DE102006059916A1 - Verfahren zur Bewertung der Funktionsfähigkeit eines Sensorsystems - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Sensorverschmutzungs- bzw. Sensorblockade-Erkennung angegeben. Das Sensorsystem ist in einem Kraftfahrzeug angeordnet und dient zur Umfelderfassung, wobei aus den Sensordaten zumindest die Stärke des Messsignals und der Abstand des zugehörigen Objekts bestimmt werden. Es wird zumindest eine Fläche, die von Sensorstrahlung durchlaufen wird, auf eine Ablagerung von Fremdmaterialien hin untersucht. Zudem wird zumindest ein statistischer Indikator ermittelt, der Umgebungsobjekte beschreibt, die in einem vorgegebenen Zeitraum erfasst wurden. Der vorgegebene Zeitraum ist abhängig vom Resultat der Untersuchung über eine Ablagerung von Fremdmaterialien.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Funktionsfähigkeit eines Sensorsystems. Das Verfahren ist insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet, das mit einem Sensorsystem zur Umgebungsüberwachung ausgerüstet ist.
• Fahrzeuge mit ACC(Adaptive Cruise Control)-Systemen als Fahrerassistenzfunktion sind Stand der Technik. Z. B. sind S-Klasse Fahrzeuge von Mercedes Benz mit dieser Funktion ausgerüstet. Grundlage eines ACC Systems ist ein Sensorsystem, das Objekte in der Fahrzeugumgebung erfasst und deren Abstand bestimmt. Eine wichtige Voraussetzung für eine ACC-Funktion ist also auch ein einwandfrei funktionierendes Sensorsystem. Die Funktionsfähigkeit eines Sensorsystems kann z. B. durch Verschmutzung stark beeinträchtigt werden, so dass relevante Objekte in der Fahrzeugumgebung nicht mehr detektiert werden. Eine sichere Erkennung einer Verschmutzung bzw. Blockade des Sensorsystems und eine Bewertung der Funktionsfähigkeit des Sensorsystems sind deshalb von großer Bedeutung.
• Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für eine Bewertung der Funktionsfähigkeit eines Sensorsystems anzugeben.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Es wird ein Verfahren für eine Bewertung der Funktionsfähigkeit eines Sensorsystems zur Umfelderfassung in einem Fahrzeug angegeben. Das Sensorsystem ist z. B. als LIDAR- oder Kamerasensor ausgestaltet. Aus den Sensordaten werden zumindest die Stärke des Messsignals und der Abstand des zugehörigen Objekts bestimmt. Zudem wird zumindest eine Fläche, die von Sensorstrahlung, durchlaufen wird, auf eine Ablagerung von Fremdmaterialen hin untersucht. Die Fläche ist i. d. R die Eintrittsfläche, durch die die zu detektierende Strahlung in das Sensorsystem eintritt und ggf. bei eine aktiven Sensor auch austritt. Auf der Fläche setzten sich bedingt durch Umwelteinflüsse Staubpartikel, Schmutz, Wassertröpfchen, Eis, Schnee etc. ab. Die Fläche kann mit einem zusätzlichen Sensor, z. B. einem auf die Fläche fokussiertes Kamerasystem oder durch Reflektionsmessung untersucht werden. Es wird zumindest ein statistischer Indikator ermittelt. Der statistische Indikator beschreibt Umgebungsobjekte, die in einem vorgegebenen Zeitraum erfasst wurden. Eine Bewertung der Funktionsfähigkeit erfolgt in Abhängigkeit vom Vorhandensein abgelagerter Fremdmaterialien und zumindest einem statistischen Indikator.
• In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel hängt der vorgegebene Zeitraum vom Resultat der Untersuchung über eine Ablagerung von Fremdmaterialien ab. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird bei Detektion eines Fremdmaterials auf der Sensoraustrittsfläche, der vorgegebene Zeitraum relativ kurz gewählt, um schnell auf eine Funktionsbeeinträchtigung des Sensorsystems reagieren zu können. Wird keine Ablagerung eines Fremdmaterials detektiert, ist der vorgegebene Beobachtungszeitraum entsprechend länger.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zu zumindest einem Parameter ein Gewicht angegeben, mit dem dieser Parameter zum Gesamtresultat beitragen soll. Das Gewicht ist im einfachsten Fall vorgegeben und bleibt konstant. Es kann auch vorgesehen sein, dass jeder Parameter mit dem gleichen Gewicht zum Endresultat beiträgt. In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zumindest ein Gewicht veränderlich ist.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gewicht, mit dem zumindest ein statistischer Indikator in das Ergebnis der Verschmutzungserkennung eingeht, abhängig vom Untersuchungsergebnis, das eine Ablagerung von Fremdmaterialien angibt. Es wird z. B. bei Detektion eines Fremdmaterials auf der Sensoraustrittsfläche, ein Gewicht des statistischen Indikators erhöht. Mit diesem Vorgehen kann ein falscher Alarm verhindert werden, wenn eine Ablagerung detektiert aber keine Sichtweiteneinschränkung des Sensorsystems feststellbar ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hängt das Gewicht nicht nur von dem aktuellen Detektion eines Fremdmaterials, sondern auch von dem zugehörigen Vertrauenswert ab. D. h. nur wenn eine Ablagerung mit großer Wahrscheinlichkeit vorliegt, wird der statistische Indikator mit einem großen Gewicht versehen.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfasst ein statistischer Indikator z. B. die Häufigkeit des Auftretens von Objekten pro Zeiteinheit. Es wird davon ausgegangen, dass sich fast immer Objekte in der Fahrzeugumgebung befinden, die vom Sensorsystem erfasst wird. Werden keine oder nur sehr wenige Objekte pro Zeiteinheit erfasst, ist das ein Hinweis darauf, dass die Sensorfunktionalität eingeschränkt ist. Ein weiterer statistischer Indikator betrifft z. B. die Sensorreichweite. Dabei wird die Messreichweite für zumindest ein erfasstes Objekt aus der Stärke eines Messsignals und dem Abstand zum Objekts extrapoliert. Z. B. wird dafür die folgende Gleichung D_expol = D_a·∜a/a0 benutzt, wobei D_expol der extrapolierte Abstand, D_a der Abstand zum Objekt, a die Amplitude der Messsignals des Objekts und a0 die Detektionsschwelle ist. Die extrapolierten Distanzen D_expol werden in einer über die Zeit gleitende Statistik aufgenommen. Die extrapolierten Sensorreichweiten gehen z. B. mit ihrem Mittelwert und/oder Maximum und/oder Verteilungsbreite etc. in den statistischen Indikator ein.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Vertrauenswert zu einem statistischen Indikator und/oder zum Untersuchungsergebnis zur Ablagerung von Fremdmaterialien und/oder zur Bewertung der Sensorfunktionalität ermittelt. Der Vertrauenswert schätzt die Glaubwürdigkeit des Resultats anhand von vorgegebenen Plausibilitätsüberlegungen ab. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Bestimmung des Vertrauenswertes charakteristisch für jeden Parameter. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Vertrauenswert zur Bewertung der Funktionsfähigkeit aus den Vertrauenswerten der einzelnen Parameter bestimmt. In einer weiteren Ausführungsform trägt auch das Gewicht der einzelnen Parameter zur Ermittlung des Vertrauenswerts zur Bewertung der Funktionsfähigkeit bei. Z. B. werden die gewichteten Vertrauenswerte der Parameter aufsummiert. Zur besseren Vergleichbarkeit der Resultate wird das Ergebnis normiert angegeben.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zumindest eine Fläche, die von Sensorstrahlung durchlaufen wird, mittels der Analyse von reflektierter Sensorstrahlung auf Ablagerung von Fremdmaterialen hin untersucht wird. Die Fläche ist i. d. R die Eintrittsfläche, durch die die zu detektierende Strahlung in das Sensorsystem eintritt und bei eine aktiven Sensor auch austritt. Z. B. wird bei einem aktiven Sensorsystem die Sendestrahlung zu einem gewissen Teil an der Austrittsfläche reflektiert. Befindet sich eine Ablagerung eines Fremdmaterials auf dieser Fläche wird ein prozentual höherer Anteil der Sendestrahlung reflektiert und es wird bei erhöhter Reflektion eine Verschmutzung der Austrittsfläche erkannt. Jedoch ist bei dieser Art der Messung unklar, welches Material sich auf der Fläche abgelagert hat und wie es sich auf die Sensorfunktionalität auswirkt, d. h. ob die Sensorstrahlung durch ein stark absorbierendes Material blockiert wird oder das Material von der Sensorstrahlung nahezu ungehindert passiert werden kann.
• Es wird ein Kraftfahrzeug mit Sensorsystem und Datenauswerteeinheit beansprucht auf der ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hinterlegt ist.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zwei Abbildungen näher erläutert.
• 1: Verfahren zur Bewertung der Funktionsfähigkeit eines Sensorsystems
• 2: Umwandlung eines Messwerts in einen Wahrscheinlichkeitswert
• 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 einem ersten Ausführungsbeispiel wird Beobachtungsdauer für einen statistischen Indikator durch die Messgröße, die eine Ablagerung von Fremdmaterialen angibt, gesteuert. Das Sensorsystem ist als ein LIDAR-Sensor ausgestaltet. Die gesendete Strahlung wird am Austrittsfenster des Sensorsystems reflektiert, z. B. transparente Scheibe, strahlformende Optik etc., und mit einem Empfangselement detektiert. Der Anteil des reflektierten Lichts hängt ab vom Material des Austrittsfensters und der Sensorgeometrie (Auftreffwinkel der Strahlung auf der Fläche etc.) und ist für ein vorgegebenes Sensorsystem bekannt. Befindet sich auf der Austrittsfläche ein Fremdmaterial erhöht sich der Anteil der reflektierten Strahlung messbar. Die Strahlung wird anhand des charakteristischen Abstands identifiziert. Dieser ist durch die geometrischen Abmessungen der Sensoreinheit vorgegeben. Eine Abstandsmessung wird z. B. nach dem Pulslaufzeitverfahren durchgeführt.
• Bei erkannter Ablagerung wird die Beobachtungszeit für einen statistischen Indikator reduziert, um ggf. eine schnelle Reaktion auf die Verschmutzung zu erreichen. Wird keine Ablagerung eines Fremdmaterials detektiert, ist der vorgegebene Beobachtungszeitraum entsprechend länger.
• In 1 ist ein schematischer Ablauf eines Verfahrens zur Bewertung der Funktionsfähigkeit eines Sensorsystems abgebildet. Es werden drei Parameter M1, M2, M3 bestimmt. In diesem Ausführungsbeispiel repräsentieren die Parameter M1, M2, M3 die Ablagerung von Fremdmaterialen, die extrapolierte Sichtweite und die Anzahl der der detektierten Objekte pro Zeiteinheit. Zu jedem Parameterwert Mi wird eine Wahrscheinlichkeit Pi berechnet, die einen Wert zwischen 0 und 1 einnimmt. Die Wahrscheinlichkeit Pi gibt an, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass die Funktion des Sensorsystems beeinträchtigt ist. Zu jedem Wert eines Parameters Mi wird ein Vertrauenswert Ci berechnet. Es wird z. B. der Vertrauenswert C1 zum aktuellen Wert des Parameters M1, der repräsentativ für die Ablagerung von Fremdmaterialen ist, in Abhängigkeit von den vorherigen Werten für M1 berechnet, eine starke Abweichung vom vorherigen Wert bzw. von einem Mittelwert von vorherigen Werten ist ungewöhnlich für einen Ablagerungsprozess. Es ist vielmehr wahrscheinlich, dass die Austrittsfläche mit der Zeit immer ein bisschen mehr verschmutzt und der Wert für M1 kontinuierlich (und nicht sprunghaft) ansteigt. Bei einer mehrstrahligen Sensoranordnung mit mehreren Sendeelementen wird z. B. der Vertrauenswert C1 in Abhängigkeit vom Resultat für alle Sendestrahlen (z. B. Mittelwert) berechnet, hier sollte das Resultat für alle Einzelstrahlen bei vergleichbaren Bedingungen gleich sein. Es wird der Vertrauenswert C2 zum aktuellen Wert des Parameters M2, der repräsentativ für die extrapolierte Sichtweite des Sensorsystems ist, in Abhängigkeit von der Anzahl der Objekte bestimmt, die in einem vorgegebenen Zeitraum für diesen statistischen Indikator betrachtet wurden. Wurden in dem vorgegebenen Zeitraum relativ viele Objekte erfasst und zur Extrapolation der Sichtweite des Sensorsytems genutzt, handelt es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um einen verlässlichen Wert, so dass auch der Vertrauenswert C2 groß ist. Tragen nur wenige erfasste Objekte zur Bestimmung der maximalen Sichtweite des Sensorsystems bei, ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine extrapolierte Sichtweite der tatsächlichen Sichtweite entspricht, geringer, evt. wurden nur schlecht reflektierende Objekte, z. B. stark verschmutzte Objekte, erfasst. In diesem Fall ist auch der Vertrauenswert C2 geringer. Der Vertrauenswert C3 zum aktuellen Wert des Parameters M3, der die Anzahl der Objekte pro Zeiteinheit angibt, hängt ab von der Differenz des aktuellen Werts zum Mittelwert von zuvor aufgenommenen Messuungen. Es wird angenommen, dass sich eine Fahrzeugumgebung kontinuierlich und nicht sprunghaft verändert. Z. B. werden bei einer Fahrt auf einer befestigten und markierten Fahrbahn die Markierungspfähle, Leitplanken etc. detektiert. Im Gegensatz dazu wird bei einer Fahrt in der Wüste kaum ein Umgebungsobjekt detektiert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Anzahl der detektierten Objekte vor einer Mittelwertbildung mit einem Tiefpass gefiltert, um die Auswirkung von Ausreißern, die häufig auf Falschdetektion beruhen, zu minimieren.
• Zu jedem Parameter M1, M2, M3 wird zudem ein Gewicht W1, W2, W3 angegeben mit dem dieser Parameter zum Gesamtresultat beitragen soll. Diese Gewichte sind im einfachsten Fall vorgegeben und bleiben konstant. Es kann ebenso vorgesehen sein, dass zumindest ein Gewicht veränderlich ist. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel hängt das Gewicht W2 für den Parameter M2, der die extrapolierte Sichtweite des Sensorsystems angibt, von dem Wert für den Parameter M1 ab, der eine Ablagerung von Fremdmaterialen repräsentiert. Werden Ablagerungen detektiert, geht der Wert M2 für die extrapolierte Sichtweite mit einem besonders hohen Gewicht in das Gesamtresultat ein. Mit diesem Vorgehen kann ein falscher Alarm verhindert werden, wenn eine Ablagerung detektiert aber keine Sichtweiteneinschränkung des Sensorsystems feststellbar ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hängt das Gewicht W2 nicht nur von dem aktuellen Wert für M1 sondern auch von dem zugehörigen Vertrauenswert C1 ab, d. h. nur wenn eine Ablagerung mit großer Wahrscheinlichkeit vorliegt, wird der Parameter M2 mit einem großen Gewicht versehen. Es ist ein Wertebereich für einen Vertrauenswert Ci vorgesehen, dieser liegt z. B. zwischen 0 und 0,95. Aus den Wahrscheinlichkeitswerten P1, P2, P3 wird eine Gesamtwahrscheinlichkeit P berechnet, die ein Maß für die Funktionsbeeinträchtigung des Sensorsystems ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Gesamtwahrscheinlichkeit P zusätzlich vom jeweiligen Gewicht eines Parameters W1, W2, W3 abhängig. Z. B. werden die normierten Produkte aus Wahrscheinlichkeitswert Pi und zugehörigem Gewicht Wi aufsummiert. In 1 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, die Wahrscheinlichkeit für eine Funktionsbeeinträchtigung des Sensorsystems P aus den Wahrscheinlichkeiten P1, P2, P3, den zugehörigen Gewichten W1, W2, W3 und Vertrauenswerten C1, C2, C3 zu berechnen. Zudem wird ein Vertrauenswert C aus den einzelnen Vertrauenswerten C1, C2, C3 und den zugehörigen Gewichten W1, W2, W3 für die Gesamtwahrscheinlichkeit P berechnet.
• In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Schwellwert für den Vertrauenswert C vorgesehen. Der Schwellwert für einen Vertrauenswert C, für den ein Wertebereich zwischen 0 und 1 vorgesehen ist, nimmt z. B. einen Wert zwischen 0.60 und 0.85 ein. Nur wenn der Schwellwert überschritten wird, d. h. das die berechnete Gesamtwahrscheinlichkeit P einen korrekten Wert angibt, wird die Gesamtwahrscheinlichkeit P betrachtet. Überschreitet in diesem Fall die Gesamtwahrscheinlichkeit P wiederum einen vorgegebenen Schwellwert, d. h. die Funktion des Sensorsystems ist mit einer hohen Wahrscheinlichkeit eingeschränkt, wird eine Maßnahme ergriffen, z. B. wird der Fahrer gewarnt oder das Sensorsystem schaltet sich ab oder es wird eine Reinigungsvorrichtung aktiviert etc.
• In 2 ist die Wahrscheinlichkeit Pi über den Wert des Parameters Mi aufgetragen. Der höchste Wert für die Wahrscheinlichkeit beträgt P1, der niedrigste Wert 20. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird P1 gleich 1 und P0 gleich 0 gewählt. Eine Wahrscheinlichkeit von 1 gibt an, dass die Funktion des Sensors mit hoher Wahrscheinlichkeit beeinträchtigt ist. Beträgt z. B. der maximale Wert für die extrapolierte Sichtweite in einem vorgegebenen Zeitraum 30 m bzw. 150 m wird diesem die Wahrscheinlichkeit von P1 bzw. P0 zugeordnet.

Claims (11)

1) Verfahren zur Bewertung der Funktionsfähigkeit eines Sensorsystem zur Umfelderfassung, wobei aus den Sensordaten zumindest die Stärke des Messsignals und der Abstand des zugehörigen Objekts bestimmt werden und zumindest eine Fläche, die von Sensorstrahlung, durchlaufen wird, auf eine Ablagerung von Fremdmaterialen hin untersucht wird dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewertung der Funktionsfähigkeit zumindest zwei Parameter betrachtet werden, wobei • zumindest ein Parameter ein statistischer Indikator ist, der in einem vorgegebenen Zeitraum erfasste Umgebungsobjekte beschreibt, und • zumindest ein Parameter das Vorhandensein abgelagerter Fremdmaterialien angibt.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Zeitraum, in dem ein statistischer Indikator ermittelt wird, vom Resultat der Untersuchung über eine Ablagerung von Fremdmaterialien abhängt.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Zeitraum zur Ermittlung des statistischen Indikators bei einer vorhandenen Ablagerung von Fremdmaterialien abnimmt.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gewicht, mit dem zumindest ein statistischer Indikator in das Ergebnis der Verschmutzungserkennung eingeht, abhängt von dem Untersuchungsergebnis, das eine Ablagerung von Fremdmaterialien angibt.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gewicht, mit dem zumindest ein statistischer Indikator in das Ergebnis der Verschmutzungserkennung eingeht, bei einer Ablagerung von Fremdmaterialien erhöht wird.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der statistische Indikator die Häufigkeit des Auftretens von Objekten und/oder eine Sensorreichweite umfasst, wobei die Sensorreichweite aus der Stärke eines Messsignals und dem Abstand des zugehörigen Objekts extrapoliert wird.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem statistischen Indikator und/oder zum Untersuchungsergebnis zur Ablagerung von Fremdmaterialien und/oder zum Ergebnis der Bewertung der Funktionsfähigkeit ein Vertrauenswert ermittelt wird.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Vertrauenswertes charakteristisch für jeden Parameter ist.

Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertrauenswert zur Bewertung der Funktionsfähigkeit aus den Vertrauenswerten der einzelnen Parameter bestimmt wird.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Fläche, die von Sensorstrahlung durchlaufen wird, mittels der Analyse von reflektierter Sensorstrahlung auf Ablagerung von Fremdmaterialen hin untersucht wird.

Fahrzeug mit Sensorsystem und Datenauswerteeinheit auf der ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hinterlegt ist.