。50ms的时间窗口是确保部件的相互控制是最大允许偏差。以这种方式，例如可以作为光接收传感器的一个功能来测试雷达传感器。或者光接收传感器取决于相机传感器。例如，如果相机传感器看到某物但光接收传感器看不到，则这是由计算机指示的故障。如果不是这种情况，则安装了有故障的部件，必须替换。

附图说明

本发明的其它优点、特征和细节从以下优选实施例的描述以及从附图中得到，这些表示在：

图1是根据本发明的模拟装置的示意图。

图2示出了示意性电路图。

图3是图1示例的一部分。

图4-6是另一个实施例。

图7和8是第三个实施例。

参考标记列表

LiDAR光接收传感器 19-LED

2-雷达传感器 20-光学系统

3-相机传感器 21-基板

4-电脑 22-支架

5-雷达信号发射器 23-旋转头

6-透镜 24-轴

7-光发射器 25-光发射条

8-雷达信号 26-旋转箭头

9-光信号 27-光发射器

10-机动车 28-光导圆柱

11-测试图案 29-另外的光发射条

12-LiDAR光发射器 30-光环

13-LiDAR光测量系统 31-环

14-光电检测器 32-零度调节器

15-放大器 33-发射器

16-比较器 34-接收器

17-延迟单元 35-发射器光箭

18-LED驱动器 36-接收器返回信号

具体实施方式

图1示出了机动车10，例如,具有用于自动驾驶的LiDAR光接收传感器1。还示意性地示出了雷达传感器2和相机传感器3。

LiDAR光接收传感器1由光发射器7激发，例如，如图2中所描述的那样来完成。然而，还可以想到的是，例如关闭LiDAR光发射器12并且激活由计算机4控制的自主光发射器7。计算机4确定在开始LiDAR光接收传感器1的接收准备就绪与光发射器7发射光信号9之间的时间，以模拟反射的对应接近度或距离。

与光发射器7相同，LiDAR光接收传感器1经由数据线或无线连接到计算机4，该连接将LiDAR而不是接收传感器1获得的数据发送到计算机4。

图1还示出了透镜6，透镜6应当在限定的距离处向相机传感器3示出测试图案11，由此测试图案11总是被布置在实际距离处，该实际距离不对应于比限定距离更近的距离，因为透镜6给予相机传感器3的印象是测试图案例如比实际情况更远。

相机传感器3和透镜6也经由数据线或无线连接到计算机4。透镜6的选择由计算机特别地确定。通过选择透镜6，计算机4确定待检查的距离，该距离例如由相机传感器3记录并且自动显示。这种自动聚焦可以通过在x米的距离处选择透镜6来模拟。如果选择了另一个透镜，则可以在，例如x+10米处，测试模拟自动聚焦。

此外，如图所示雷达传感器2，由雷达信号发射器5激发，雷达信号发生器5模拟雷达信号8，其被雷达传感器2感知为多普勒效应中的回波。

雷达传感器2和雷达信号发射器5也通过数据线或无线连接到计算机4，并且以这种方式将，例如由雷达传感器2获得的数据，传输到计算机4，在这种情况下，计算机4也决定雷达信号发射器5是否以及何时应该发射雷达信号8。

图2示出了实施例的示意性电路图，其示出了LiDAR光测量系统13不仅使用了LiDAR光接收传感器1，而且使用LiDAR光信号发送器12。

在这种情况下，首先将从LiDAR光信号发射器12发射的LiDAR光信号发送到光电检测器14。光电检测器14是，例如光学检测器、光电传感器或使用光电效应将光转换成电信号或示出取决于入射辐射的电阻的其他电子组件。然而，该术语还指集成了这种辐射测量部件的应用。

由光电检测器14拾取的信号再被传递到放大器15，该放大器升级信号并放大该信号以用于进一步处理。

然后，该信号被传递到比较器16。计算机4监控比较器16和该信号到延迟单元17的传输，延迟单元将信号的传输以限定的形式传输到LED驱动器18，并且受到计算机4不同的时间延迟的影响。

LED驱动器18又使LED19(发光二极管)或激光二极管发射光学系统20中的信号以点亮。在光学系统20中的LED19或激光二极管将信号转换成光信号之后，LiDAR光接收传感器1接收光学系统20的光信号。

在本发明的用于光学系统的模拟探测环境的发明方法中，计算机控制在一侧的雷达传感器2、相机传感器3和LiDAR光接收传感器1以及在另一侧的雷达信号发射器5、选定的透镜6和光发射器7的选择。

计算机4执行初始目标/实际比较以检查雷达传感器2，计算机4检查由雷达信号发射器5发送的雷达信号8是否也满足雷达传感器2的要求，例如，实际值。

计算机4还执行第二目标/实际比较以检查相机传感器3，计算机4根据透镜6的选择比较相机传感器3是否自动聚焦或在特定时间内聚焦。计算机4还可以使用不同的透镜，例如，模拟更远的距离，由此相机传感器3然后必须根据技术要求的规范在特定时间内，再次在更远的距离处自动聚焦测试图案11。

还执行第三目标/实际比较以检查LiDAR光接收传感器1。使用LiDAR光发射器12的LiDAR光信号或自主光发射器7的光信号实现此目的。计算机4检查在LiDAR光接收传感器1的激活，光信号的延迟发送与LiDAR光接收传感器1的光信号的接收之间的时间延迟是否与计算机4中存储的值相对应。

图3示出了图1实施例的一部分。LiDAR光接收传感器1在模拟期间被静态地保持。所示的模拟设备，被布置在公共基板21。LiDAR光接收传感器1被布置在距基板21一定距离处。另外，所示支架22用于接纳多个光发射器23、24。此外，可以安装大量其他光发射器，这些光发射器如图3所示，但未作进一步命名。

光发射器23和另一个光发射器24被支架保持在同一平面上。在此例中，这意味着到基板20的距离相等。它们彼此相邻排列。这又意味着光发射器23和另一光发射器24被布置成与LiDAR光接收传感器1中心对准的刻度圆。

在图4至6中，图1的一部分显示为另一个实施例的一部分。在模拟过程中，LiDAR光接收传感器1旋转了360°。

图4示出了旋转头23，其中LiDAR光接收传感器1在其中旋转。此外，示出了轴24，旋转头23放置在该轴上。

此外，在该示例中，两个旋转箭头26示出了旋转方向。

图5示出了光发射条25。在光发射条25的通常面向旋转头23的一侧，很容易看到第一发光器27.1的布置方式以及分别布置在中央第一发光器27.1的下方和上方的其他第一发光器27.2和27.3的布置方式。

图6示出了根据本发明的模拟设备的俯视图。旋转头23位于光导圆柱28的中央，该光柱沿旋转箭头26的方向旋转。

光导圆柱体28由光发射条25和另外的光发射条29以及未描述但在图6中示出的更多光发射条组成，它们一起以闭合圆围绕旋转头23，以模拟360°环境。

在图7和8中示出了第三轴。图7示出了从上方观察的视图，图8示出了剖切侧视图。在两个图中，再次示出了旋转头23，也旋转360°。

在图7中，旋转头23被光环30包围，光环30可以由塑料以3D打印工艺制成。光环30由多个叠置的环31.1-31.9组成，这些环彼此屏蔽不透光。

图7还示出了零度调节器32，当在零度调节器32处通过光接收传感器1时，计算机被告知有信号通过零度调节器32，从而光接收传感器1的精确位置可以总是基于旋转头23的转速和通过零度调节器32的时间来确定。因此，光接收传感器1的位置可以作为从通过零度调节器32开始所经过的时间和转速的函数来确定。这是非常可能的，如果发射器33发射发射器光，这里发射器光以发射器光箭头35的形式，由此发射器光在整个光环30中传播，并且对于光接收传感器1是可见的，在光接收传感器1的相应位置，接收器返回信号36被再次发射，被接收器34检测。

以此可以确定光接收传感器1的位置和功能的检测。

尽管本发明仅描述和提出了一个或多个优选实施例，但是很显然在不背离本发明的本质和范围的情况下，本领域技术人员可以添加许多修改。

Claims (7)

1.一种用于机动车监控的模拟装置，包括：雷达传感器(2)、相机传感器(3)、LiDAR光接收传感器(1)以及计算机(4)，其特征在于，

所述雷达传感器(2)能够过雷达信号发射器而被控制；

所述照相机传感器(3)能够通过透镜而被控制；以及

所述LiDAR光接收传感器(1)能够通过光发射器(7、12、27.1、27.2、27.3)而被控制；

其中，所述雷达信号发射器、所述透镜和所述光发射器(7、12、27.1、27.2、27.3)在小于50ms的时间窗中同步地控制所述雷达传感器(2)、所述相机传感器(3)和所述光接收传感器(1)。

2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述雷达传感器(2)、所述相机传感器(3)和所述LiDAR光接收传感器(1)连接到所述计算机(4)。

3.根据权利要求2所述的模拟装置，其特征在于，所述雷达信号发射器(5)、所述透镜(6)和所述光发射器(7、12、27.1、27.2、27.3)与所述计算机(4)连接。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的模拟装置，其特征在于，所述雷达信号发射器(5)能够由所述计算机(4)激活，所述计算机(4)能够执行所述雷达传感器(2)的接收的第一设定点/实际比较。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的模拟装置，其特征在于，所述透镜(6)能够与所述相机传感器(3)操作连接，所述计算机(4)执行所述相机传感器(3)的聚焦的第二设定点/实际比较。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的模拟装置，其特征在于，所述光发射器(7、12、27.1、27.2、27.3)能够由所述计算机(4)激活，所述计算机(4)能够执行所述LiDAR光接收传感器(1)的接收的第三设定点/实际比较。

7.一种模拟检测环境的方法，该检测环境用于雷达传感器(2)、相机传感器(3)和LiDAR光接收传感器(1)，并具有光发射器(7，12，27.1，27.2，27.3)，其特征在于，包括如下步骤：

由所述雷达信号发射器(5)的雷达信号(8)驱动所述雷达传感器(2)；

所述计算机(4)监测所述雷达信号发射器(5)和所述雷达传感器(2)；

所述计算机(4)执行第一设定点/实际比较；

由透镜(6)控制所述相机传感器(3)；

所述计算机(4)监测所述透镜(6)和所述相机传感器(3)；

所述计算机(4)执行第二设定点/实际比较；

由来自所述光发射器(7、12、27.1、27.2、27.3)的光信号激活所述LiDAR光接收传感器(1)；

所述LiDAR光接收传感器(1)记录所述光信号(9)；以及

所述计算机(4)执行第三设定点/实际调整；

其中，所述雷达信号发射器、所述透镜和所述光发射器(7、12、27.1、27.2、27.3)在小于50ms的时间窗中同步地控制所述雷达传感器(2)、所述相机传感器(3)和所述光接收传感器(1)。

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