DE102006058155A1

DE102006058155A1 - Bestimmung der Position eines Objekts mit einem Sensor

Info

Publication number: DE102006058155A1
Application number: DE102006058155A
Authority: DE
Inventors: Martin Randler; Robert Hecker
Original assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Current assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Priority date: 2006-12-09
Filing date: 2006-12-09
Publication date: 2008-07-31
Also published as: WO2008071167A3; DE112007001724A5; WO2008071167A2; DE112007001724B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts mit einem Sensorsystem, das eine winkelabhängige, nichtlineare Emfpindlichkeit aufweist, vorgestellt. Das Sensorsystem und eine zugehörige Datenverarbeitungseinheit sind so ausgestaltet, dass zumindest ein Objekt im Erfassungsbereich des Sensorsystems verfolgt (getracked) wird. Die Stärke des Empfangssignals und der zugehörige Abstand des Objekts zum Sensorsystem werden zumindest dreimal aufgenommen und die Position des verfolgten Objekts wird daraus bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position von Objekten. Das Verfahren kann z. B. in Kraftfahrzeugen zur Umfelderfassung eingesetzt werden. Insbesondere ist das Verfahren zur Sensor-Dejustage-Erkennung geeignet.
Methoden zur Bestimmung der Position von Umgebungsobjekten sind in der Literatur bekannt. Im Folgenden werden beispielhaft zwei Methoden vorgestellt.
Beim Monopulsverfahren beleuchtet ein Sender das Ziel. Mehrere Empfänger mit teilweise überlappenden Erfassungsbereichen empfangen die vom Ziele reflektierte Strahlung. Jeder Empfänger weist eine charakteristische, winkelabhängige Empfangskurve auf. Aus dem Amplitudenverhältnis oder bei Radarstrahlung aus dem Amplituden- und Phasenverhältnis wird der Winkel des Objekts zum Sensor bestimmt. Der Abstand wird z. B. über Laufzeitmessung ermittelt. Nachteilig an dieser Methode ist, dass zwei Empfänger benötigt werden.
Ein anderer Ansatz wird bei dem sog. Micro-Scanning verfolgt. Hier werden die Abtastpunkte von Messzyklus zu Messzyklus leicht verschoben. Hierdurch werden eine höhere Abtastrate und eine Winkelbestimmung auch innerhalb der Strahlbreite erreicht. Nachteilig bei dieser Methode ist, dass die Abtastpunkte mit hoher Genauigkeit verschoben werden müssen, um ein aussagekräftiges Resultat zu erhalten. Dafür wird eine mechanisch aufwändige Scanner-Einheit benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren und eine ebensolche Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Objekts vorzustellen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts mit einem Sensorsystem angegeben. Das Sensorsystem umfasst zumindest einen Sender und einen Empfänger. Ein Sender und/oder Empfänger sind so ausgestaltet, dass die vorgegebene Empfindlichkeit des Sensors einen winkelabhängigen nichtlinearen Verlauf aufweist. Das Sensorsystem und eine zugehörige Datenverarbeitungseinheit sind so ausgelegt, dass zumindest ein Objekt im Erfassungsbereich des Sensorsystems verfolgt (getracked) wird. Zudem wird der Abstand des Objekts zum Sensorsystem, durch Pulslaufzeitmessung oder ein anderes Verfahren bestimmt. Die Abstandsbestimmung erfolgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung jedes Mal, wenn das Objekt erfasst wird. Der Abstand allein gibt noch nicht eindeutig die Position des Objekts zum Sensorsystem an, dazu wird zumindest noch eine Winkelangabe benötigt, die die Richtung des Objekts zum Sensor angibt. Der Winkel bzw. die Position des verfolgten Objekts wird aus der Stärke des Empfangssignals (Amplitude oder Intensität) und dem zugehörigen Objektabstand bestimmt. Es ist für die Erfindung nicht von Bedeutung, ob die Amplitude oder die Intensität des Empfangssignals ausgewertet werden.
Die Intensität des Empfangssignals kann im einfachsten Fall in Abhängigkeit von drei Parametern beschrieben werden. Die gesendete Strahlung wird um einen Faktor proportional zu 1/x⁴ abgeschwächt bevor sie den Empfänger erreicht, dabei gibt x den Objektabstand an. Weiterhin wird die Intensität des Empfangssignals bestimmt von der Reflektivität des Objekts, die Reflektivität gibt an, wie viel von der einfallenden Strahlung zum Empfänger reflektiert wird. Die Reflektivität ist charakteristisch für das Objekt.
Das Sender-Intensitätsprofil bzw. die winkelabhängige Empfindlichkeitskurve des Empfängers geben einen winkelabhängigen Verlauf der Empfindlichkeit des Sensorsystems vor. Es ist für den Fachmann einfach zu berechnen, wie sich eine Winkelabhängigkeit von Sender und Empfänger auf die Empfindlichkeit des Sensorsystems auswirken.
Bei konstanter Reflektivität weist das mit 1/x⁴ skalierte Empfangssignal den gleichen winkelabhängigen Verlauf wie das vorgegebene Empfindlichkeitsprofil auf.
Es wird zumindest ein Objekt im Erfassungsbereich verfolgt und Abstand und Empfangsintensität werden zumindest drei Mal aufgenommen, d. h. das Objekt wird zumindest zu drei verschiedenen Zeitpunkten an zumindest drei verschiedenen Positionen vom Sensor erfasst, da die Relativgeschwindigkeit des Objekts ungleich Null ist. Mit diesen Wertepaaren wird auch ohne Kenntnis der Reflektivität in der Rückschau die Position des Objekts zu den entsprechenden Messzeitpunkten bestimmt. Es wird der Verlauf des abstandsskalierten Empfangssignals mit dem vorgegeben winkelabhängigen Verlauf verglichen und daraus wird die jeweilige Position des Objekts abgeleitet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird für ein Objekt eine Mehrzahl von Wertepaaren für Abstand und Empfangsintensität aufgenommen. Die abstandsskalierten Empfangswerte werden an die Empfindlichkeitskurve des Sensors angepasst. Die Anpassung erfolgt mit Ausgleichungsrechnung, um ein bestmögliches Resultat zu erzielen. Die Anpassung wird z. B. nach der Methode der kleinsten Abstandsquadrate berechnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Empfindlichkeitsprofil des Sensorsystems ein lokales Maximum und/oder ein lokales Minimum. Weisen auch die Messwerte der abstandsskalierte Amplitude des Empfangssignals einen Extremwert auf, so wird dieser als Referenz für die Positionsbestimmung genutzt. Die abstandsskalierte Amplitude des Empfangssignals wird über der Zeit oder einfach in der Reihenfolge aufgetragen, in der die Messwerte aufgenommen wurden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind für den Erfassungsbereich des Sensorsystems zumindest zwei Zonen vorgesehen. In einer ersten Zone wird die Position eines Objekts direkt aus den Messwerten bestimmt wird (z. B. nach dem Monopulsverfahren) und in einer zweiten Zone das hier beanspruchte Verfahren zur Bestimmung der Position verwendet wird.
In einer vorteilhaften Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses zur Dejustage-Bestimmung eines Sensorsystems eingesetzt. Das Sensorsystem ist in einem Fahrzeug und erfasst z. B. das Umfeld vor dem bewegten Fahrzeug. Dabei wird die Position von zumindest einem stehenden Objekt über einen vorgegebenen Beobachtungszeitraum betrachtet. Der Beobachtungszeitraum ist i. d. R. der Zeitraum, in dem sich das Objekt im Erfassungsbereich des Sensorsystems befindet. Es kann aber auch ein kürzerer Zeitraum vorgegeben sein, es müssen jedoch zumindest drei Wertepaare für die Empfangsamplitude und des Abstand aufgenommen werden. Ob ein Objekt relativ zur Fahrbahn steht wird anhand der Abstandsdaten und der Eigenbewegung des Fahrzeugs bestimmt. Es wird angenommen, dass stehende Objekte i. d. R. am Fahrbahnrand stehen, so dass ihr Verlauf z. B. bei einem nach vorn gerichteten Sensorsystem den Verlauf der Fahrspur wiedergibt, auf der sich das Fahrzeug bewegt. Es wird die Eigenbewegung des Fahrzeugs mit Sensor mit den bestimmten Werten für die Position von stehenden Objekten verglichen. Stimmen in einem vorgegebenen Zeitfenster der Verlauf der Eigenbewegung mit dem Verlauf der Position von zumindest einem stehenden Objekten im Wesentlichen nicht überein, wird auf eine Dejustage des Sensorssystems geschlossen und es werden die notwendigen Maßnahmen zur Sensorjustage und/oder zur Warnung des Fahrers und/oder zum Abschalten des Sensorsystems eingeleitet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erfinderische Verfahren auf einer Datenauswerteeinheit in einem Kraftfahrzeug mit Sensorsystem hinterlegt. Der Erfassungsbereich des Sensorsystems ist so ausgestaltet, dass stehenden Objekten am Fahrbahnrand erfasst werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erfinderische Verfahren auf einer Datenauswerteeinheit in einem Kraftfahrzeug mit Sensorsystem hinterlegt. Das Sensorsystem ist so ausgestaltet, dass in einer ersten Zone des Erfassungsbereichs die Position von Objekten direkt aus den Messdaten bestimmbar ist.
Die erste Zone des Erfassungsbereichs ist vorzugsweise auf die voraus liegende Fahrbahn gerichtet, so dass Objekte auf der Fahrbahn bis zu einer Entfernung von einigen Meter bis zu mehreren hundert Meter erfasst werden. Eine zweite Zone des Erfassungsbereichs erfasst im Wesentlichen Objekte am Fahrbahnrand. Die Position der Objekte hier mit dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und einer Abbildung näher erläutert.
1: Empfindlichkeit eines Sensorsystems mit sieben Kanälen aufgetragen über den Erfassungswinkel.
Alle hier beschriebenen Merkmale können einzeln oder in einer beliebigen Kombination zur Erfindung beitragen. Ein zeitlicher Ablauf der Verfahrensschritte ist durch die hier gewählte Reihenfolge nicht zwingend vorgegeben.
In 1 ist das winkelabhängige Empfindlichkeitsprofil eines mehrkanaligen Sensorsystems angegeben. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Erfindung als ein Infrarot-Sensor mit sieben separaten Kanälen ausgestaltet, deren Erfassungsbereiche durch die sieben Kurven repräsentiert werden. Die separaten Kanäle werden durch eine geeignete Anordnung von mehreren Empfangs- und/oder mehreren Sendeeinheiten erreicht. Z. B. beleuchtet ein Sender die Erfassungsbereiche von sieben Empfängern oder umgekehrt. Es überlappen teilweise die Erfassungsbereiche von zwei benachbarten Kanälen. Dazu wurde die Empfindlichkeit der Empfangseinheiten über dem Erfassungswinkel Θ aufgetragen. Die Erfassungsbereiche der Empfangseinheiten überlappen teilweise. In den Überlappungsgebieten wird der Erfassungswinkel Θ, der die Position eines Objekts angibt, durch das Signalverhältnis von zwei Kanälen bestimmt. In 1 ist der Positionswinkel Θ_1 eingezeichnet, auf dem ein Objekt O1 vom Sensorsystem erfasst wird. Das Signal der beiden Kanäle, die ein Signal vom Objekt O1 aufnehmen, ist in diesem Fall gleich groß. Der Erfassungsbereich des Sensorsystems weist auch Bereiche am rechten und linken Rand auf, in denen sich die Erfassungsbereiche der Kanäle nicht überlappen. Hier wird die Position von Objekten indirekt bestimmt. Dazu wird das Empfangssignal eines Objekts mehrfach aufgenommen und mit dem zugehören Abstand skaliert. Das skalierte Empfangssignal wird gemäß der Reihenfolge der Aufnahme aufgetragen. In diesem Ausführungsbeispiel weist das aufgetragene Signal einen Extremwert, ein Maximum, auf. Ein Vergleich mit der Empfindlichkeitskurve der entsprechenden Empfangseinheit zeigt, dass das Maximum gerade beim Positionswinkel Θ_2 vorliegt. Das skalierte Empfangsignal im Maximum wird mit einem Korrekturfaktor versehen, so dass es mit dem Maximum der Empfindlichkeit übereinstimmt. Der Korrekturfaktor wird auch auf die anderen Messwerte angewandt und die Positionswinkel werden nach der Empfindlichkeitskurve bestimmt. Im einfachsten Fall ist der Korrekturfaktor konstant und hängt von der Reflektivität des Objekts ab. Wird das Sensorsignal jedoch bei schlechtem Wetter (Nebel, Schnee etc.) stark abgeschwächt, muss auch dieser Effekt mit berücksichtigt werden. Eine Abschwächung erfolgt nach dem Lambert Beerschen Gesetz in Abhängigkeit von der Distanz, die der Sensorstrahl zurücklegt, dabei gilt I_E = I_S·e^–2xa wobei I_E, die Intensität des empfangenen Signals, I_S die Intensität des gesendeten Signals, x den Abstand Sensorsystem Objekt und a den Extinktionskoeffizienten angibt. In diesem Fall setzt sich der Korrekturfaktor aus einem konstanten Anteil und einem exponentiellen Anteil, in den der Abstand eingeht, zusammen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts mit einem Sensorsystem, das eine winkelabhängige, nichtlineare Empfindlichkeit aufweist, wobei das Sensorsystem und eine zugehörige Datenverarbeitungseinheit so ausgestaltet sind, dass zumindest ein Objekt im Erfassungsbereich des Sensorsystems verfolgt (getracked) und die Stärke des Empfangssignals und der zugehörige Abstand des Objekts zum Sensorsystem zumindest dreimal bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des verfolgten Objekts bestimmt wird aus der Intensität des Empfangssignals und dem zugehörtgen Objektabstand.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest ein Objekt die Stärke des Empfangssignals mit dem zugehörigen Wert für den Objektabstand skaliert wird und eine Mehrzahl von skalierten Werten an das winkelabhängige Sender-Intensitätsprofil bzw. an die winkelabhängige Empfindlichkeitskurve des Empfängers angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Empfindlichkeitsprofil des Sensorsystems ein lokales Maximum und/oder ein lokales Minimum umfasst und – die Messwerte der abstandsskalierte Stärke des Empfangssignals einen Extremwert aufweisen, wobei der Extremwert als Referenz für die Positionsbestimmung genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich des Sensorsystems zumindest zwei Zonen vorsieht, wobei in einer ersten Zone die Position eines Objekts direkt aus den Messwerten bestimmt wird und in einer zweiten Zone das hier beanspruchte Verfahren zur Bestimmung der Position verwendet wird.
Verwendung eines Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zur Dejustage-Bestimmung eines Sensorsystems zur Erfassung des Umfelds vor einem bewegten Kraftfahrzeug, wobei die Position von zumindest einem stehenden Objekt über einen vorgegebenen Beobachtungsszeitraum betrachtet wird und bei einem nicht gleichartigen Verlauf von Eigenbewegung des Fahrzeugs und Objektposition eine Dejustage des Sensors erkannt wird.
Kraftfahrzeug mit einem Sensorsystem und einer Datenauswerteeinheit, auf der Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hinterlegt ist, wobei das Sensorsystem so ausgestaltet ist, dass die Position von stehenden Objekten am Fahrbahnrand bestimmt wird.
Kraftfahrzeug mit einem Sensorsystem und einer Datenauswerteeinheit, auf der Verfahren nach Anspruch 4 hinterlegt ist, wobei der Erfassungsbereich des Sensorsystem so ausgelegt ist, dass Objekten am Fahrbahnrand im Wesentlichen in der zweiten Zone abgebildet werden.