DE102007005121A1 - Verfahren und Vorrichtung für eine fahrzeuginterne Kalibrierung und Orientierung von Objektverfolgungssystemen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für eine fahrzeuginterne Kalibrierung und Orientierung von Objektverfolgungssystemen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Ausführen einer Online-Feinausrichtung mehrerer Objektlokalisierungssensoren. Bis zu drei geometrischen Parametern, zwei für einen Ort, einer für eine Lagerausrichtung, können für jeden Sensor auf der Grundlage von Objekttrajektorien berechnet werden. Das Verfahren umfasst, dass Anfangswerte für Ausrichtungen jedes Sensors relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem festgelegt werden und Positionen für ein Zielobjekt für jeden der Objektlokalisierungssensoren ermittelt werden. Für das Zielobjekt wird eine Trajektorie ermittelt. Die Ausrichtung jedes der Objektlokalisierungssensoren wird relativ zu dem Koordinatensystem für das Fahrzeug auf der Grundlage der Trajektorie für das Zielobjekt eingestellt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft allgemein Objektverfolgungssysteme und genauer gesagt Objektverfolgungssystemen zugehörige Messsysteme, die mit dem Fahrzeugbetrieb in Verbindung stehen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Moderne Fahrzeuge können mit verschiedenen Erfassungseinrichtungen und Systemen ausgestattet sein, die einen Fahrzeugbediener beim Verwalten des Fahrzeugbetriebs unterstützen. Ein Typ von Erfassungssystem soll relative Orte und Trajektorien anderer Fahrzeuge und anderer Objekte auf einer Schnellstraße identifizieren. Beispielhafte Systeme, die Sensoren einsetzen und relative Orte und Trajektorien anderer Fahrzeuge und anderer Objekte auf der Schnellstraße identifizieren, umfassen Kollisionsvermeidungssysteme und adaptive Tempomatsysteme bzw. Adaptive Cruise Control-Systeme.
  • In Fahrzeugen eingebaute Sensorsysteme werden typischerweise während des Fahrzeugaufbauprozesses kalibriert. Es gibt jedoch anhaltende Bedenken, dass die Sensororientierung und der Signalausgang während der Lebensdauer des Sensors abdriften können, so dass sich die Orientierung des Sensors relativ zu dem Fahrzeug ändert. Wenn sich die Orientierung des Sensors ändert oder die Orientierung des Sensors abdriftet, werden die Messungen relativ zu dem Fahrzeug verzerrt. Wenn es mehrere Sensoren gibt, sind die Probleme noch komplizierter, da Ausgänge zwischen den Sensoren verzerrt werden.
  • Um die Daten verschiedener Sensoren zum Erzeugen eines konsistenten Objektplans, d.h. geometrischer Ort und Trajektorie eines entfernten Objekts, erfolgreich zu kombinieren, müssen die Sensordaten korrekt registriert werden. Das heißt, die relativen Orte der Sensoren und die Beziehung zwischen ihren Koordinatensystemen und dem Fahrzeugkoordinatensystem, das typischerweise an dem Fahrzeugrahmen orientiert ist, müssen ermittelt werden. Wenn ein System darin versagt, Registrierungsfehler korrekt zu berücksichtigen, kann ein Ergebnis eine Nichtübereinstimmung zwischen einem kompilierten Objektplan (Sensordaten) und der Wirklichkeit umfassen. Beispiele umfassen ein übertriebenes Vertrauen in den Ort und die Bewegung eines entfernten Objekts (oder Ziels), wie beispielsweise eines Fahrzeugs, und eine unnötige Vielzahl von Verfolgungen in einer fahrzeugeigenen Verfolgungsdatenbank einschließlich einer Vielzahl von Verfolgungen, die einem einzelnen entfernten Objekt entsprechen.
  • Daher besteht eine Notwendigkeit, jeden einzelnen Sensor mit einer Genauigkeit auszurichten, die mit seiner spezifischen Auflösung vergleichbar ist, z.B. mit einer Ausrichtungsgenauigkeit von 0,1 Grad für einen Sensor mit einer Azimutgenauigkeit einer Ordnung von 0,1 Grad. Eine Präzisionsanbringung eines Sensors ist während der Lebensdauer des Fahrzeugs anfällig für ein Abdriften und kann schwer manuell aufrechterhalten werden.
    •
  • Es besteht die Notwendigkeit, sicherzustellen, dass von Sensoren ausgegebene Signale mit einem festen Koordinatensystem ausgerichtet und orientiert sind, um das Risiko von mit verzerrten Auslesungen in Verbindung stehenden Fehlern zu beseitigen. Daher ist es erwünscht, ein Sensorsystem zu haben, das einen Sensorausgang automatisch an einem Referenzkoordinatensystem ausrichtet. Es ist auch erwünscht, die Sensoren unter Verwendung eines verfolgten Objekts als eine Referenz auszurichten, um regelmäßige, laufende Ausrichtungen zu vereinfachen, um eine Sensorgenauigkeit zu verbessern und mit einem Abdriften in Verbindung stehende Fehler zu reduzieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung dar, durch das bzw. die an einem Fahrzeug angebrachte Objektlokalisierungssensoren in Bezug aufeinander präzisionsausgerichtet werden können. Die Erfindung umfasst ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung, um automatisch eine Online-Feinausrichtung mehrerer Sensoren auszuführen. Bis zu drei geometrische Parameter, zwei für einen Ort, einer für eine Lagerausrichtung, können für jeden Sensor auf der Grundlage von Objekttrajektorien berechnet werden.
  • Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, umfassend ein Speichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm zum Ausführen eines Verfahrens zum Ausrichten eines mehrerer an einem Fahrzeug angebrachter Objektlokalisierungssensoren. Ein Ausführen des Programms realisiert ein Verfahren, das umfasst, dass Anfangswerte für Ausrichtungen jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu einem Koordinatensystem für das Fahrzeug festgelegt werden und mehrere Positionen für ein Zielobjekt für jeden der Objektlokalisie rungssensoren ermittelt werden. Für das Zielobjekt wird eine Trajektorie ermittelt. Die Ausrichtung jedes der Objektlokalisierungssensoren wird relativ zu dem Koordinatensystem für das Fahrzeug auf der Grundlage der Trajektorie für das Zielobjekt eingestellt.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass Anfangswerte für Ausrichtungen jedes der Objektlokalisierungssensoren unter Verwendung eines manuellen Kalibrierungsprozesses festgelegt werden.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass Positionen des Zielobjekts für jeden der Objektlokalisierungssensoren zu einer Serie von im Wesentlichen zeitlich übereinstimmenden Momenten, die über eine Zeitdauer auftreten, ermittelt werden, einschließlich eines Ermittelns mehrerer in Übereinstimmung gebrachter Positionen des Zielobjekts.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst, dass die Ausrichtung jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu dem Koordinatensystem für das Fahrzeug auf der Grundlage der Trajektorie für das Zielobjekt eingestellt wird, umfassend ein Ermitteln von in Übereinstimmung gebrachten Positionen des Zielobjekts zu einer Serie von im Wesentlichen zeitlich übereinstimmenden Momenten, die über eine Zeitdauer auftreten, und ein Schätzen von Korrekturen unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate. Eine Winkelausrichtung des Sensors wird relativ zu dem Fahrzeugkoordinatensystem ermittelt. Jede in Übereinstimmung gebrachte Position des Zielobjekts umfasst eine vereinigte Position des Zielobjekts und eine zeitlich übereinstimmende von einem Sensor beobachtete Position des Zielobjekts.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass mehrere Korrekturen durch iteratives Ausführen einer Schätzgleichung mit Hilfe der Methode der kleinsten Quadrate geschätzt werden.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass die Winkelausrichtung des Sensors relativ zu dem Fahrzeugkoordinatensystem inkrementell iterativ korrigiert wird.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung besteht aus den Objektlokalisierungssensoren und einem Teilsystem, das ein Nahbereichradarteilsystem, ein Fernbereichradarteilsystem und ein Vorwärtssichtteilsystem umfassen kann.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst ein System zum Lokalisieren eines Zielobjekts. Das System umfasst ein Fahrzeug, das mit einem Steuersystem ausgestattet ist, das wirksam mit mehreren Objektlokalisierungssensoren verbunden ist, die jeweils dazu dienen, einen Signalausgang zu erzeugen, der den Ort des Zielobjekts hinsichtlich einer Entfernung, einer zeitbasierten Entfernungsänderung und eines Winkels charakterisiert, der von einem an dem Fahrzeug orientierten Koordinatensystem aus gemessen wird. Das Steuersystem dient dazu, die mehreren Signalausgänge der Objektlokalisierungssensoren zu vereinigen, um das Zielobjekt zu lokalisieren. Das Steuersystem umfasst einen Algorithmus zum Ausrichten der Signalausgänge jedes der Objektlokalisierungssensoren.
  • Diese und andere Aspekte der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen ersichtlich.
    •
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und einer bestimmten Anordnung von Teilen eine physikalische Form einnehmen, wobei die bevorzugte Ausführungsform hiervon ausführlich beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, erläutert wird, und wobei:
  • 1 ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugsystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 2 und 3 schematische Diagramme eines Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigt 1 ein Fahrzeugsystem 10, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut wurde, wobei die Darstellungen nur dem Zweck des Erläuterns der Erfindung und nicht dem Beschränken dieser dienen sollen.
  • Das beispielhafte Fahrzeug umfasst ein Kraftfahrzeug zur Verwendung auf Schnellstraßen, obwohl zu verstehen ist, dass die hierin beschriebene Erfindung auch auf jedes Fahrzeug oder jedes andere System anwendbar ist, das die Position und Trajektorie von entfernten Fahrzeugen und anderen Objekten überwachen soll. Das Fahrzeug umfasst ein Steuersystem, das verschiedene Algorithmen und Kalibrierungen enthält, die es zu verschiedenen Zeitpunkten ausführen kann. Das Steuersystem ist vorzugsweise eine Teilmenge einer gesamten Fahrzeugsteuerarchitektur, die dazu dient, eine koordinierte Fahrzeugsystemsteuerung bereitzustellen. Das Steuer system dient dazu, Eingänge von verschiedenen Sensoren zu überwachen, entsprechende Informationen und Eingänge zu synthetisieren und Algorithmen auszuführen, um verschiedene Aktuatoren zum Erreichen von Steuerzielen zu steuern, die Parameter wie eine Kollisionsvermeidung und eine Adaptive Cruise Control umfassen. Die Fahrzeugsteuerarchitektur umfasst mehrere verteilte Prozessoren und Einrichtungen einschließlich eines Systemcontrollers, die eine Funktionalität, wie beispielsweise Antiblockierbremsen, eine Traktionssteuerung und eine Fahrzeugstabilität, bereitstellen.
  • Jeder Prozessor ist vorzugsweise ein digitaler Universalrechner, der im Wesentlichen einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nurlesespeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstakt, einen Analog-Digital-(A/D-) und einen Digital-Analog-(D/A-)Schaltkreis und einen Eingabe/Ausgabe-Schaltkreis und Eingabe/Ausgabe-Einrichtungen (I/O) und einen geeigneten Signalkonditionierungs- und -pufferschaltkreis umfasst. Jeder Prozessor weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die in dem ROM gespeicherte residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers bereitzustellen.
  • Hierin beschriebene Algorithmen werden typischerweise während voreingestellten Schleifenzyklen ausgeführt, so dass jeder Algorithmus mindestens einmal in jedem Schleifenzyklus ausgeführt wird. In den nichtflüchtigen Speichereinrichtungen gespeicherte Algorithmen werden von einer der zentralen Verarbeitungseinheiten ausgeführt und dienen dazu, Eingänge von den Erfassungseinrichtungen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb einer jeweiligen Einrichtung zu speichern, wobei voreingestellte Kalibrierungen verwendet werden.
  • Schleifenzyklen werden typischerweise in regelmäßigen Intervallen ausgeführt, zum Beispiel alle 3, 6,25, 15, 25 und 100 Millisekunden während eines laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs. Alternativ können Algorithmen in Ansprechen auf ein Stattfinden eines Ereignisses ausgeführt werden.
  • Bezugnehmend auf 2 und 3 umfasst das beispielhafte Fahrzeug 10 im Wesentlichen ein Steuersystem mit einem Beobachtungsmittel 22, ein Datenassoziierungs- und -anhäufungsmodul (DAC-Modul) 24, das ferner ein Kalman-Filter 24a umfasst, und ein Verfolgungslebensdauerverwaltungsmodul (TLM-Modul) 26, das eine Verfolgungsliste 26a verfolgt, die mehrere Objektverfolgungen umfasst. Insbesondere besteht das Beobachtungsmodul aus Sensoren 14, 16, ihren jeweiligen Sensorprozessoren und der Verbindung zwischen den Sensoren, den Sensorprozessoren und dem DAC-Modul. Das beispielhafte Erfassungssystem umfasst vorzugsweise Objektlokalisierungssensoren, die mindestens zwei vorwärts gerichtete Entfernungserfassungseinheiten 14, 16 und begleitende Teilsysteme oder Prozessore 14a, 16a umfassen. Die Objektlokalisierungssensoren können ein Nahbereichradarteilsystem, ein Fernbereichradarteilsystem und ein Vorwärtssichtteilsystem umfassen. Die Objektlokalisierungs-Erfassungseinrichtungen können jegliche Entfernungssensoren umfassen, wie beispielsweise FM-CW-Radare (Frequency Modulated Continuous Wave), Impuls- und FSK-(Frequenzumtastungs-)Radare und Lidar-(Light detection and ranging-)Einrichtungen und Ultraschalleinrichtungen, die auf Effekten wie beispielsweise Dopplereffektmessungen beruhen, um sich vorne befindende Objekte zu lokalisieren. Die möglichen Objektlokalisierungseinrichtungen umfassen ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD) oder Videobildsensoren mit komplementären Metalloxidhalbleitern (CMOS) und andere bekannte Kamera/Video-Bildprozessoren, die digitale fotographische Verfahren verwenden, um sich vorne befindende Objekte zu "sehen".
  • Solche Erfassungssysteme werden typischerweise zum Detektieren und Lokalisieren von Objekten in Fahrzeuganwendungen eingesetzt, die mit Systemen verwendet werden, die zum Beispiel eine Adaptive Cruise Control, eine Kollisionsvermeidung, ein radargestütztes Sicherheitssystem (Pre-Crash Safety) und eine Seitenobjektdetektion umfassen. Das beispielhafte Fahrzeugsystem kann auch ein globales Positionserfassungssystem (GPS) umfassen. Diese Sensoren sind in dem Fahrzeug 10 vorzugsweise an relativ unbehinderten Positionen relativ zu einer Sicht vor dem Fahrzeug positioniert. Es sei auch angemerkt, dass jeder dieser Sensoren einen Schätzwert eines Ist-Orts oder -zustands eines Zielobjekts liefert, wobei der Schätzwert eine geschätzte Position und eine Standardabweichung umfasst. Somit werden Sensordetektionen und -messungen von Objektorten und -zuständen typischerweise als "Schätzwerte" bezeichnet. Es sei ferner angemerkt, dass die Eigenschaften dieser Sensoren darin komplementär sind, dass einige beim Schätzen bestimmter Parameter zuverlässiger sind als andere. Herkömmliche Sensoren weisen verschiedene Betriebsbereiche und Winkelabdeckungen auf und können verschiedene Parameter in ihrem Betriebsbereich schätzen. Zum Beispiel können Radarsensoren für gewöhnlich eine Entfernung, eine Entfernungsrate und einen Azimutort eines Objekts schätzen, sind jedoch normalerweise beim Schätzen der Größe eines detektierten Objekts nicht stabil. Eine Kamera mit Sichtprozessor ist beim Schätzen einer Form und Azimutposition des Objekts stabiler, ist jedoch beim Schätzen der Entfernung und der Entfernungsrate des Objekts weniger effizient. Lidar vom Abtasttyp arbeiten in Bezug auf ein Schätzen der Entfernung und der Azimutposition effizient und genau, können jedoch typischerweise die Entfernungsrate nicht schätzen und sind daher in Bezug auf die Erfassung/Erkennung eines neuen Objekts nicht genau. Ultraschallsensoren können die Entfernung schätzen, können jedoch allgemein die Entfernungsrate und Azimutposition nicht schätzen oder berechnen. Ferner sei angemerkt, dass die Leis tung jeder Sensortechnologie durch unterschiedliche Umgebungszustände beeinflusst wird. Somit stellen herkömmliche Sensoren parametrische Abweichungen dar, jedoch erzeugt die wirksame Überschneidung dieser Sensoren Möglichkeiten für eine Sensorvereinigung, was wichtiger ist.
  • Jeder Objektlokalisierungssensor und jedes Objektlokalisierungs-Teilsystem liefert einen Ausgang, der typischerweise hinsichtlich Entfernung R, zeitbasierter Entfernungsänderung R_dot, und Winkel Θ, vorzugsweise von einer Längsachse des Fahrzeugs aus gemessen, charakterisiert ist. Ein beispielhaftes Nahbereichradarteilsystem weist ein Sichtfeld ("FOV" von Field of View) von 160 Grad und eine maximale Entfernung von dreißig Metern auf. Ein beispielhaftes Fernbereichradarteilsystem weist ein Sichtfeld von 17 Grad und eine maximale Entfernung von 220 Metern auf. Ein beispielhaftes Vorwärtssichtteilsystem weist ein Sichtfeld von 45 Grad und eine maximale Entfernung von fünfzig (50) Metern auf. Für jedes Teilsystem ist das Sichtfeld vorzugsweise um die Längsachse des Fahrzeugs 10 orientiert. Das Fahrzeug ist vorzugsweise an einem Koordinatensystem orientiert, bezeichnet als ein XY-Koordinatensystem 20, wobei die Längsachse des Fahrzeugs 10 die X-Achse mit einem geometrischen Ort an einem Punkt, der für das Fahrzeug und eine Signalverarbeitung geeignet ist, festlegt, und die Y-Achse durch eine Achse festgelegt ist, die zu der Längsachse des Fahrzeugs 10 orthogonal ist und in einer horizontalen Ebene liegt, die somit parallel zu der Bodenoberfläche ist.
  • Wie in 3 gezeigt umfasst das erläuterte Beobachtungsmodul 22 einen ersten Sensor 14, der an einem diskreten Punkt A an dem Fahrzeug und angeordnet und orientiert ist, einen ersten Signalprozessor 14a, einen zweiten Sensor 16, der an einem diskreten Punkt B an dem Fahrzeug angeordnet und orientiert ist, und einen zweiten Signalprozessor 16a. Der erste Prozessor 14a wandelt von dem ersten Sensor 14 empfangene Signa le um, um eine Entfernung (RA), eine Zeitrate der Entfernungsänderung (R_dotA) und einen Azimutwinkel (ΘA), geschätzt für jede Zeitmessung des Zielobjekts 30, zu ermitteln. Ähnlich wandelt der zweite Prozessor 16a von dem zweiten Sensor 16 empfangene Signale um, um einen zweiten Satz einer Entfernung (RB), einer Entfernungsrate (R_dotB) und von Azimutwinkel-(ΘB-)Schätzwerten für das Objekt 30 zu ermitteln.
  • Das bevorzugte DAC-Modul 24 umfasst einen Controller 28, in dem ein Algorithmus und eine zugehörige Kalibrierung (nicht gezeigt) gespeichert und ausgestaltet sind, um die Schätzwertdaten von jedem der Sensoren A, B zu empfangen, um Daten zu gleichen Beobachtungsspuren anzuhäufen (d.h. zeitlich übereinstimmende Beobachtungen des Objekts 30 durch die Sensoren 14, 16 über eine Serie von zeitdiskreten Ereignissen) und die angehäuften Beobachtungen zu vereinigen bzw. abzusichern, um einen wahren Verfolgungsstatus zu ermitteln. Es ist zu verstehen, dass ein Vereinigen von Daten unter Verwendung verschiedener Erfassungssysteme und -technologien zu stabilen Ergebnissen führt. Es sei wieder angemerkt, dass bei dieser Technik jede Anzahl von Sensoren verwendet werden kann. Es sei jedoch auch angemerkt, dass eine erhöhte Anzahl von Sensoren zu einer erhöhten Algorithmuskomplexität und der Erfordernis von mehr Rechenleistung zum Erzeugen von Ergebnissen innerhalb des gleichen Zeitrahmens führt. Der bevorzugte Controller 28 ist in dem Host-Fahrzeug 10 untergebracht, kann jedoch auch an einem entfernten Ort angeordnet sein. Diesbezüglich ist der bevorzugte Controller 28 elektrisch mit den Sensorprozessoren 14a, 16a gekoppelt, kann jedoch auch über HF, LAN, infrarot oder eine andere herkömmliche drahtlose Technologie drahtlos gekoppelt sein. Das TLM-Modul 26 ist ausgestaltet, um vereinigte Daten gleicher Beobachtungen zu empfangen und die vereinigten Beobachtungen in einer Liste 26a von Verfolgungen zu speichern.
  • Die Erfindung, wie sie nun beschrieben wird, umfasst ein Verfahren zum Ermitteln einer Ausrichtung jedes Objektlokalisierungssensors relativ zu dem XY-Koordinatensystem 20 für das Fahrzeug, was als einer oder mehrere Algorithmen in dem zuvor genannten Steuersystem ausgeführt wird. Das Verfahren umfasst ein Festlegen von Anfangswerten für die Ausrichtungen jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu dem XY-Koordinatensystem für das Fahrzeug für jeden Sensor. Es werden mehrere Positionen für das Zielobjekt 30, gemessen durch jeden der Objektlokalisierungssensoren, ermittelt, und somit werden Trajektorien ermittelt. Eine vereinigte Trajektorie für das Zielobjekt wird auf der Grundlage der zuvor genannten Trajektorien ermittelt. Eine Ausrichtung jedes der Objektlokalisierungssensoren wird relativ zu dem XY-Koordinatensystem für das Fahrzeug auf der Grundlage der vereinigten Trajektorie für das Zielobjekt eingestellt. Dies wird nun ausführlicher beschrieben.
  • Die schematische Erläuterung von 1 umfasst die zuvor genannten Objektlokalisierungssensoren 14, 16, die an dem beispielhaften Fahrzeug an den Positionen A und B angebracht und vorzugsweise an der Vorderseite des Fahrzeugs 10 angebracht sind. Ein einzelnes Ziel 30 bewegt sich von dem Fahrzeug weg, wobei t1, t2 und t3 drei aufeinanderfolgende Zeitrahmen bezeichnen. Die Linien ra1-ra2-ra3, rf1-rf2-rf3 bzw. rb1-rb2-rb3 stellen die Orte des Ziels dar, die durch den ersten Sensor 14, den Vereinigungsprozessor und den zweiten Sensor 16 zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3 und bezüglich RA, RB, R_dotA, R_dotB, ΘA, ΘB unter Verwendung der Sensoren 14, 16, die sich an den Punkten A, B befinden, gemessen werden.
  • Der Trajektorievereinigungsprozess umfasst ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vereinigen von Verfolgungsdaten von mehreren Sensoren, um einen Ort eines Objekts genauer zu schätzen. Ein beispielhaftes Zielverfolgungssystem und -verfahren, das mehrere Sensoren und eine Da tenvereinigung verwendet, erhöht die Genauigkeit und Sicherheit von Systemmessungen gegenüber der jedes einzelnen Systemsensors. Die Sensorabdeckung wird durch Verbinden von Sensorsichtfeldern und Reduzieren der Erfassungs-/Neuerfassungszeit von Objekten erweitert, wodurch eine Wahrscheinlichkeit eines Erzeugens falscher positiver und falscher negativer Detektionsergebnisse verringert wird. Das beispielhafte Zielverfolgungs- und Sensorvereinigungssystem kann einen Zustand von mindestens einem Objekt schätzen. Das System umfasst einen ersten Sensor, der ausgestaltet ist, um einen ersten Schätzwert eines Zustands des Objekts zu ermitteln, und einen zweiten Sensor, der ausgestaltet ist, um einen zweiten Schätzwert des Zustands zu ermitteln. Das System umfasst einen Controller, der kommunikativ mit den Sensoren gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um einen dritten Schätzwert des Zustands zu ermitteln. Der dritte Schätzwert basiert teilweise auf den ersten und zweiten Schätzwerten, und jeder der ersten und zweiten Schätzwerte umfasst einen gemessenen Wert und einen Standardabweichungswert. Der dritte Schätzwert stellt einen berechneten Wert und eine Standardabweichung dar, die kleiner als jede der ersten und zweiten Standardabweichungen ist. Ein durch den Controller ausgeführtes Computerprogramm ist ausgestaltet, um Anfangsschätzwertdaten von mindestens einem Zustand von den Sensoren, z.B. Position, Entfernung oder Winkel zu empfangen und den Vereinigungsalgorithmus auf die Anfangsschätzwertdaten anzuwenden, um einen Statusschätzwert für den Zustand zu ermitteln. Der Statusschätzwert stellt eine größere Wahrscheinlichkeit und eine kleinere Standardabweichung dar als die Anfangsschätzwertdaten. Der Sensorvereinigungsalgorithmus wird auf ein Fahrzeug mit gleichen oder verschiedenen Sensoren angewandt, was die Stabilität einer Objektdetektion erhöht. Bei dieser Ausgestaltung können Anwendungen, wie beispielsweise eine Full speed Adaptive Cruise Control (ACC), ein automatisches Fahrzeugbremsen und Pre-Crash-Systeme verbessert werden.
  • Der zuvor genannte Vereinigungsprozess erlaubt ein Ermitteln einer Position einer Einrichtung in dem XY-Koordinatensystem relativ zu dem Fahrzeug. Der Vereinigungsprozess umfasst ein Messen des sich vorne befindenden Objekts 30 hinsichtlich RA, RB, R_dotA, R_dotB, ΘA, ΘB unter Verwendung der Sensoren 14, 16, die an den Punkten A, B angeordnet sind. Für das sich vorne befindende Objekt 30 wird ein vereinigter Ort ermittelt, dargestellt als RF, R_dotF, ΘF, Θ_dotF, und hinsichtlich Entfernung R und Winkel Θ wie zuvor erläutert beschrieben. Die Position des sich vorne befindenden Objekts 30 wird dann in parametrische Koordinaten relativ zu dem XY-Koordinatensystem des Fahrzeugs umgewandelt. Das Steuersystem verwendet vorzugsweise vereinigte Verfolgungstrajektorien (Linie rfl, rf2, rf3) einschließlich mehrerer vereinigter Objekte als einen Bezugspunkt, d.h. Wirklichkeit, um wahre Sensorpositionen für die Sensoren 14, 16 zu schätzen. Wie in 1 gezeigt ist die vereinigte Trajektorie der Verfolgung durch das Objekt 30 zu der Zeitserie t1, t2 und t3 gegeben. Unter Verwendung einer großen Anzahl von zugehörigen Objektentsprechungen, wie beispielsweise {(ra1, rf1, rb1), (ra2, rf2, rb2), (ra3, rf3, rb3)} können wahre Positionen der Sensoren 14 und 16 an den Punkten A bzw. B berechnet werden, um Reste zu minimieren, wobei vorzugsweise eine bekannte Berechnungsmethode der kleinsten Quadrate eingesetzt wird. In 1 bezeichnen die mit ra1, ra2 und ra3 bezeichneten Elemente einen durch den ersten Sensor 14 gemessenen Objektplan. Die mit rb1, rb2 und rb3 bezeichneten Elemente bezeichnen einen durch den zweiten Sensor 16 beobachteten Objektplan.
  • Bezugnehmend auf 2 wird die vereinigte Verfolgung vorzugsweise in dem Sensorvereinigungsblock 28 von 3 berechnet und ermittelt. Der Prozess der Sensorregistrierung umfasst ein Ermitteln relativer Orte der Sensoren 14, 16 und der Beziehung zwischen deren Koordinatensystemen und dem Rahmen des Fahrzeugs, identifiziert durch das XY-Koordinatensystem, was nun beschrieben wird. Nun wird die Registrierung für den einzelnen Objektsensor 16 beschrieben. Alle Objektsensoren werden vorzugsweise gleich behandelt. Für einen Objektplanabgleich werden vorzugsweise das Sensorkoordinatensystem oder der Sensorkoordinatenrahmen, d.h. das UV-Koordinatensystem, und der Fahrzeugkoordinatenrahmen, d.h. das XY-Koordinatensystem, verwendet. Das Sensorkoordinatensystem (u, v) ist vorzugsweise wie folgt definiert: der Ursprung befindet sich an dem Zentrum des Sensors; die v-Achse liegt entlang der Längsrichtung (Mittelachse) und die u-Achse ist senkrecht zu der v-Achse und zeigt nach rechts. Das Fahrzeugkoordinatensystem ist, wie zuvor beschrieben, mit (x, y) bezeichnet, wobei die x-Achse eine Fahrzeuglängsachse bezeichnet und die y-Achse die Fahrzeugquerachse bezeichnet.
  • Um einen Punkt, der einen Zeitstempelort eines Zielobjekts 30 darstellt und an dem Sensorkoordinatensystem (u, v) angeordnet ist, in das Fahrzeugkoordinatensystem (x, y) zu transformieren, werden die folgenden Aktionen als Algorithmen und Kalibrierungen in dem Fahrzeugsteuersystem wie hierin voranstehend beschrieben ausgeführt, wobei mit Gleichung 1 begonnen wird: r = Rq + r0 (1)wobei r = (x, y), q = (u, v), R eine 2-D-Drehung ist und r0 = (x0, y0) die Position des Sensorzentrums in dem Fahrzeugrahmen ist.
  • Zu Beginn werden R und r0 typischerweise durch einen manuellen Kalibrierungsprozess in dem Fahrzeugproduktionswerk ermittelt. Während des Betriebs wird diese Information durch eine inkrementelle Drehung δR und eine Translation δr0 korrigiert, so dass die neue Drehung und Translation wie in den nachstehenden Gleichungen 2 und 3 gezeigt lauten: R' = δRR, und (2) r'0 = r0 + δr0 (3)wobei R ausgedrückt wird mit:
  • Figure 00160001
  • Der Wert ψ bezeichnet die spezifische Winkelausrichtung des Sensors in Bezug auf den Fahrzeugrahmen, d.h. die Orientierung des UV-Koordinatensystems relativ zu dem XY-Koordinatensystem. Da die Ausrichtungskorrekturen typischerweise klein sind, kann die inkrementelle Drehung δR durch die nachstehende Gleichung 4 angenähert werden: δR = I + ε (4)wobei:
    Figure 00160002
    und δψ eine Korrektur des Ausrichtungswinkels bezeichnet.
  • Eine Korrektur der Objektposition ist durch Gleichung 5 gegeben: Δr = r' – r = R'q + r'0 – Rq – r0 (5)
  • Die obigen Gleichungen 1–5 werden kombiniert, um Gleichung 6 zu erhalten: Δr = δRRq + δr0 – Rq = ε(r – r0) + δr0. (6)
  • Gleichung 6 wird in Komponentenform als Gleichung 7 neu geschrieben:
    Figure 00170001
    wobei: δr0 = (δx0, δy0)T, ri = (xi, yi)T, r0 = (x0, y0)T und β = (δx0, δy0, δψ)T.
  • Die Korrektur der Sensorposition wird durch Verwenden von in Übereinstimmung gebrachten Objekten ermittelt. Die in Gleichung 7 berechneten Ergebnisse liefern ein Modell, durch das unbekannte Korrekturen β durch Minimieren einer jeweiligen χ2-Funktion unter Verwendung einer großen Anzahl von in Übereinstimmung gebrachten Objekten geschätzt werden.
  • Als ein Beispiel wird angenommen, dass das in Übereinstimmung gebrachte Objekt mit {(rfi, rai)|i = 1, ... N} bezeichnet ist, wobei rfi und rai die Positionen des i-ten vereinigten Objekts bzw. des durch einen Sensor beobachteten Objekts bezeichnen.
  • Die χ2-Funktion wird auf Gleichung 8 minimiert:
    Figure 00180001
    wobei die Summe über alle in Übereinstimmung gebrachten Objektpaare (rfi, rai) gebildet wird, Δr1 = rfi – rai und W = diag {w1, w2, ...., wN} eine Gewichtsmatrix ist. Hier ist wi eine Funktion der Objektentfernung (d.h. wi = f(ri)), so dass entfernten in Übereinstimmung gebrachten Objekten größere Gewichtungsfaktoren zugeordnet werden als in Übereinstimmung gebrachten Objekten, die sich in der Nähe befinden. Die Korrektur β wird über eine Schätzmethode der kleinsten Quadrate gefunden. Die Lösung ist nachstehend in Gleichung 9 gezeigt:
    Figure 00180002
    wobei X+ eine Pseudoinverse von X bezeichnet.
  • Daher umfassen die inkrementellen Korrekturgleichungen der Sensorposition (R und r0) die nachstehenden Gleichungen 10 und 11:
    Figure 00180003
    wobei η ein Lernfaktor, typischerweise eine kleine positive Zahl (z.B. η = 0,01) zum iterativen Aktualisieren der Sensorposition über die Zeit ist. Ein großer Wert für η kann dabei helfen, den Algorithmus schnell zu einem wahren Wert zu konvergieren, kann jedoch zu unerwünschten Nebeneffekten führen. Andererseits ist das Abdriften der Sensorposition typischerweise ein langsamer Prozess, wodurch ein kleiner parametrischer Wert für η ermöglicht wird.
  • Zusammenfassend umfasst ein Einstellen einer Ausrichtung jedes Objektlokalisierungssensors relativ zu dem Fahrzeugkoordinatensystem ein anfängliches Setzen der Position (R und r0) jedes Sensors auf Nennwerte. Die folgenden Schritte werden wiederholt. Jeder Objektplan wird auf der Grundlage der Position (R und r0) jedes Sensors abgeglichen. Ausgänge von jedem der Sensoren werden vereinigt, um eine Serie von zeitlichen Bezugspunktpositionen für das Zielobjekt zu ermitteln. Eine Trajektorie und ein zugehöriger Objektplan werden für die vereinigten Ausgänge in einer zyklischen Warteschlange gespeichert. Wenn die Warteschlangen von vereinigten Objekten eine ausreichende Datenmenge umfassen, werden für jeden Sensor die folgenden Aktionen ausgeführt: das in Übereinstimmung gebrachte Objekt {(rfi, rai)|i = 1, ..., N}} in den Warteschlangen wird ausgegeben, wobei rfi und rai die Positionen des vereinigten Objekts bzw. des durch einen Sensor beobachteten Objekts bezeichnen. Gleichung 9 wird ausgeführt, um Korrekturen β zu berechnen, und die Gleichungen 10 und 11 werden ausgeführt, um die Position (R und r0) jedes Sensors zu aktualisieren.
  • Die Erfindung wurde mit besonderem Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen und Abwandlungen hiervon beschrieben. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung können weitere Abwandlungen und Änderungen ersichtlich werden. Alle diese Abwandlungen und Änderungen sol len umfasst sein, sofern sie innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.

Claims (18)

  1. Vorrichtung, umfassend ein Speichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm zum Ausführen eines Verfahrens zum Ausrichten eines mehrerer an einem Fahrzeug angebrachter Objektlokalisierungssensoren, wobei das Programm umfasst: einen Code zum Festlegen von Anfangswerten für Ausrichtungen jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu einem Koordinatensystem für das Fahrzeug; einen Code zum Ermitteln mehrerer Positionen für ein Zielobjekt für jeden der Objektlokalisierungssensoren; einen Code zum Ermitteln einer Trajektorie für das Zielobjekt; und einen Code zum Einstellen der Ausrichtung jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu dem Koordinatensystem für das Fahrzeug auf der Grundlage der Trajektorie für das Zielobjekt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Code zum Festlegen von Anfangswerten für Ausrichtungen jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu einem Koordinatensystem für das Fahrzeug ein Festlegen von Werten unter Verwendung eines manuellen Kalibrierungsprozesses umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Code zum Ermitteln mehrerer Positionen für ein Zielobjekt für jeden der Objektlokalisierungssensoren einen Code zum Ermitteln von Positionen des Zielobjekts für jeden der Objektlokalisie rungssensoren zu einer Serie von im Wesentlichen zeitlich übereinstimmenden Momenten umfasst, die über eine Zeitdauer auftreten.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Code zum Ermitteln einer Trajektorie für das Zielobjekt einen Code zum Ermitteln mehrerer in Übereinstimmung gebrachter Positionen des Zielobjekts für jeden der Objektlokalisierungssensoren zu der Serie von im Wesentlichen zeitlich übereinstimmenden Momenten umfasst, die über die Zeitdauer auftreten.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Code zum Einstellen der Ausrichtung jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu dem Koordinatensystem für das Fahrzeug auf der Grundlage der Trajektorie für das Zielobjekt ferner umfasst: einen Code zum Ermitteln mehrerer in Übereinstimung gebrachter Positionen des Zielobjekts zu einer Serie von im Wesentlichen zeitlich übereinstimmenden Momenten, die über eine Zeitdauer auftreten; einen Code zum Schätzen mehrerer Korrekturen unter Verwendung einer Methode der kleinsten Quadrate; und einen Code zum Ermitteln einer Winkelausrichtung des Sensors relativ zu dem Fahrzeugkoordinatensystem.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei jede in Übereinstimmung gebrachte Position des Zielobjekts eine vereinigte Position des Zielobjekts und eine zeitlich übereinstimmende durch einen Sensor beobachtete Position des Zielobjekts umfasst.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Code zum Schätzen mehrerer Korrekturen ferner einen Code zum iterativen Ausführen einer Schätzmethode der kleinsten Quadrate umfasst.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Code zum Ermitteln einer Winkelausrichtung des Sensors relativ zu dem Fahrzeugkoordinatensystem ferner ein inkrementelles iteratives Korrigieren der Winkelausrichtung des Sensors relativ zu dem Fahrzeugkoordinatensystem umfasst.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer der Objektlokalisierungssensoren ein Nahbereichradarteilsystem umfasst.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer der Objektlokalisierungssensoren ein Fernbereichradarteilsystem umfasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer der Objektlokalisierungssensoren ein Vorwärtssichtteilsystem umfasst.
  12. Verfahren zum Ausrichten eines mehrerer an einem Fahrzeug angebrachter Objektlokalisierungssensoren relativ zu dem Fahrzeug, das umfasst, dass Anfangswerte für Ausrichtungen jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu einem Koordinatensystem für das Fahrzeug festgelegt werden; mehrere Positionen für ein Zielobjekt für jeden der Objektlokalisierungssensoren ermittelt werden; eine Trajektorie für das Zielobjekt ermittelt wird; und die Ausrichtung jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu dem Koordinatensystem für das Fahrzeug auf der Grundlage der Trajektorie für das Zielobjekt eingestellt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren zum Ausrichten eines der mehreren an dem Fahrzeug angebrachten Objektlokalisierungssensoren ferner umfasst, dass einer der Objektlokalisierungssensoren an einem Koordinatensystem für das Fahrzeug ausgerichtet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Festlegen von Anfangswerten für die Ausrichtungen jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu dem Koordinatensystem für das Fahrzeug umfasst, dass Anfangswerte für die Ausrichtungen jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu einem Koordinatensystem für jeden Sensor festgelegt werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Festlegen von Anfangswerten für Ausrichtungen jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu einem Koordinatensystem für das Fahrzeug umfasst, dass Werte unter Verwendung eines manuellen Kalibrierungsprozesses festgelegt werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ermitteln mehrerer Positionen für ein Zielobjekt für jeden der Objektlokalisierungssensoren relativ zu einem Koordinatensystem für das Fahrzeug umfasst, dass die mehreren Positionen des Zielobjekts für jeden der Objektlokalisierungssensoren zu einer Serie von im Wesentlichen zeitlich übereinstimmenden Momenten, die über eine Zeitdauer auftreten, ermittelt werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ermitteln einer Trajektorie für das Zielobjekt umfasst, dass mehrere in Übereinstimmung gebrachte Positionen des Zielobjekts für jeden der Objektlokalisierungssensoren zu der Serie von im Wesentlichen zeitlich übereinstimmenden Momenten, die über die Zeitdauer auftreten, ermittelt werden.
  18. System zum Lokalisieren eines Zielobjekts, umfassend: ein Fahrzeug, das mit einem Steuersystem ausgestattet ist, das wirksam mit mehreren Objektlokalisierungssensoren verbunden ist, die jeweils dazu dienen, einen Signalausgang zu erzeugen, der einen Ort des Zielobjekts hinsichtlich einer Entfernung, einer zeitbasierten Entfernungsänderung und eines Winkels charakterisiert, der von einem an dem Fahrzeug orientierten Koordinatensystem aus gemessen wird; wobei das Steuersystem dazu dient, die mehreren Signalausgänge der Objektlokalisierungssensoren zu vereinigen, um das Zielobjekt zu lokalisieren; wobei das Steuersystem einen Algorithmus zum Ausrichten der Signalausgänge jedes der Objektlokalisierungssensoren umfasst, wobei der Algorithmus umfasst: a) einen Code zum Festlegen von Anfangswerten für Ausrichtungen jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu einem Koordinatensystem für das Fahrzeug; b) einen Code zum Ermitteln mehrerer Positionen für das Zielobjekt für jeden der Objektlokalisierungssensoren; c) einen Code zum Ermitteln einer Trajektorie für das Zielobjekt; und d) einen Code zum Einstellen der Ausrichtung jedes der Objektlokalisierungssensoren relativ zu dem Koordinatensystem für das Fahrzeug auf der Grundlage der Trajektorie für das Zielobjekt.
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