DE102006047651A1 - Verfahren zum Abtasten eines Umfelds eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum Abtasten eines Umfelds eines Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Es werden ein Verfahren, eine Einrichtung, ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt zum Abtasten eines Umfelds eines Fahrzeugs (70, 72) vorgestellt. Das beschriebene Verfahren sieht vor, dass eine Anzahl von Einzelstrahlen (1, ...9) zur Abtastung verwendet wird und der Funktionsbereich durch funktionsspezifische Zusammenfassung der Einzelstrahlen (1, ...9) konfiguriert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Abtasten eines Umfelds eines Fahrzeugs, insbesondere eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
  • Stand der Technik
  • Elektronisch oder mechanisch abtastende bzw. scannende Messysteme zur Positionsbestimmung von Objekten sind bekannt, die bspw. auf Basis von Radar-(radar: radio detecting and ranging) oder Lidartechnologie (lidar: light detection and ranging), die das Radarprinzip auf den Frequenzbereich des Lichts überträgt, arbeiten.
  • Es ist allerdings derzeit kein ressourcenschonendes Verfahren zur adäquaten Minimierung des Datenaufkommens bekannt, das es erlaubt, eine Abtast- bzw. Scannerhardware für unterschiedliche Anwendungen einzusetzen. Mögliche Anwendungen hierfür sind bspw. eine Parklückenvermessung, eine adaptive Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung (ACC-FullSpeedRange), eine Spurwechselunterstützung (LaneChangeAid) und eine Ablaufsteuerung vor einem Zusammenstoß (PreCrash).
  • Zur Bestimmung von Abständen zwischen Fahrzeugen aus Rückstreukurven, die in den vorgenannten Anwendungen zu Einsatz kommen, sind Verfahren für Radar- oder Lidarsysteme bekannt. Insbesondere das damit verbundene Datenaufkommen führt zu einer aufwendigen Datenverarbeitung, was den Einsatz solcher Systeme bislang beschränkt.
  • Es besteht somit ein Bedarf an der Konzipierung einer möglichst kostengünstigen und universell einsetzbaren Scannerhardware und -software mit minimiertem bzw. optimiertem Ressourcenbedarf für eine anschließende Datenauswertung.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Abtasten eines Umfelds eines Fahrzeugs, wobei eine Anzahl von Einzelstrahlen zur Abtastung verwendet wird, und wobei der Abtastbereich durch funktionsspezifische Zusammenfassung der Einzelstrahlen konfiguriert wird.
  • Der Scanbereich wird somit durch funktionsspezifische Zusammenfassung der Einzelstrahlen, d.h. durch Sektorierung, bspw. für die Funktion "Parklückenvermessung" so konfiguriert, dass z.B. die Lage und Höhe des Randsteines in Bodennähe sowie der Bereich um die Fahrer- bzw. Ego-Fahrzeug-Höhe sehr fein winkelaufgelöst vermessen wird, während im Bereich dazwischen, in dem keine hohe Winkelauflösung erforderlich ist, eine grobere Segmentierung erfolgt. Für Bereiche von hohem Interesse erfolgt somit eine feinere Segmentierung. Auf diese Weise wird das Datenaufkommen gegenüber bekannten Verfahren erheblich reduziert.
  • Diese funktionsspezifische Auslegung der Segmentierung in eine Maximalzahl von Sektoren für alle abzudeckenden Funktionen erlaubt den Einsatz einer universellen Sensorhardware (Scan-Hardware und Auswerte-Hardware), die durch Softwareeinstellung der Sektorierung einfach an die Funktion angepasst werden kann. Die nachfolgende Signalverarbeitung, bspw. ein Tracking oder eine Parklückenvermessung, auf Basis der Sektor-Reflexpositionen hat damit immer den optimalen Datensatz, d.h. eine maximale Genauigkeit bei minimaler Sektoranzahl, zur Verfügung, um der Funktion aufbereitete Messdaten zur Verfügung zu stellen.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung dient zum Abtasten eines Umfelds eines Fahrzeugs und ist insbesondere zur Durchführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens vorgesehen. Diese weist eine Einheit zur Abgabe einer Anzahl von Einzelstrahlen und eine Einheit zum Empfangen von reflektierten Einzelstrahlen auf, wobei das Gesamtsystem zur funktionsspezifischen Zusammenlegung der Einzelstahlen ausgebildet ist. Hierzu ist regelmäßig eine elektronische Recheneinheit vorgesehen. Die beiden genannten Einheiten können in einem Gehäuse bzw. einem Gesamtsystem integriert sein.
  • In der beschriebenen Einrichtung kann ein Radarsystem bzw. eine Radartechnologie oder ein Lidarsystem zum Einsatz kommen. Es sind aber auch andere Systeme, die eine Bestimmung des Abstands zwischen Objekten erlauben, denkbar.
  • Das erfindungsgemäße Computerprogramm umfasst Programmcodemittel, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer vorstehend beschriebenen Einrichtung, ausgeführt wird.
  • Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfasst eben diese Programmcodemittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind und auf einer Recheneinheit, insbesondere einer Recheneinheit in einer vorstehend beschriebenen Einrichtung, zur Ausführung kommen.
  • Das beschriebene Verfahren dient, zumindest in einer der beschriebenen Ausführungsformen, zur kostenoptimierten, funktionsspezifischen Konfiguration einer scannenden Sensoreinrichtung durch adäquate Zusammenfassung von Einzelstrahlen auf niederer bzw. low-level-Ebene (bspw. Rückstreukurven) der Signalverarbeitung.
  • Die Auslegung der Einrichtung kann flexibel unter Berücksichtigung verschiedener Parameter, wie bspw. Winkelauflösung, Scanbereich, Entfernungsbereich, funktionsoptimierte Anzahl von Sektoren, Scangeschwindigkeit (Zykluszeit), Datenrate mit kostengünstigen Auswerteeinheiten, z.B. FPGA, CPU und DSP, erfolgen. Hierdurch wird eine einfache Applizierbarkeit an unterschiedliche Anforderungen erreicht. Dies berücksichtigt auch das Bedürfnis unterschiedlicher Automobilhersteller nach Diversifizierung.
  • Die Minimierung des Fertigungsaufwands bei ggf. geeigneter universeller Gehäuseauslegung und der Lagerhaltung durch Reduktion der Variantenvielfalt erweist sich zudem als besonders vorteilhaft.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 2 zeigt in einem Flussdiagramm den Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 3 zeigt einen weiteren Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt ein Beispiel des Verfahrens für die Funktion Spurwechselunterstützung bzw. LaneChangeAid. In drei Teilbildern 10, 12 und 14 ist eine typische Situation eines ersten Fahrzeugs 16 und eines zweiten Fahrzeugs 18 im Straßenverkehr dargestellt. Das zweite Fahrzeug 18 überholt das erste Fahrzeug 16 und es soll sichergestellt werden, dass es bei einem Fahrspurwechsel des zweiten Fahrzeugs 18 zu keiner Kollision kommt.
  • Das zweite Fahrzeug 18 verfügt über eine Einheit 20 zur Abgabe von Einzelstrahlen 22, von denen zwei zur Verdeutlichung des maximalen Winkelbereichs dargestellt sind. Weiterhin ist eine Einheit 23 zum Empfang reflektierter Einzelstrahlen vorgesehen, wobei die beiden Einheiten 20 und 23 in einem Gehäuse bzw. in einem Gesamtsystem integriert sind. Die in der Darstellung gezeigten Punkte 24 verdeutlichen die maximal mögliche Winkelauflösung im abgetasteten Winkelbereich.
  • In dem zweiten Teilbild 12 ist die funktionsspezifische Sektorierung verdeutlicht, d.h. dass für Bereiche von höherem Interesse eine feinere Segmentierung erfolgt. Die Punkte 24 innerhalb von mit gepunkteten Linien umrandeten Sektoren bzw. Scanwinkeln 25 sind funktionsspezifisch gewählt, wobei diese Sektoren 25 Bereiche von geringerem Interesse umgeben. Diese Sektorierung wird funktionsspezifisch durchgeführt, d.h. diese ist der Funktion Spurwechselunterstützung angepasst.
  • Durch eine sogenannte low-level-Zusammenfassung von Scandaten erfolgt eine Datenreduktion, bspw. durch Addition der Rückstreukurven für Scanwinkel innerhalb der Sektoren 25, wobei eine Bestimmung des Schwerpunkts der Sektorreflexpositionen in dem Sektor 25, wie sie im dritten Teilbild 14 durch offene Kreise 26 dargestellt sind, erfolgt. Da nicht mehr sämtliche Rückstreukurven einzeln in dem Sektor 25 berücksichtigt werden, sondern nur die Summe der Rückstreukurven in diesem Sektor 25, wird eine erhebliche Datenreduktion erreicht.
  • Entsprechend der Funktionsanforderungen erfolgt somit eine winkelabhängige Zusammenfassung von Einzelstrahlen 22 in verschiedenen Sektoren 25. Die erfindungsgemäße Einrichtung, d.h. die Einheiten 20 und 23 zur Abgabe und zum Empfangen von Einzelstrahlen sowie eine zugeordnete Signal- bzw. Datenverarbeitung, ist dabei so ausgelegt, dass diese grundsätzlich eine maximal nutzbare Winkelauflösung und einen maximalen Scanbereich bietet, um damit prinzipiell die Anforderungen aller Funktionen abzudecken. So ist sichergestellt, dass Bereiche von höherem Interesse eine angemessene Berücksichtung finden, während für Bereiche von geringerem Interesse eine Datenreduktion durchgeführt wird.
  • Würde man keine Sektorierung vornehmen, so wäre bei sehr hoher maximal möglicher Winkelauflösung über den gesamten Scanbereich das Datenaufkommen (Einzelreflexpositionen) sehr hoch und müsste in darüberliegenden Signalverarbeitungsstufen verarbeitet werden. Durch funktionsspezifische Zusammenfassung der Einzelstrahlen auf low-level-Ebene lässt sich eine deutliche Reduktion der Datenrate erreichen.
  • Ein Ausführungsbeispiel für ein solches Verfahren ist in 2 in einem Flussdiagramm gezeigt. In einem ersten Schritt 40 wird ein Sektor und in einem zweiten Schritt 42 ein Scanwinkel vorgegeben. In einem dritten Schritt 44 wird überprüft, ob der Scanwinkel innerhalb des Sektors liegt. Ist dies nicht der Fall, erfolgt in einem möglichen Schritt 46 die Vorgabe eines nächsten Scanwinkels und der Schritt 44 wird wiederholt.
  • Ergibt sich bei Schritt 44, dass der Scanwinkel innerhalb des Sektors liegt, erfolgt in einem nächsten Schritt 48 die Aufnahme der Rückstreukurve für den aktuellen Scanwinkel. Anschließend werden in einem Schritt 50 die Rückstreukurven für jeden Scanwinkel innerhalb des funktionsspezifischen Sektors summiert. Anschließend wird überprüft (Schritt 52), ob der Sektorendwinkel erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, wird in Schritt 46 der nächste Scanwinkel vorgegeben und die Ausführung mit Schritt 44 fortgeführt.
  • Wird in Schritt 52 festgestellt, dass der Sektorendwinkel erreicht ist, erfolgt in einem weiteren Schritt 54 die Bestimmung der Spitzen- bzw. Peaklagen, bspw. des Schwerpunkts, der Summe der Rückstreukurven innerhalb des Sektors. Anschließend erfolgt in einem weiteren Schritt 56 die Ausgabe der Abstandswerte des Sektors, bevor in einem Schritt 58 der nächste Sektor und in einem Schritt 60 der nächste Scanwinkel vorgegeben wird.
  • Die Summation der Rückstreukurven und der weiteren Basissignalverarbeitung zur Bestimmung der Sektorreflexpositionen kann z.B. auf einem kostengünstigen FPGA erfolgen. Das gezeigte Verfahren ist ein Beispiel für ein Auswerteverfahren zur Datenreduktion auf low-level-Ebene der Signalverarbeitung, wobei das Verfahren für einen Sektor eines Messzyklus wiedergegeben ist.
  • In 3 ist am Beispiel der Funktion "Parklückenvermessung" eine erfindungsgemäße Sektorierung gezeigt. Es ist ein Fahrzeug 70 in einer Ausgangsposition und mit der Bezugsziffer 72 versehen in einer angestrebten Parkposition dargestellt. Ein Doppelpfeil 74 zeigt die sogenannte Ego-Fahrzeughöhe. Ein Pfeil 76 zeigt die Ausrichtung in z-Richtung und ein Pfeil 78 die Ausrichtung in y-Richtung. Weiterhin ist ein Randstein 80 wiedergegeben, der bei der Parklückenvermessung ein Punkt von besonderem Interesse darstellt.
  • Mit Bezugsziffern 1 bis 9 sind Einzelstrahlen bezeichnet, mit denen das Umfeld des Fahrzeugs 70 bzw. 72 abgetastet wird. Für eine möglichst genaue Erfassung bspw. der Höhe des Randsteins 80 oder überfahrbarer Objekte (nicht dargestellt) ist eine hohe Winkelauflösung in der Nähe des Bodens erforderlich. Weiterhin ist in Höhe der Ego-Fahrzeughöhe ebenfalls eine gute Winkelauflösung erforderlich, um unterfahrbare Parklückenbegrenzungen zu vermessen.
  • In den Winkelbereichen zwischen den Bereich von höherem Interesse ist eine geringere Winkelauflösung notwendig, weshalb hier eine Sektorierung von Strahlen erfolgen kann.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Abtasten eines Umfelds eines Fahrzeugs (16, 18, 70, 72), wobei eine Anzahl von Einzelstrahlen (1, ...9, 22) zur Abtastung verwendet wird, und wobei der Abtastbereich durch funktionsspezifische Zusammenfassung der Einzelstrahlen (1, ...9, 22) konfiguriert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für Bereiche von hohem Interesse eine feinere Segmentierung erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das zur Unterstützung bei einem Fahrspurwechsel eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das zur Parklückenvermessung eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Bestimmung von Sektorreflexpositionen (24) durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem eine nachfolgende Datenverarbeitung auf Grundlage der Sektorreflexpositionen (24) zur Verfügung gestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die nachfolgende Verarbeitung auf einem FPGA ausgeführt wird.
  8. Einrichtung zum Abtasten eines Umfelds eines Fahrzeugs (16, 18, 70, 72), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Einheit (20) zur Abgabe einer Anzahl von Einzelstrahlen (1, ...9, 22) und einer Einheit (23) zum Empfangen von reflektierten Einzelstrahlen (1, ...9, 22), wobei die Einheit (20) zur Abgabe von Einzelstrahlen (1, ...9, 22) zur funktionsspezifischen Zusammenlegung der Einzelstrahlen (1, ...9, 22) ausgebildet ist..
  9. Einrichtung nach Anspruch 8, bei der ein Radarsystem zum Einsatz kommt.
  10. Einrichtung nach Anspruch 8, bei der ein Lidarsystem zum Einsatz kommt.
  11. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ausgeführt wird.
  12. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ausgeführt wird.
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