DE102005049129A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Größe - Google Patents

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Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer mit einem Objekt (4) im Zusammenhang stehenden Größe, wobei das Objekt (4) mehrere zur Reflexion von Messsignalen geeignete Stellen (2) aufweist, wird zur Auswertung von mindestens einem Messsignal eine Auftretenswahrscheinlichkeit (6) für Reflexionen an diesen Stellen (2) berücksichtigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer mit einem Objekt in Zusammenhang stehenden Größe sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
  • Ein Radar-Sensor misst üblicherweise Maxima temporärer Reflexe auf Objekten. Diese Reflexe beschreiben jedoch keine festen Punkte auf dem Objekt sondern wandern und springen in Abhängigkeit vom Ansichtswinkel. Dabei genügen schon kleinste Änderungen des Ansichtswinkels, um ein anderes Reflexionsverhalten zu erhalten. Bei Objekten, die größer als die Trennfähigkeit des Radar-Sensors sind, können mehrere Reflexe gleichzeitig gemessen werden. Derzeit wird eine Clusterung der Reflexe durch ein fixes Fenster (z.B. 2m·8m) und eine Mittelung von Messwerten praktiziert. Zur Bestimmung einer Hinterkante des Objekts wird der örtlich nächste Reflex ausgewählt. Hierbei kann es zu Scheinbewegungen des Objekts kommen, wenn der Reflex auf dem Objekt springt oder ein anderer Teil des Objekts diesen stärker reflektiert. Problematisch ist zudem eine Vorbeifahrt an einem Fahrzeug, wobei der Reflex auf einer Außenkante des Objekts in Richtung des eigenen Fahrzeugs läuft. Diese scheinbare Bewegung des Objekts kann im schlimmsten Fall zu einer Fehlauslösung eines prädikativen Sicherheitssystems (PSS) führen.
  • Ausgehend hiervon wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7, ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 vorgestellt.
    •
  • Voiteile der Erfindung
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung mindestens einer mit einem Objekt in Zusammenhang stehenden Größe bzw. Zustandsgröße, wobei das Objekt mehrere zur Reflexion von Messsignalen geeignete Stellen aufweist, wird zur Auswertung von mindestens einem Messsignal eine Auftretenswahrscheinlichkeit für Reflexionen an diesen Stellen berücksichtigt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer mit einem Objekt in Zusammenhang stehenden Größe, wobei das Objekt mehrere zur Reflexion eines Messsignals geeignete Stellen aufweist. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, zur Auswertung von mindestens einem Messsignal eine Auftretenswahrscheinlichkeit für Reflexionen an diesen Stellen zu berücksichtigen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Einrichtung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgeführt wird.
  • Die Erfindung betrifft des weiteren ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Einrichtung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgeführt wird.
  • Bei der Erfindung wird ein statistischer Ansatz, der die Wahrscheinlichkeit reflektierender Stellen oder Punkte auf einem ausgedehnten Objekt, bspw. einem Fahrzeug, berücksichtigt, genutzt. Eintreffende Messwerte werden unterschiedlich gewichtet, je nachdem wie die jeweils aktuelle Auftretenswahrscheinlichkeit hierfür ist. Diese ist wiederum von der Größe, insbesondere einem relativen Ort oder einer relativen Geschwindigkeit, die mit dem Objekt zusammenhängt, abhängig. Hierzu wird die Auftretenswahrscheinlichkeit, die aus einem umfassenden Reflexionsmodell des Objekts abgeleitet wird, bereitgestellt.
  • Mit der Erfindung wird eine sog. Radar-Reflex-Modellierung ermöglicht. Über Umfeldmessungen ist es möglich, einen Ort und/oder eine Geschwindigkeit eines im Umfeld der Vorrichtung befindlichen Objekts zu bestimmen. Hierbei wird ein Signal ausgesendet und von einer Stelle des Objekts als mindestens ein Messsignal reflektiert und von einem Sensor empfangen. Die Vorrichtung kann in einem Fahrzeug angeordnet sein und zur Überwachung von Objekten in einem Umfeld dieses Fahrzeugs dienen.
  • Aus allen vom Objekt eingetroffenen Messsignalen kann schließlich ein fusionierter Messwert gebildet werden, der die gesuchten physikalischen Größen des Objekts optimal beschreibt. In einem nachfolgenden Tracking-Algorithmus kann der fusionierte Messwert weiterverarbeitet werden.
  • Durch die Anwendung einer statistischen Verteilung der Auftretenswahrscheinlichkeit und somit von Radar-Reflexen auf dem Objekt kann eine Orts- oder Geschwindigkeitsbestimmg und somit eine Schätzung des Zustands des Objekts genauer und zuverlässiger durchgeführt werden. Scheinbewegungen des Objekts, die durch Reflex-Bewegungen auf dem Objekt hervorgerufen werden und somit ein Messergebnis verfälschen, können mit dem Verfahren minimiert werden. Weiterhin können Bewegungen in Längs- und in Querrichtung relativ zu der Vorrichtung berücksichtigt werden.
  • Eine getrennte Behandlung jeder Größe oder Mess-Dimension, wie Abstand, Geschwindigkeit oder Querversatz des Objekts, kann eine Handhabbarkeit des Modells erhöhen.
  • Bei der Auswertung von Messsignalen, die durch winkeltrennfähige Sensoren oder Radar-Sensoren bereitgestellt sind, treten bei Vorbeifahrten an Fahrzeugen somit im Mittel keine Scheinbewegungen in Längs- oder Querrichtung auf, d.h. der geschätzte Ort des Objektes bewegt sich nicht entlang einer Außenkante des Objekts, sondern beschreibt im Mittel die Mitte einer Hinterkante des Objekts.
  • Das Verfahren kann bei prädikativen Sicherheitssystemen (predictive safety systems; PSS2) und adaptiven Fahrkontrollsystemen (adaptive cruise control; ACCplus) eingesetzt werden.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    •
  • Zeichnung
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt in einem Diagramm eine zu einer Abstandsmessung verwendeten Auftretenswahrscheinlichkeit.
  • 2 zeigt in einem Diagramm eine zu einer Geschwindigkeitsmessung verwendete Auftretenswahrscheinlichkeit.
  • 3 zeigt ein Beispiel zu einer Auswertung einer Drehteller-Messung in schematischer Darstellung.
  • 4 zeigt ein Diagramm zu einem Fahrzeug-Ausdehnungsmodell.
  • 5 zeigt ein Diagramm zu einer Verteilung von Reflexen.
  • 6 zeigt ein Diagramm zu einer Reflexpunktverschiebung.
  • Ausführungsbeispiel
  • Die Figuren werden zusammenhängen und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
  • Bei der Messung eines korrekten Abstands zu einer Hinterkante als eine Stelle 2 eines Objekts 4, das hier als Fahrzeug ausgebildet ist, wird die in dem Diagramm in 1 gezeigte Auftretenswahrscheinlichkeit 6 oder Wahrscheinlichkeitsverteilung von Radar-Reflexen zugrunde gelegt, diese ist entlang der Ordinate 8 über der Abszisse 10 für den Abstand aufgetragen.
  • Ein Grund für eine Unsymmetrie der Auftretenswahrschein-lichkeit 6 ist, dass die Hinterkante des Objekts 4 nicht immer korrekt geschätzt wird. Es kommt beispielsweise vor, dass bei erstmalig gemessenen Objekten 4 nicht die Hinterkante sondern die Vorderkante gemessen wird. Die Wahrscheinlichkeit, dass die reale Hinterkante also weiter hinten liegt, was einem geringeren Abstand entspricht, ist höher, als dass die reale Hinerkante weiter vorne liegt, was einem größeren Abstand entspricht.
  • Für eine Messung einer korrekten Geschwindigkeit des Objekts 4 wird die in dem Diagramm aus 2 gezeigte Auftretenswahrscheinlichkeit 12 von Radar-Reflexen zugrunde gelegt, die ebenfalls entlang der Ordinate 8 über der Abszisse 10 für den Abstand aufgetragen ist.
  • Hier besteht ein Grund für eine Unsymmetrie darin, dass die Hinterkante als Stelle 2 des Objekts 4 nicht immer exakt geschätzt wird, aber dass jeder Punkt und somit jede Stelle 2 des Objekts 4 eine korrekte Geschwindigkeitsmessug liefern kann. Messwerte der Geschwindigkeit der Hinterkante sind i.d.R. genauer als jene von weiter vorne liegenden Punkten des Objekts 4, da mehr Leistung von der Hinterkante reflektiert wird.
  • Zur Messung eines Querversatzes des Objekts 4 wird in dessen Querrichtung die Mitte der Hinterkante geschätzt. Allerdings ist hierbei zu berücksichtigen, dass ein genauer Ort des Reflexes stark von einem Ansichtswinkel des Objekts 4 abhängt.
  • Detaillierte Untersuchungen von Objekten 14, in einem in 3 schematisch dargestellten Fahrzeug, die auf einem Drehteller in mindestens zwei Raumrichtungen x, y 16, 18 vermessen werden, haben gezeigt, dass ein gemessener Winkel im Mittel an den Stellen 20, 22, 24 liegt, die den geringsten Relativabstand zu einem Sensor aufweisen. Bei frontaler Ansicht wird eine Mitte als Stelle 20 des Fahrzeugs gemessen. In großen Ansichtswinkelbereichen werden lediglich Ecken als Stellen 22, 24 des Fahrzeugs gemessen. Dazwischen ergeben sich fließende Übergänge.
  • Entsprechend diesen Erkenntnissen wurde ein in 4 gezeigtes Ausdehnungsmodell 26 für Fahrzeuge in einer ersten und zweiten Raumrichtung x, y 28, 30 entwickelt. Es besteht aus einem rechteckigen Körper 32 mit einer kreisförmigen Rundung 34. Da im Straßenverkehr in der Regel die Hinterkante als Stelle 33 eines Objekts 35 über das Ausdehnungsmodell 26 gemessen wird, ist es ausreichend, dieses zu modellieren. Ziel ist es, von einem Sensor 36 aus die Mitte 37 der Hinterkante in Abhängigkeit von einem Ansichtswinkel φ 38 zu schätzen. Es ergibt sich daraus eine Auftretenswahrscheinlichkeit einer Verteilung von Reflexen 40 an unterschiedlichen Stellen, die abhängig vom Ansichtswinkel φ 38 des Objekts 35 bzw. des Fahrzeugs ist.
  • Über die relative Lage des Objekts 35 lässt sich, wie 4 zeigt, die wahrscheinlichste Verschiebung Δdy 42 des Reflexes 40 zu der Mitte 37 der Hinterkante als Stelle 33 des Objekts 35 berechnen.
  • 5 zeigt drei Beispiele von Verteilungen 44, 46, 48 für Reflexe, die entlang einer Ordinate 50 über eine Abszisse 52 für den Ansichtswinkel φ 38 (4) aufgetragen sind.
  • Ein Problem stellt allerdings eine Schätzung relativer Ansichtswinkel
    Figure 00060001
    54 oder β 56 gemäß 4 dar, da diese Größen vom Sensor 36 oder Radar-Sensor nicht direkt gemessen werden. Sie können allerdings über die Relativbewegung in x- und y-Richtung, 28, 30, über einen Fahrbahnverlauf oder anhand eines momentanen Eigenkurses des beobachtenden Sensors 36 geschätzt werden. Die Schätzung wird jedoch um so unsicherer, je großer der Abstand des Sensors 36 zu dem Objekt 35 ist. Dieser muss insofern berücksichtigt werden, da die geschätzte Verschiebung von Reflexen 40 bei größeren Abständen in geringerem Maß einfließt.
  • Über wahrscheinlichkeitstheoretische Betrachtungen erhält man die in dem Diagramm in 6 gezeigte Kurvenschar 58 für Verschiebungen von Reflexen 40 (4). Jede dieser Kurven ist für unterschiedliche Abstände dy 60 in y-Richtung 28 gemäß 4 in Richtung von Abständen dx 62 in x-Richtung 28 gemäß 4, die entlang einer Ordinate 64 aufgetragen sind, über der wahrscheinlichsten Verschiebung Δdy 42 entlang der Abszisse 66 aufgetragen. Hierzu werden in der Regel sowohl mehrere Ansichtswinkel φ 38 als auch Messwerte für Abstände dx 62 und dy 60 von dem Sensor 36 geliefert.
  • Alle Messwerte werden über die Auftretenswahrschein-lichkeit, so dass diese die gesuchte physikalische Größe beschreibt, gewichtet. Zur Bestimmung eines Querversatzes werden Messsignale, die vorzugsweise auch auf der Hinterkante liegen, physikalisch am stärksten gewichtet.
  • Aus der Auftretenswahrscheinlichkeit wird ein fusionierter Pseudo-Messwert gebildet, der die aktuell wahrscheinlichste Geschwindigkeit des Objekts 35 und den wahrscheinlichsten Ort für die Mitte 37 der Hinterkante des Objekts 35 beschreibt. Dieser Pseudo-Messwert kann mit Hilfe von gängigen Tracking-Algorithmen, z.B. über Kalman-Filter, weiterverarbeitet werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Bestimmung mindestens einer mit einem Objekt (4, 14, 35) in Zusammenhang stehenden Größe, wobei das Objekt (4, 14, 35) mehrere zur Reflexion von Messsignalen geeignete Stellen (2, 20, 22, 24, 33) aufweist, bei dem zur Auswertung von mindestens einem Messsignal eine Auftretenswahrscheinlichkeit (6, 12) für Reflexionen an diesen Stellen (2, 20, 22, 24, 33) berücksichtigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein relativer Ort des Objekts (4, 14, 35) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine relative Geschwindigkeit des Objekts (4, 14, 35) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine Messsignal entsprechend der Auftretenswahrscheinlichkeit (6, 12) gewichtet wird.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die zu bestimmende Größe des Objekts (4, 14, 35) in Abhängigkeit der Auftretenswahrscheinlichkeit (6, 12) bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem aus dem mindestens einen Messsignal, ein fusionierter Messwert gebildet wird.
  7. Vorrichtung Bestimmung mindestens einer mit einem Objekt (4, 14, 35) in Zusammenhang stehenden Größe, wobei das Objekt (4, 14, 35) mehrere zur Reflexion eines Messsignals geeignete Stellen (2, 20, 22, 24, 33) aufweist, die dazu ausgebildet ist, zur Auswertung von mindestens einem Messsignal eine Auftretenswahrscheinlichkeit für Reflexionen an diesen Stellen (2, 20, 22, 24, 33) zu berücksichtigen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, die eine Einrichtung zur Auswertung des mindestens einen Messsignals aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, die einen Sender zum Aussenden eines Signals und einen Sensor (36) zum Empfangen mindestens eines von dem Objekt (4, 14, 35) reflektierten Messsignals aufweist.
  10. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Einrichtung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ausgeführt wird.
  11. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Einrichtung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ausgeführt wird.
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