DE102008029808B4

DE102008029808B4 - Method and device for the three-dimensional position determination of an object

Info

Publication number: DE102008029808B4
Application number: DE102008029808.5A
Authority: DE
Inventors: Hooshiar Mahdjour; Jan Bronni
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: DE102008029808A1

Abstract

Verfahren zur dreidimensionalen Positionsbestimmung eines außerhalb eines Fahrzeugs (10) befindlichen Objektes (O),
wobei mit Hilfe einer Sensoreinrichtung (4) des Fahrzeugs (10) dreimal eine Abstandsmessung eines Abstands (R₁-R₃) zu dem Objekt (O) ausgeführt wird, und
wobei mittels einer Auswertevorrichtung (5) abhängig von den drei Abständen (R₁-R₃) und drei Messorten (S1-S3), von welchen jeweils eine der drei Abstandsmessungen durchgeführt wird, die Position des Objektes (O) bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
jeweils zwischen den drei Abstandsmessungen eine vorbestimmte Positionsänderung des Messortes (S1-S3) vorgenommen wird, von welchem die jeweilige Abstandsmessung durchgeführt wird..

Method for the three-dimensional position determination of an object (O) located outside a vehicle (10),
wherein by means of a sensor device (4) of the vehicle (10) is carried out three times a distance measurement of a distance (R ₁ -R ₃ ) to the object (O), and
wherein by means of an evaluation device (5) depending on the three distances (R ₁ -R ₃ ) and three measurement locations (S1-S3), from each of which one of the three distance measurements is performed, the position of the object (O) is determined
characterized in that
in each case between the three distance measurements, a predetermined change in position of the measuring location (S1-S3) is carried out, from which the respective distance measurement is performed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um eine Position eines Objektes, welches sich außerhalb eines Fahrzeugs befindet, hinsichtlich aller drei Dimensionen zu bestimmen, um dadurch insbesondere einen Abstand zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug genau zu bestimmen.The present invention relates to a method and a device for determining a position of an object which is located outside a vehicle with respect to all three dimensions, in order to thereby determine in particular a distance between the object and the vehicle precisely.

Nach dem Stand der Technik existieren für eine Hinderniserkennung außerhalb eines Fahrzeugs diverse Verfahren, welche auf unterschiedlichen Techniken basieren. Bei den so genannten aktiven Methoden wird ein Objekt mit vordefinierten Signalen bestrahlt und daraufhin vom Objekt reflektierte Signale bzw. Reflexionen erfasst und analysiert. Durch eine Analyse der Reflexionen lassen sich dadurch Informationen über eine Beschaffenheit des Objekts, aber auch über eine Position des Objekts ermitteln. Bei den so genannten passiven Methoden, welche in der Praxis selten angewandt werden, ist das Objekt selbst eine Signalquelle, deren Signale analysiert werden, um dadurch die Position des Objektes zu bestimmen.According to the state of the art, for obstacle detection outside a vehicle, various methods based on different techniques exist. In the so-called active methods, an object is irradiated with predefined signals and then detected by the object reflected signals or reflections and analyzed. By analyzing the reflections, information about a condition of the object, but also about a position of the object can be determined. In the so-called passive methods, which are rarely used in practice, the object itself is a signal source whose signals are analyzed to thereby determine the position of the object.

In der Fahrzeugtechnik werden heutzutage meist Ultraschallsensoren eingesetzt, um zum Beispiel bei einem System zur Einparkhilfe einen Abstand zu einem Hindernis zu erfassen. Dabei wird nach dem Stand der Technik ein Abstand zwischen dem entsprechenden Ultraschallsensor und dem Objekt gleich dem kürzesten Abstand zwischen diesem Objekt und dem Fahrzeug gesetzt, was beispielsweise für den Fall, dass sich das Objekt nur über dem Ultraschallsensor befindet, nachteiligerweise zu einer Bestimmung eines zu großen Abstands führt.In vehicle technology, ultrasound sensors are usually used today to detect a distance to an obstacle in a parking aid system, for example. In this case, according to the prior art, a distance between the corresponding ultrasonic sensor and the object is set equal to the shortest distance between this object and the vehicle, which, for example in the event that the object is only above the ultrasonic sensor, disadvantageously leads to a determination of one large distance leads.

Aus der EP 1 002 920 A2 ist ein automatisches Türöffnungssystem mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von Objekten in einem vorgegebenen Bereich um das Fahrzeug und einer zumindest einer Tür zugeordneten Vorrichtung, die das Eindringen des Objekts in den vorgegebenen Bereich anzeigt, bekannt.From the EP 1 002 920 A2 is an automatic door opening system with a sensor device for detecting objects in a predetermined area around the vehicle and a device associated with at least one door, which indicates the penetration of the object in the predetermined area known.

Aus der DE 10 2006 032 125 A1 ist ein Ultraschallsensor zur Abstandsmessung von Gegenständen, ein Fahrzeug mit einem Ultraschallsensor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Ultraschallsensors bekannt.From the DE 10 2006 032 125 A1 an ultrasonic sensor for distance measurement of objects, a vehicle with an ultrasonic sensor and a method for operating such an ultrasonic sensor is known.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe die Position eines Objektes möglichst genau, d.h. bezüglich aller drei Dimensionen, erfasst wird, um dadurch einen Abstand zu einem Fahrzeug genauer bestimmen zu können, als dies heutzutage nach dem Stand der Technik möglich ist.Therefore, it is the object of the present invention to provide a method and an apparatus by means of which the position of an object as accurately as possible, i. with respect to all three dimensions, in order to be able to more accurately determine a distance to a vehicle than is possible in the prior art today.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur dreidimensionalen Positionsbestimmung nach Anspruch 1, eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Positionsbestimmung nach Anspruch 7 und ein Fahrzeug nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.According to the invention, this object is achieved by a method for three-dimensional position determination according to claim 1, a device for three-dimensional position determination according to claim 7 and a vehicle according to claim 10. The dependent claims define preferred and advantageous embodiments of the present invention.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur dreidimensionalen Positionsbestimmung eines außerhalb eines Fahrzeugs befindlichen Objektes bereitgestellt. Dabei wird mittels einer Sensoreinrichtung des Fahrzeugs dreimal ein Abstand zu dem Objekt gemessen. Mit Hilfe einer Auswertevorrichtung wird abhängig von den drei gemessenen Abständen und abhängig von drei Messorten, an welchen jeweils eine der drei Abstandsmessungen durchgeführt wurde, die Position des Objektes hinsichtlich ihrer drei Dimensionen bestimmt. Zwischen den drei Abstandsmessungen wird dabei eine vorbestimmte Positionsänderung des Messorts vorgenommen, von welchem die jeweilige Abstandsmessung durchgeführt wird.In the context of the present invention, a method is provided for the three-dimensional position determination of an object located outside a vehicle. In this case, a distance to the object is measured three times by means of a sensor device of the vehicle. With the aid of an evaluation device, the position of the object is determined with regard to its three dimensions, depending on the three measured distances and on the basis of three measuring locations at which one of the three distance measurements was carried out. Between the three distance measurements, a predetermined change in position of the measuring location is carried out, from which the respective distance measurement is carried out.

Mittels eines sich bewegenden Sensors kann dabei an drei verschiedenen Messorten, zu denen der Sensor jeweils bewegt wird, jeweils eine der drei Abstandsmessungen durchgeführt werden.By means of a moving sensor, in each case one of the three distance measurements can be carried out at three different measuring locations to which the sensor is respectively moved.

Indem erfindungsgemäß die Position des außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Objektes im dreidimensionalen Raum bestimmt wird, kann bei gleichzeitiger Kenntnis der Position des Fahrzeugs in diesem dreidimensionalen Raum der kürzeste Abstand zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug vorteilhafterweise genau bestimmt werden.By determining the position of the object located outside of the vehicle in three-dimensional space according to the invention, the shortest distance between the object and the vehicle can advantageously be determined precisely with simultaneous knowledge of the position of the vehicle in this three-dimensional space.

Dabei ist es aus verfahrenstechnischen Gründen wichtig, dass die drei Messorte nicht zu weit auseinander liegen. Der Abstand der Messorte von zwei zeitlich aufeinander folgenden Messungen ist abhängig von der Anwendung. Erfindungsgemäß kann das Verfahren beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass dieser Abstand nicht größer als 5 cm ist.For procedural reasons, it is important that the three measuring locations are not too far apart. The distance of the measuring locations from two temporally successive measurements depends on the application. According to the invention, the method can be designed, for example, such that this distance is not greater than 5 cm.

Die Abstandsmessung kann dabei mittels elektromagnetischer, radioaktiver oder akustischer Signale erfolgen. Ein dazu eingesetzten Sensor kann beispielsweise ein Ultraschallsensor, aber auch ein Lasersensor sein.The distance measurement can be carried out by means of electromagnetic, radioactive or acoustic signals. A sensor used for this purpose can be, for example, an ultrasonic sensor, but also a laser sensor.

Dabei wird die Position des Objektes insbesondere dadurch bestimmt, dass eine Schnittmenge von drei Kugelflächen bzw. Kugeloberflächen gebildet wird. Dabei wird jede Kugelfläche durch einen der drei Messorte als ihren Kugelmittelpunkt und durch einen Radius definiert, welcher demjenigen Abstand entspricht, der bei der an dem jeweiligen Messort durchgeführten Abstandsmessung gemessen wurde. Mit anderen Worten wird um jeden der drei Messorte herum eine Kugelfläche konstruiert, deren Mittelpunkt dem jeweiligen Messort entspricht und deren Radius demjenigen Abstand entspricht, welcher bezüglich des jeweiligen Messorts gemessen wurde. Die Schnittmenge dieser drei Kugeloberflächen liefert dann die gesuchte Position des Objektes.In this case, the position of the object is determined, in particular, by forming an intersection of three spherical surfaces or spherical surfaces. In this case, each spherical surface is defined by one of the three measuring locations as its ball center and by a radius which corresponds to the distance which was measured at the distance measurement carried out at the respective measuring location. In other words, a spherical surface is constructed around each of the three measuring locations, the center of which corresponds to the respective measuring location and whose radius corresponds to the distance measured with respect to the respective measuring location. The intersection of these three spherical surfaces then provides the sought position of the object.

Wie bereits vorab bei der Diskussion der möglichen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt ist, kann zwischen den drei Abstandsmessungen jeweils eine vorbestimmte Positionsänderung des Messorts vorgenommen werden, von welchem die entsprechende Abstandsmessung durchgeführt wird. Wenn die drei Abstandsmessungen mit nur einem Sensor durchgeführt werden, bewegt sich dieser Sensor nach der Abstandsmessung an einem ersten Messort zu einem zweiten Messort, an welchem die zweite Abstandsmessung durchgeführt wird, und von dort zu einem dritten Messort, an welchem die dritte Abstandsmessung durchgeführt wird.As already explained above in the discussion of the possible variants of the method according to the invention, a predetermined change in position of the measuring location can be made between the three distance measurements, from which the corresponding distance measurement is carried out. If the three distance measurements are carried out with only one sensor, this sensor moves after the distance measurement at a first measurement location to a second measurement location at which the second distance measurement is performed, and from there to a third measurement location at which the third distance measurement is performed ,

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine xy-Ebene bestimmt, in welcher die drei Messorte angeordnet sind. Da für drei beliebige Punkte immer eine Ebene definiert werden kann, in welcher sich diese drei Punkte befinden, bedeutet die Bestimmung der xy-Ebene keine Einschränkung. Diese xy-Ebene wird durch eine x-Achse und eine dazu senkrechte y-Achse aufgespannt, wobei darüber hinaus eine z-Achse vorhanden ist, welche senkrecht auf der xy-Ebene steht. Ein erster Messort, an welchem die erste der drei Abstandsmessungen durchgeführt wird, sei der Ursprung eines durch die xy-Ebene und die z-Achse definierten Koordinatensystems. Die Position O des Objektes wird nun parallel zu der z-Achse in die xy-Ebene verschoben. Ein Abstand A zwischen der Position des Objektes, welche in die xy-Ebene verschoben ist, und der x-Achse wird durch folgende Gleichung (1) bestimmt: $A = ‖ \vec{S_{1} O} - \frac{〈 \vec{S_{1} O}, \vec{S_{1} S_{3}} 〉}{{‖ \vec{S_{1} S_{3}} ‖}^{2}} \times \vec{S_{1} S_{3}} ‖$

In one embodiment of the invention, an xy plane is determined, in which the three measurement locations are arranged. Since it is always possible to define a plane for any three points in which these three points are located, the determination of the xy plane does not mean any restriction. This xy-plane is spanned by an x-axis and a vertical y-axis, with the addition of a z-axis, which is perpendicular to the xy-plane. A first measurement location at which the first of the three distance measurements is performed is the origin of a coordinate system defined by the xy plane and the z axis. The position O of the object is now moved parallel to the z-axis in the xy plane. A distance A between the position of the object shifted in the xy plane and the x-axis is determined by the following equation (1):

A = ‖ \vec{S_{1} O} - \frac{< \vec{S_{1} O} . \vec{S_{1} S_{3}} >}{{‖ \vec{S_{1} S_{3}} ‖}^{2}} \times \vec{S_{1} S_{3}} ‖

Dabei entspricht S₂ der Position der Messortes, von welchem die zweite der Abstandsmessungen durchgeführt wurde und S₃ entspricht der Position des Messortes, von welchem die dritte der Abstandsmessungen durchgeführt wurde.It corresponds S ₂ the position of the measuring location from which the second of the distance measurements was performed and S ₃ corresponds to the position of the measuring location from which the third of the distance measurements was carried out.

Wird die x-Achse derart angeordnet, dass sie einer senkrecht nach unten auf die Fahrbahn projizierten Umfangskante des Fahrzeugs entspricht, beispielsweise dem hinteren Rand oder der hinteren Kante des Fahrzeugs, beschreibt der mit der oben stehenden Gleichung (1) bestimmte Abstand A den kürzesten Abstand zwischen der Position des Objektes im Raum und einer Ebene, welche von der x-Achse und der z-Achse aufgespannt wird. Wenn es sich bei der auf die Fahrbahn projizierten Umfangskante des Fahrzeugs beispielsweise um einen Türabschnitt des Fahrzeugs handelt, entspricht dieser Abstand A dem kürzesten Abstand zwischen der Position des Objektes im Raum und der Tür, sofern das Objekt nicht über oder unter oder in Fahrtrichtung vor oder hinter der Tür angeordnet ist.When the x-axis is arranged to correspond to a peripheral edge of the vehicle projected vertically down onto the road, for example, the rear edge or the rear edge of the vehicle, the distance A determined by the above equation (1) describes the shortest distance between the position of the object in space and a plane spanned by the x-axis and the z-axis. If the peripheral edge of the vehicle projected onto the roadway is, for example, a door section of the vehicle, this distance corresponds A the shortest distance between the position of the object in the room and the door, unless the object is placed above, below or in front of or behind the door.

Bei der Gleichung (1) bezeichnet „||V||“ die 2-Norm, also die Länge des Vektors V und $'' 〈 \vec{V_{1}}, \vec{V_{2}} 〉''$

bezeichnet das Skalarprodukt der Vektoren V₁ und V₂.In the equation (1), "|| V ||" denotes the 2-norm, that is, the length of the vector V and

'' < \vec{V_{1}} . \vec{V_{2}} >''

denotes the scalar product of the vectors V ₁ and V ₂ .

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die vorbestimmten Positionsänderungen der Messorte dadurch vorgenommen, dass die Abstandsmessungen von einer Seite einer Tür des Fahrzeugs vorgenommen werden, welche einem Scharnier der Tür gegenüberliegt. Dabei wird die Tür zwischen zwei Abstandsmessungen bewegt, so dass sich der Messeort abhängig von einem Öffnungswinkel der Tür ändert, welcher durch einen Winkel zwischen einer geschlossenen Stellung der Tür und einer aktuellen Stellung der Tür definiert ist. Eine Beziehung zwischen einer lateralen Auflösung δ bei der Positionsbestimmung des Objektes und den beiden Öffnungswinkeln der Tür bei zwei aufeinander folgenden Abstandsmessungen erfüllt dabei erfindungsgemäß folgende Gleichung bzw. Ungleichung (2): $δ > L \times (cos α_{1} - cos α_{2})$

dabei ist L ein Abstand von einem Messort senkrecht zu dem Scharnier bzw. der Drehachse der Tür, während α₁ der Öffnungswinkel bei der ersten der zwei aufeinanderfolgenden Abstandsmessungen und α₂ der Öffnungswinkel bei der zweiten der zwei aufeinanderfolgenden Abstandsmessungen ist.In a further embodiment of the invention, the predetermined position changes of the measurement locations are made by taking the distance measurements from one side of a door of the vehicle, which is opposite to a hinge of the door. In this case, the door is moved between two distance measurements, so that the location changes depending on an opening angle of the door, which is defined by an angle between a closed position of the door and a current position of the door. A relationship between a lateral resolution δ in the position determination of the object and the two opening angles of the door in the case of two successive distance measurements, according to the invention, the following equation or inequality (2) is fulfilled:

δ > L \times (cos α_{1} - cos α_{2})

where L is a distance from a location perpendicular to the hinge or the axis of rotation of the door, while α ₁ the opening angle at the first of the two consecutive distance measurements and α ₂ is the opening angle at the second of the two consecutive distance measurements.

Mit anderen Worten wird durch die Gleichung (2) eine Beziehung zwischen dem Öffnungswinkel und der lateralen Auflösung, d.h. der Auflösung senkrecht zu einer Abstrahlungsrichtung von Messsignalen von dem jeweiligen Messort zur Bestimmung des Abstandes, definiert. Wenn die Gleichung (2) eingehalten wird, kann mittels dieser Ausführungsform auch ein flaches Hindernis mit einer lateralen Auflösung mittels eines an einer Fahrzeugtür angeordneten Sensors erfasst werden.In other words, by the equation (2), a relationship between the aperture angle and the lateral resolution, i. the resolution perpendicular to a direction of emission of measuring signals from the respective measuring location for determining the distance defined. When the equation (2) is satisfied, by means of this embodiment also a flat obstacle with a lateral resolution can be detected by means of a sensor arranged on a vehicle door.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform werden ein erster und ein zweiter Sensor zur Durchführung der Abstandsmessungen eingesetzt. Dabei werden jeweils drei Abstandsmessungen an jeweils drei unterschiedlichen Messorten mit dem ersten Sensor und jeweils drei Abstandsmessungen an jeweils drei unterschiedlichen Messorten mit dem zweiten Sensor durchgeführt. Der erste Sensor ist bei dieser Ausführungsform direkt neben dem zweiten Sensor angeordnet. Während mittels des ersten Sensors ein erster Raumbereich erfasst wird, wird mittels des zweiten Sensors ein zweiter Raumbereich erfasst, wobei der erste und der zweite Raumbereich im Wesentlichen keine Schnittmenge ausbilden. Die beiden Sensoren werden dabei derart eingestellt, dass der erste und der zweite Raumbereich möglichst dicht an einer Ebene ausgebildet werden, welche somit die beiden Raumbereiche trennt. Beispielsweise können die beiden Sensoren derart eingestellt werden, dass der erste Sensor einen oberen Raumbereich (positive z-Werte) und der zweite Sensor den entsprechenden unteren Raumbereich (negative z-Werte) erfasst. Aus messtechnischen Gründen sollten die jeweiligen Abstandsmessungen der beiden Sensoren nicht zeitgleich erfolgen.In another embodiment of the invention, a first and a second sensor are used to perform the distance measurements. In each case three distance measurements are carried out at three different measuring locations the first sensor and three distance measurements at three different measuring locations with the second sensor. The first sensor is arranged directly adjacent to the second sensor in this embodiment. While a first spatial region is detected by means of the first sensor, a second spatial region is detected by means of the second sensor, with the first and second spatial regions forming essentially no intersection. The two sensors are adjusted in such a way that the first and the second spatial region are formed as close as possible to a plane which thus separates the two spatial regions. For example, the two sensors can be set such that the first sensor detects an upper spatial area (positive z values) and the second sensor detects the corresponding lower spatial area (negative z values). For metrological reasons, the respective distance measurements of the two sensors should not be made at the same time.

Die oben beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher die Position des Objektes durch die Schnittmenge von drei Kugelnoberflächen bestimmt wird, ergibt zwei Positionen (d.h. zwei Schnittpunkte), welche im Bezug auf eine Ebene symmetrisch sind, wobei diese Ebene in der Regel parallel zu der Fahrbahn des Fahrzeugs angeordnet ist. Zur Bestimmung eines kürzesten Abstands zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug liefern diese beiden Objekte dieselben Ergebnisse, d.h. der kürzeste Abstand zwischen dem einen Schnittpunkt und dem Fahrzeug ist gleich dem kürzesten Abstand zwischen dem andern Schnittpunkt und dem Fahrzeug. Wenn allerdings eine Unterscheidung zwischen diesen beiden Positionen notwendig ist, kann diese Unterscheidung vorteilhafterweise mittels der vorab ausgeführten Ausführungsform vorgenommen werden, bei welcher zwei Sensoren jeweils drei Abstandsmessungen ausführen.The embodiment of the invention described above, in which the position of the object is determined by the intersection of three spherical surfaces, gives two positions (ie two points of intersection) which are symmetrical with respect to a plane, which plane is generally parallel to the roadway of the plane Vehicle is arranged. To determine a shortest distance between the object and the vehicle, these two objects provide the same results, i. E. the shortest distance between the one intersection and the vehicle is equal to the shortest distance between the other intersection and the vehicle. However, if a distinction between these two positions is necessary, this distinction can be advantageously made by means of the previously described embodiment, in which two sensors each perform three distance measurements.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Positionsbestimmung eines außerhalb eines Fahrzeugs befindlichen Objektes bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Sensoreinrichtung und eine Auswertevorrichtung. Mittels der Sensoreinrichtung wird an drei verschiedenen Messorten jeweils eine Abstandsmessung durchgeführt. Die Auswertevorrichtung bestimmt dann außer den drei Abständen, welche bei den drei Abstandsmessungen gemessen werden, und den drei Messorten, an welchen die jeweilige Abstandsmessung durchgeführt wird, die Position des Objektes im dreidimensionalen Raum. Die Sensoreinrichtung ist dabei ein sich bewegender Ultraschallsensor, welcher an drei unterschiedlichen Messorten eine Signalwellenpulsfolge aussendet und eine Reflexion der jeweils ausgewählten Signalwellenpulsfolge aufnimmt. Dabei bestimmt die Auswertevorrichtung anhand einer Auswertung der jeweiligen Reflexion für die drei verschiedenen Messorte den Abstand zwischen dem Objekt und dem jeweiligen Messort.In the context of the present invention, a device for the three-dimensional position determination of an object located outside a vehicle is also provided. In this case, the device comprises a sensor device and an evaluation device. By means of the sensor device, a distance measurement is carried out in each case at three different measuring locations. The evaluation device then determines the position of the object in three-dimensional space, apart from the three distances which are measured in the three distance measurements and the three measurement locations at which the respective distance measurement is carried out. The sensor device is a moving ultrasonic sensor which emits a signal wave pulse sequence at three different measurement locations and records a reflection of the respectively selected signal wave pulse sequence. The evaluation device determines the distance between the object and the respective measuring location on the basis of an evaluation of the respective reflection for the three different measuring locations.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, weshalb hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.The advantages of the device according to the invention essentially correspond to the advantages of the method according to the invention, which is why a repetition is dispensed with here.

Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform handelt es sich bei der Vorrichtung um einen Türöffnungsassistent eines Fahrzeugs. Dabei ist die Sensoreinrichtung ein Sensor, insbesondere ein Ultraschallsensor, welcher an derjenigen Seite einer Tür des Fahrzeugs angeordnet ist, welche einem Scharnier bzw. einer Drehachse der Tür gegenüberliegt. Der Türöffnungsassistent umfasst eine Erfassungsvorrichtung, mit welcher der Öffnungswinkel der Tür gemessen wird. Der Türöffnungsassistent ist derart ausgestaltet, dass die Auswertevorrichtung anhand des Öffnungswinkels und eines Abstands zwischen dem Sensor und dem Scharnier den jeweiligen Ort des Sensors bestimmt. Es ist allerdings auch möglich, dass bei anderen Ausführungsformen, beispielsweise bei einer Einparkhilfe, die jeweils aktuelle Sensorposition über einen vom Fahrzeug zurückgelegten Fahrweg z.B. unter Berücksichtigung des Lenkwinkels bestimmt wird.In a preferred embodiment of the invention, the device is a door opening assistant of a vehicle. In this case, the sensor device is a sensor, in particular an ultrasonic sensor, which is arranged on that side of a door of the vehicle, which is opposite to a hinge or an axis of rotation of the door. The door opening assistant comprises a detection device with which the opening angle of the door is measured. The door opening assistant is configured such that the evaluation device determines the respective location of the sensor on the basis of the opening angle and a distance between the sensor and the hinge. However, it is also possible that in other embodiments, for example in a parking aid, the respective current sensor position via a path covered by the vehicle. is determined taking into account the steering angle.

Damit ist der Türöffnungsassistent vorteilhafterweise in der Lage, einen Abstand zwischen der Tür und einem Hindernis, gegen welches die Tür zu stoßen droht, erfindungsgemäß exakt zu erfassen. Indem der Sensor auf der Seite der Tür angeordnet ist, welcher dem Türscharnier oder Türgelenk gegenüberliegt, bewegt sich der Sensor beim Öffnen der Tür stärker, als beispielsweise ein Punkt in der Mitte der Tür, wodurch die Entfernung zwischen zwei verschiedenen Messorten vorteilhafterweise größer ist. Darüber hinaus ist der Sensor dadurch vorteilhafterweise an einem Abschnitt der Tür angeordnet, welcher sich beim Öffnen der Tür am weitesten von dem Fahrzeug entfernt und damit in der Regel einem etwaigen Hindernis am nächsten kommt.Thus, the door opening assistant is advantageously able to detect a distance between the door and an obstacle against which the door threatens to collide, according to the invention exactly. By placing the sensor on the side of the door opposite the door hinge or door hinge, the sensor moves more strongly when opening the door than, for example, a point in the center of the door, whereby the distance between two different measuring locations is advantageously greater. In addition, the sensor is thereby advantageously arranged on a portion of the door, which is the farthest away from the vehicle when opening the door and thus usually comes closest to any obstacle.

Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Finally, the present invention discloses a vehicle having a device according to the invention.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere dazu geeignet, eine Position eines außerhalb eines Fahrzeugs befindlichen Objektes bezüglich aller drei Dimensionen zu bestimmen, um dadurch den kürzesten Abstand zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug zu berechnen. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, sondern die vorliegende Erfindung kann auch außerhalb der Fahrzeugtechnik eingesetzt werden, um die Position eines beliebigen Objektes zu bestimmen.The present invention is particularly suitable for determining a position of an off-vehicle object with respect to all three dimensions, thereby calculating the shortest distance between the object and the vehicle. Of course, the present invention is not limited to this preferred application, but the present invention may also be outside of automotive engineering can be used to determine the position of any object.

Dabei kann für die vorliegende Erfindung zur Abstandsbestimmung jedes Verfahren eingesetzt werden, welches mit Ausstrahlung und Reflexion von kegel- und kugelförmigen Wellen arbeitet. Eine Bedingung ist, dass die relative Bewegung des Sensors im Bezug auf das zu erfassende Objekt vordefiniert und/oder bekannt ist. Mit anderen Worten lässt sich die vorliegende Erfindung auch anwenden, wenn die Bewegung des Objektes bekannt ist, und der Sensor fest steht.It can be used for the present invention for determining distance of each method, which works with radiation and reflection of conical and spherical waves. A condition is that the relative movement of the sensor with respect to the object to be detected is predefined and / or known. In other words, the present invention can also be applied when the movement of the object is known and the sensor is stationary.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnung im Detail erläutert.

In 1 ist in der Vogelperspektive dargestellt, wie bei einem erfindungsgemäßen Türöffnungsassistent die Position eines Objektes bestimmt wird.
In 2 ist die der 1 entsprechende Positionsbestimmung aus der vorderen Perspektive zur Tür dargestellt.
In 3 ist der erfindungsgemäße Türöffnungsassistent gegenüber einem flachen Hindernis dargestellt.
4 stellt eine laterale Auflösung abhängig von einem Öffnungswinkel des in 1 dargestellten Türöffnungsassistent dar.
In 5 wird die erfindungsgemäße Abstandsbestimmung mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik verglichen.
6 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Türöffnungsassistent dar.
In 7 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Türöffnungsassistent dargestellt.

In the following, the present invention will be explained in detail with reference to preferred embodiments with reference to the drawings.

In 1 is shown in a bird's eye view, as in a door opening assistant according to the invention, the position of an object is determined.
In 2 is that the 1 corresponding position determination from the front perspective to the door shown.
In 3 the door opening assistant according to the invention is shown against a flat obstacle.
4 represents a lateral resolution depending on an opening angle of in 1 shown door opening assistant dar.
In 5 the distance determination according to the invention is compared with a method according to the prior art.
6 schematically represents a vehicle according to the invention with a door opening assistant according to the invention.
In 7 a further embodiment of a vehicle according to the invention is shown with a door opening assistant according to the invention.

In 1 ist schematisch eine Tür 1 von oben betrachtet dargestellt, welche um eine Drehachse bzw. Türscharnierachse H herum geöffnet wird. Auf der der Drehachse H gegenüberliegenden Seite der Tür 1 ist ein Sensor 4 angeordnet. Wenn die Tür 1 geschlossen ist, befindet sich der Sensor 4 im Ursprung des x₁ y₁ z₁ -Koordinatensystems, wobei sich die zugehörige z-Achse von der Figurebene senkrecht nach oben erstreckt, so dass die Tür 1 in der x₁ z₁ -Ebene angeordnet ist. Bei der geschlossenen Tür 1 ist der Öffnungswinkel α=0°. Ein Abstand L zwischen der Drehachse H und dem Sensor 4 ist ein bekannter Systemparameter. Bei Kenntnis des Öffnungswinkels α, welcher beispielsweise über eine Erfassungsvorrichtung im Türscharnier gemessen werden kann, und des Abstands L lässt die x₁ -Koordinate der Sensorposition mittels cos(α) × L und die y₁ -Koordinate der Sensorposition mittels sin(α) × L berechnen, wobei z1 = 0 ist, da sich der Sensor 4 in der Höhe nicht bewegt.In 1 is schematically a door 1 Viewed from above, which about a rotation axis or door hinge axis H is opened around. On the axis of rotation H opposite side of the door 1 is a sensor 4 arranged. If the door 1 is closed, the sensor is located 4 in the origin of the x ₁ y ₁ z ₁ Coordinate system, wherein the associated z-axis extends from the figurebene vertically upward, so that the door 1 in the x ₁ z ₁ Level is arranged. At the closed door 1 is the opening angle α = 0 °. A distance L between the axis of rotation H and the sensor 4 is a known system parameter. With knowledge of the opening angle α, which can be measured for example via a detection device in the door hinge, and the distance L lets the x ₁ Coordinate of the sensor position using cos (α) × L and the y ₁ -Coordinate the sensor position using sin (α) × L, where z1 = 0, as the sensor 4 not moved in height.

Zur Messung des Abstands von dem Sensor 4 zu dem Objekt O werden von dem Sensor 4 kugelförmige Schallwellen ausgesendet, welche von dem Objekt O reflektiert werden. Aus dieser Messung wird der Abstand oder Radius R₁ bestimmt, so dass feststeht, dass sich auf einer Kugeloberfläche K₁ , welche durch folgende Gleichung (3) definiert wird, ein Objekt befindet. $x_{1}^{2} + y_{1}^{2} + z_{1}^{2} = R_{1}^{2}$

To measure the distance from the sensor 4 to the object O be from the sensor 4 Spherical sound waves emitted by the object O be reflected. From this measurement becomes the distance or radius R ₁ determined so that it is established on a spherical surface K ₁ , which is defined by the following equation (3), is an object.

x_{1}^{2} + y_{1}^{2} + z_{1}^{2} = R_{1}^{2}

Im nächsten Schritt wird die Tür 1 aus dem geschlossenen Zustand um einen Winkel α₁ geschwenkt, so dass der Sensor die Position S2 einnimmt. Nach dieser Drehung entsteht aus dem x₁ y₁ z₁ -Koordinatensystem ein neues x₂ y₂ z₂ -Koordinatensystem, wobei die z₂ -Achse und die z₁ -Achse parallel zueinander angeordnet sind. Da sowohl der Abstand L als auch der Winkel α₁ bekannt sind, lassen sich die neuen Koordinaten (S_x2 , S_y2 , 0) des Sensors 4 in der Position S₂ in Bezug auf das x₁ y₁ z₁ -Koordinatensystem berechnen. Der Mittelpunkt bzw. die Position S₂ und der Radius R₂ werden entsprechend bestimmt. Das Objekt O befindet sich nun auch auf einer Kugeloberfläche K₂ , welche durch folgende Gleichung (4) definiert wird: ${(x_{1} - S_{x_{2}})}^{2} + {(y_{1} - S_{y_{2}})}^{2} + z_{1}^{2} = R_{2}^{2}$

The next step is the door 1 from the closed state by an angle α ₁ pivoted so that the sensor assumes the position S2. After this rotation arises from the x ₁ y ₁ z ₁ Coordinate system a new one x ₂ y ₂ z ₂ Coordinate system, wherein the z ₂ Axis and the z ₁ -Axis are arranged parallel to each other. Because both the distance L as well as the angle α ₁ are known, the new coordinates ( S _x2 . S _y2 , 0) of the sensor 4 in the position S ₂ in terms of that x ₁ y ₁ z ₁ Calculate coordinate system. The midpoint or position S ₂ and the radius R ₂ are determined accordingly. The object O is now also on a spherical surface K ₂ which is defined by the following equation (4):

{(x_{1} - S_{x_{2}})}^{2} + {(y_{1} - S_{y_{2}})}^{2} + z_{1}^{2} = R_{2}^{2}

Da das Objekt O auf beiden Kugeloberflächen, welche durch die Gleichungen (3) und (4) definiert sind, liegt, liegt das Objekt O auf einer Schnittkurve B, welche durch folgende Gleichung (5) definiert ist, die sich aus den Gleichungen (3) und (4) ergibt: $S_{x_{2}} x_{1} - S_{y_{2}} y_{1} = R_{1}^{2} - R_{2}^{2} + S_{x_{2}}^{2} + S_{y_{2}}^{2}$

Because the object O on both spherical surfaces defined by equations (3) and (4), the object lies O on a cutting curve B which is defined by the following equation (5), which is given by equations (3) and (4):

S_{x_{2}} x_{1} - S_{y_{2}} y_{1} = R_{1}^{2} - R_{2}^{2} + S_{x_{2}}^{2} + S_{y}^{_{2}}

Aus der in 1 dargestellten Vogelperspektive wird von der Schnittkurve B nur die Strecke MN gesehen, da die Fläche der Schnittkurve B parallel zur z₁ -Achse liegt.From the in 1 bird's eye view is taken from the intersection curve B only the track MN seen as the area of the cutting curve B parallel to z ₁ Axis lies.

Nach einer weiteren Drehung der Tür 1 ist die Tür 1 mit einem Öffnungswinkel α₂ geöffnet und aus dem x₂ y₂ z₂ -Koordinatensystem entsteht das neue x₃ y₃ z₃ -Koordinatensystem, wobei die z₃ -Achse wiederum parallel zu der z₂ -Achse angeordnet ist. Aus der Kenntnis der neuen Koordinaten (S_x3 , S_y3 , 0) des Sensors 4 in der Position S3 in Bezug auf das x₁ y₁ z₁ -Koordinatensystem und den von dem Sensor 4 in der Position S₃ bestimmten Abstand R₃ ergibt sich eine Kugeloberfläche K₃ , welche durchfolgende Gleichung (6) definiert ist. ${(x_{1} - S_{x_{3}})}^{2} + {(y_{1} - S_{y_{3}})}^{2} + z_{1}^{2} = R_{2}^{2}$

After another turn of the door 1 is the door 1 with an opening angle α ₂ opened and out of the x ₂ y ₂ z ₂ Coordinate system creates the new x ₃ y ₃ z ₃ Coordinate system, wherein the z ₃ -Axis in turn parallel to the z ₂ -Axis is arranged. From knowing the new coordinates ( S _x3 . S _y3 , 0) of the sensor 4 in the position S3 in terms of that x ₁ y ₁ z ₁ Coordinate system and that of the sensor 4 in the position S ₃ certain distance R ₃ surrendered a sphere surface K ₃ which is defined by the following equation (6).

{(x_{1} - S_{x_{3}})}^{2} + {(y_{1} - S_{y_{3}})}^{2} + z_{1}^{2} = R_{2}^{2}

Da das Objekt O auf beiden durch die Gleichungen (3) und (6) definierten Kugeloberflächen liegt, liegt das Objekt O auch auf einer Schnittkurve B', welche durch folgende Gleichung (7) definiert ist, die sich aus den Gleichungen (3) und (6) ergibt. $S_{x_{3}} x_{1} - S_{y_{3}} y_{1} = R_{1}^{2} - R_{3}^{2} + S_{x_{3}}^{2} + S_{y_{3}}^{2}$

Because the object O lies on both by the equations (3) and (6) defined spherical surfaces, the object lies O also on a sectional curve B ', which is defined by the following equation (7), which results from the equations (3) and (6).

S_{x_{3}} x_{1} - S_{y_{3}} y_{1} = R_{1}^{2} - R_{3}^{2} + S_{x_{3}}^{2} + S_{y}^{_{3}}

Aus der Vogelperspektive der 1 ist von der Schnittkurve B' nur die Strecke M'N' zu sehen, da die Fläche des Kreises B' parallel zu der z₁ -Achse liegt.From the bird's-eye view of the 1 is from the intersection curve B 'only the distance M'N' to see, since the area of the circle B 'parallel to the z ₁ Axis lies.

In 1 ist dargestellt, dass sich die beiden Strecken MN und M'N', welche die beiden Schnittkurven B und B' in der Zeichnungsebene der 1 darstellen, genau in der Position des Objektes O schneiden.In 1 is shown that the two routes MN and M'N ', which are the two cutting curves B and B 'in the plane of the drawing 1 represent exactly in the position of the object O to cut.

Zeichnet man die beiden Schnittkurven B und B' allerdings in eine Zeichnungsebene parallel zur x₁z₁-Ebene, wie es in 2 dargestellt ist, erkennt man, dass die beiden Schnittkurven B und B' zwei symmetrisch zur x₁ y₁ -Ebene angeordnete Schnittpunkte O und O' aufweisen. Zur Orientierung sei noch erwähnt, dass die y₁ -Achse bei der 2 senkrecht auf der Zeichenebene steht und nach oben gerichtet ist.If you draw the two cutting curves B and B ', however, in a plane parallel to the x ₁ z ₁ plane, as in 2 is shown, one recognizes that the two cutting curves B and B 'two symmetrical to x ₁ y ₁ Level intersections O and O '. For orientation, it should be mentioned that the y ₁ -Axis at the 2 is perpendicular to the drawing plane and is directed upwards.

Bei der Bestimmung eines kürzesten Abstands zu der Tür 1 ist die Unterscheidung zwischen dem Objekt O und dem Objekt O' unerheblich, da der kürzeste Abstand von dem Objekt O zu der Tür 1, nämlich der x₁ z₁ -Ebene, gleich dem kürzesten Abstand von dem Objekt O' zu der Tür 1 ist. Um trotzdem zwischen der Objektposition O und der Objektposition O' unterscheiden zu können, kann man beispielsweise mit zwei eng beieinander angeordneten Sensoren arbeiten, wie es oben bereits ausgeführt wurde.When determining a shortest distance to the door 1 is the distinction between the object O and the object O 'irrelevant, since the shortest distance from the object O to the door 1 , namely the x ₁ z ₁ Plane, equal to the shortest distance from the object O 'to the door 1 is. To still between the object position O and the object position O 'can be distinguished, for example, you can work with two closely spaced sensors, as already stated above.

Für die oben ausgeführten Überlegungen zur Ermittlung der Objektposition wurde zur Vereinfachung angenommen, dass der Öffnungswinkel des Sensors 4 gleich 360° ist, so dass jeweils eine vollständige Kugeloberfläche konstruiert wurde. In der Praxis reicht aber ein Öffnungswinkel von 90° für das erfindungsgemäße Verfahren aus, so dass in der Praxis ein Schnittpunkt von drei Viertelkugeloberflächen bestimmt wird.For the above considerations for determining the object position, it has been assumed for simplicity that the opening angle of the sensor 4 is equal to 360 °, so that in each case a complete spherical surface was constructed. In practice, however, an opening angle of 90 ° is sufficient for the method according to the invention, so that in practice an intersection of three quarter-sphere surfaces is determined.

Gewöhnlicherweise werden Ultraschallwellen durch piezoelektrische Umwandler erzeugt und in Form von schmalen Pulsfolgen ausgesendet. Eine Pulsfolge umfasst dabei in der Regel 10 Perioden. Bei einer in der Fahrzeugtechnik üblichen Frequenz von 40 kHz ist die Pulsfolge dann 8,5 cm lang, so dass eine axiale Auflösung, d.h. eine Auflösung in einer Richtung, in welcher die Pulsfolgen abgestrahlt werden, 8,5 cm beträgt.Usually, ultrasonic waves are generated by piezoelectric transducers and emitted in the form of narrow pulse trains. A pulse sequence usually includes 10 Periods. At a frequency of 40 kHz which is customary in vehicle technology, the pulse sequence is then 8.5 cm long, so that an axial resolution, ie a resolution in one direction in which the pulse trains are emitted, is 8.5 cm.

Zur Erfassung von flachen Hindernissen ist eine laterale Auflösung, d.h. eine Auflösung in einer Richtung senkrecht zu derjenigen Richtung, in welcher die Pulsfolgen abgestrahlt werden, von Interesse. Die laterale Auflösung ist jedoch unabhängig von der Anzahl der Pulse der Pulsfolge und liegt in der Größenordnung eines Durchmessers des Ultraschallsensors. Dieser Durchmesser liegt bei Ultraschallsensoren in der Fahrzeugtechnik bei circa 1,5 cm, weshalb die laterale Auflösung auch circa 1,5 cm beträgt. Diese laterale Auflösung von 1,5 cm ist in der Praxis bei automotiven Anwendungen völlig ausreichend, da es hierbei ausreicht Hindernisse in einer Größenordnung von 5 cm zu erkennen.For detection of flat obstacles, a lateral resolution, i. a resolution in a direction perpendicular to the direction in which the pulse trains are emitted, of interest. However, the lateral resolution is independent of the number of pulses of the pulse train and is of the order of a diameter of the ultrasonic sensor. This diameter is about 1.5 cm for ultrasonic sensors in vehicle technology, which is why the lateral resolution is also about 1.5 cm. This lateral resolution of 1.5 cm is quite sufficient in practice in automotive applications, as it is sufficient to detect obstacles in the order of 5 cm.

In 3 ist von oben (in Vogelperspektive) ein flaches Hindernis 3 dargestellt, welches parallel zu einer Tür 1 angeordnet ist, wenn diese Tür 1 geschlossen ist. Ähnlich wie bei der in 1 dargestellten Ausführungsform weist die Tür 1 einen Sensor 4, welcher einen Durchmesser d besitzt, auf und ist um das Scharnier H herum schwenkbar. Der Sensor 1 in der Position S detektiert auf dem Hindernis 3 einen Flächenbereich um den Punkt A in der Größenordnung von δ × δ. In anderen Worten sind alle Punkte im erwähnten Bereich bzw. der Überlagerungsfläche δ × δ voneinander nicht auflös- oder unterscheidbar.In 3 is a flat obstacle from above (bird's-eye view) 3 shown, which is parallel to a door 1 is arranged when this door 1 closed is. Similar to the in 1 illustrated embodiment, the door 1 a sensor 4 , which has a diameter d, on and around the hinge H swiveling around. The sensor 1 in the position S detected on the obstacle 3 a surface area around the point A in the order of δ × δ , In other words, all points in the mentioned area or the overlay area δ × δ not dissolvable or distinguishable from each other.

Wenn die Tür 1 in 3 um den Winkel α geöffnet wird, erreicht der Sensor 4 die Position S'. Dabei verschiebt sich der von dem Sensor 4 detektierte Flächenbereich auf dem Hindernis 3 von einer Fläche δ × δ um den Punkt A zu einer Fläche δ × δ um den Punkt A', d.h. in diesem Fall wird eine Überlagerungsfläche δ × δ um Punkt A' erfasst.If the door 1 in 3 opened by the angle α, the sensor reaches 4 the position S ' , It shifts from the sensor 4 detected surface area on the obstacle 3 from a surface δ × δ around the point A to a surface δ × δ around the point A ' , ie in this case becomes an overlay area δ × δ around point A ' detected.

Das Ziel der folgenden Überlegung ist, eine Beziehung zwischen α und δ zu finden, um eine Aussage darüber treffen zu können, ob ein flaches Hindernis mit einer Auflösung δ von dem Sensor 4, welcher um den Winkel α gedreht wurde, erfasst wird. Ausgehend von 3 lässt sich nach einigen algebraischen Operationen folgende Gleichung (8) herleiten: $δ = L \times (1 - cos (α))$

The goal of the following consideration is to establish a relationship between α and δ to find a statement about whether a flat obstacle with a resolution δ from the sensor 4 which is about the angle α was filmed, is captured. Starting from 3 can be derived from the following equation (8) after some algebraic operations:

δ = L \times (1 - cos (α))

In 4 ist die Auflösung δ als Funktion des Öffnungswinkels α für einen typischen Sensor-Scharnier-Abstand L von 100 cm dargestellt. Bei kleinen Öffnungswinkeln α und/oder einem kurzen Sensor-Scharnier-Abstand L (also kürzer als 100 cm) ist die Auflösung δ sehr klein. Mit zunehmendem Öffnungswinkel α nimmt die Auflösung δ und deren Steigung langsam zu. Ab einem Öffnungswinkel α von 50° und größer zeigt die Auflösung δ ein fast lineares Verhalten als Funktion von α.In 4 is the resolution δ as a function of the opening angle α for a typical sensor-hinge distance L represented by 100 cm. For small opening angles α and / or a short sensor Hinge-distance L (ie shorter than 100 cm) is the resolution δ tiny. With increasing opening angle α takes the resolution δ and their gradient slowly increasing. From an opening angle α of 50 ° and greater shows the resolution δ a nearly linear behavior as a function of α ,

Der Zusammenhang zwischen einem Öffnungswinkel α₁ bei einer ersten Messung und einem Öffnungswinkel α₂ bei einer zweiten Messung und der lateralen Auflösung lässt sich ausgehend von der Gleichung (8) auch durch die bereits oben ausgeführte Gleichung (2) ausdrücken, wenn cos(α₁ ) > cos(α₂ ) gilt, was in einem Winkelbereich von 0° bis 90° bedeutet, dass α₂ > α₁ ist bzw. die Tür nach der ersten Messung bei α₁ weiter (nämlich bis zu α₂ ) geöffnet wird.The relationship between an opening angle α ₁ at a first measurement and an opening angle α ₂ in a second measurement and the lateral resolution, it is also possible to express, based on the equation (8), by the equation (2) already explained above, if cos ( α ₁ )> cos ( α ₂ ), which means in an angle range of 0 ° to 90 ° α ₂ > α ₁ is or the door after the first measurement with α ₁ continue (namely up to α ₂ ) is opened.

Bei einem Sensor-Scharnier-Abstand L von 100 cm bedeutet dies beispielsweise, dass, wenn die erste Messung bei einer geschlossenen Tür 1 (Öffnungswinkel 0°) durchgeführt wird, die zweite Messung spätestens bei einem Winkel von 18° durchgeführt werden muss, um eine laterale Auflösung δ von 5 cm zu gewährleisten und spätestens bei einem Winkel von 10° durchgeführt werden muss, um eine laterale Auflösung von 1,5 cm zu gewährleisten.At a sensor-hinge distance L of 100 cm, this means, for example, that when the first measurement with a closed door 1 (Opening angle 0 °) is performed, the second measurement must be carried out at the latest at an angle of 18 ° to a lateral resolution δ of 5 cm and must be performed at the latest at an angle of 10 ° to ensure a lateral resolution of 1.5 cm.

In 5 ist das Prinzip einer Abstandsbestimmung für ein Objekt O nach dem Stand der Technik im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Bei der Abstandsbestimmung nach dem Stand der Technik wird mittels eines Sensors 4 an der Position S ein Abstand R zu einem Objekt O gemessen. Bei der Abstandsbestimmung nach dem Stand der Technik wird angenommen, dass sich das Objekt O in einem 2D-Kartendiagramm 2 befindet, welches in der Höhe der Position S parallel zur Fahrbahn liegt, was in 5 durch die Objektposition O_k auf dem Kartendiagramm 2 abgebildet ist.In 5 is the principle of a distance determination for an object O represented by the prior art compared to the inventive method. In the distance determination according to the prior art is by means of a sensor 4 at the position S a distance R to an object O measured. In the prior art distance determination, it is assumed that the object O is located in a 2D map diagram 2, which is in the height of the position S parallel to the roadway, which is in 5 through the object position O _k on the map chart 2 is shown.

Mit anderen Worten wird nach dem Stand der Technik angenommen, dass es sich bei dem von dem Sensor 4 gemessenen Abstand R um den kürzesten Abstand zwischen dem Objekt O und dem Fahrzeug 10 handelt, wodurch der tatsächliche kürzeste Abstand zwischen dem Fahrzeug 10 und dem Objekt O überschätzt wird. Dagegen bestimmt das erfindungsgemäße Verfahren die Position des Objektes O korrekt im Raum und kann dann abhängig von der derart bestimmten Position des Objektes O den tatsächlich kürzesten Abstand D zwischen dem Objekt O und dem Fahrzeug 10 richtig bestimmen, welcher deutlich kleiner als R ist.In other words, it is assumed in the prior art that it is that of the sensor 4 measured distance R by the shortest distance between the object O and the vehicle 10 which gives the actual shortest distance between the vehicle 10 and the object O is overestimated. By contrast, the method according to the invention determines the position of the object O correctly in space and can then depend on the position of the object so determined O the actually shortest distance D between the object O and the vehicle 10 correctly determine which is significantly smaller than R.

In 6 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches einen Türöffnungsassistenten für die Fahrertür 1 umfasst. Dieser Türöffnungsassistent weist an der Fahrertür 1 des Kraftfahrzeugs 10 einen Ultraschallsensor 4 auf, welcher gegenüber einem Türscharnier H angeordnet ist. Bei einem Öffnen der Tür 1 misst der Türöffnungsassistent mittels des Ultraschallsensors 4 den Abstand von dem Sensor 4 zu einem Hindernis, um mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die genaue Position dieses Hindernisses im Raum zu erfassen und daraus den kürzesten Abstand von dem Hindernis zu der Tür 1 abzuleiten. Wenn dieser kürzeste Abstand unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, wird eine Warnung ausgegeben, um beispielsweise den Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 davor zu warnen, mit der Tür 1 gegen dieses Hindernis zu stoßen. Es ist auch möglich, die Tür 1 automatisch zu bremsen, also eine automatische Türbremsung einzuleiten, wenn der Türöffnungsassistent erfasst, dass der kürzeste Abstand zwischen der Tür 1 und dem Hindernis unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt.In 6 is a vehicle according to the invention 10 showing a door opening assistant for the driver's door 1 includes. This door opening assistant points at the driver's door 1 of the motor vehicle 10 an ultrasonic sensor 4 on, which opposite a door hinge H is arranged. When opening the door 1 the door opening assistant measures by means of the ultrasonic sensor 4 the distance from the sensor 4 to an obstacle to detect the exact position of this obstacle in the room by means of the method according to the invention and from this the shortest distance from the obstacle to the door 1 derive. If this shortest distance is below a predetermined threshold, a warning is issued to, for example, the driver of the motor vehicle 10 to warn against, with the door 1 to push against this obstacle. It is also possible the door 1 automatically to brake, so to initiate an automatic door braking, when the door opening assistant detects that the shortest distance between the door 1 and the obstacle is below the predetermined threshold.

In 7 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Fahrzeugs 10 mit einem Türöffnungsassistent 6 dargestellt. Dabei umfasst der Türöffnungsassistent 6 einen Ultraschallsensor 4, eine Auswertevorrichtung 5 und eine Erfassungsvorrichtung 7, mit welcher ein Öffnungswinkel der Tür 1, an welcher der Ultraschallsensoren 4 angeordnet ist, gemessen wird. Über den Öffnungswinkel und den Abstand L zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Türscharnier H kann die Auswertevorrichtung 5 die aktuelle Position des Ultraschallsensors 4 berechnen.In 7 is another embodiment of a vehicle according to the invention 10 with a door opening assistant 6 shown. This includes the door opening assistant 6 an ultrasonic sensor 4 , an evaluation device 5 and a detection device 7 , with which an opening angle of the door 1 at which the ultrasonic sensors 4 is arranged, is measured. About the opening angle and the distance L between the ultrasonic sensor 4 and the door hinge H can the evaluation device 5 the current position of the ultrasonic sensor 4 to calculate.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Türdoor
22: 2D-Kartendiagramm2D map diagram
33: flache Wandflat wall
44: Ultraschallsensorultrasonic sensor
55: Auswertevorrichtungevaluation
66: TüröffnungsassistentDoorway Assistant
77: Erfassungsvorrichtungdetection device
1010: Kraftfahrzeugmotor vehicle
α₁, α₂ α ₁ , α ₂: Öffnungswinkelopening angle
δδ: laterale Auflösunglateral resolution
A, A'A, A ': PunktPoint
B, B'B, B ': Schnittkurvesection curve
DD: kürzester Abstandshortest distance
HH: TürscharnierachseDoor hinge axis
K₁, K₂, K₃ K ₁ , K ₂ , K ₃: KugelBullet
LL: Sensor-Scharnier-AbstandSensor hinge spacer
MN, M'N'MN, M'N ': GeradeJust
OO: Objektobject
O'O': Schattenobjektshadow object
O_k O _k: projiziertes Objektprojected object
R, R₁, R₂, R₃ R, R ₁ , R ₂ , R ₃: Radius bzw. AbstandRadius or distance
S₁, S₂, S₃ S ₁ , S ₂ , S ₃: Ort der MessungPlace of measurement
S, S'S, S ': Ort der MessungPlace of measurement
x₁, y₁, z₁ x ₁ , y ₁ , z ₁: Koordinatensystem der ersten MessungCoordinate system of the first measurement
x₂, y₂, z₂ x ₂ , y ₂ , z ₂: Koordinatensystem der zweiten MessungCoordinate system of the second measurement
x₃, y₃, z₃ x ₃ , y ₃ , z ₃: Koordinatensystem der dritten MessungCoordinate system of the third measurement

Claims

Method for the three-dimensional position determination of an object (O) located outside a vehicle (10), whereby a distance measurement of a distance (R ₁ -R ₃ ) to the object (O) is carried out three times with the aid of a sensor device (4) of the vehicle (10) , and wherein the position of the object (O) is determined by means of an evaluation device (5) depending on the three distances (R ₁ -R ₃ ) and three measurement locations (S1-S3), from each of which one of the three distance measurements is performed characterized in that in each case between the three distance measurements, a predetermined change in position of the measuring location (S1-S3) is performed, from which the respective distance measurement is performed.

Method according to Claim 1 , characterized in that the position of the object (O) is determined by an intersection of three spherical surfaces (K ₁ -K ₃ ) is formed, and that each spherical surface (K ₁ -K ₃ ) through one of the three measuring locations (S ₁ -S ₃ ) as a ball center and by a radius (R ₁ -R ₃ ) which corresponds to a determined at the corresponding measuring location (S ₁ -S ₃ ) distance (R ₁ -R ₃ ) is defined.

Method according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that an xy-plane (x ₁ y ₁ ) is determined by means of an x-axis (x ₁ ) and a y-axis (y ₁ ) perpendicular thereto, in which the three measuring locations (S ₁ -S ₃ ) are that a z-axis (z ₁ ) is present perpendicular to the xy-plane (x ₁ y ₁ ), that a first measurement location S ₁ , at which a first of the distance measurements is performed, as the origin of one of the xy-plane (x ₁ y ₁ ) and the z-axis (z ₁ ) defined coordinate system is defined that the position O of the object parallel to the z-axis (z ₁ ) in the xy plane (x ₁ y ₁ ) is moved a shortest distance A between the position of the object (O) and the x-axis (x ₁ ) shifted to the xy plane (x ₁ y ₁ ) is determined by the following equation

A = ‖ \vec{S_{1} O} - \frac{< \vec{S_{1} O} . \vec{S_{1} S_{3}} >}{{‖ \vec{S_{1} S_{3}} ‖}^{2}} \times \vec{S_{1} S_{3}} ‖ .

wherein S _{2 is} a position of a measurement site from which a second one of the distance measurements is performed, and S _{3 is} a position of a measurement location from which a third one of the distance measurements is performed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined positional change is made by taking the distance measurements from one side of a door (1) which faces a hinge (H) of the door (1), that the door (1) between two distance measurements depending on an opening angle (α; α ₁ ; α ₂ ) which defines an angle between a closed position of the door (1) and a current position of the door (1), and that the following condition is met:

δ > L \times (cos α_{1} - cos α_{2}) .

where δ is a lateral resolution in the position determination of the object (O), where L is a distance from a measurement location (S ₁ -S ₃ ) at which the distance measurements are performed perpendicular to the hinge (H) of the door (1) , and α ₁ or α _{2 is} the opening angle of the first and second of the two distance measurements.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the distance measurements are performed by means of a first and a second sensor, that the first sensor performs the distance measurement three times, that the second sensor performs the distance measurement three times, that the first sensor directly adjacent to the second sensor is arranged, that by means of the first sensor, a first space region (x ₁ , y ₁ , + z ₁ ) is detected, that by means of the second sensor, a second space region (x ₁ , y ₁ , -z ₁ ) is detected, and that the first spatial region (x ₁ , y ₁ , + z ₁ ) and the second spatial region (x ₁ , y ₁ , -z ₁ ) have no intersection.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the distance measurements are carried out by means of ultrasound.

Device for the three-dimensional position determination of an object (O) located outside a vehicle (10), wherein the device (6) comprises a sensor device (4) and an evaluation device (5), wherein the device (6) is designed such that the sensor device ( 4) at three different measuring locations (S ₁ -S ₃ ) in each case performs a distance measurement for determining a respective distance (R ₁ -R ₃ ) and that the evaluation device (5) depends on the three distances (R ₁ -R ₃ ) and the three measuring locations (S ₁ -S ₃ ) determines the position of the object (O), characterized in that the sensor device is a moving ultrasonic sensor (4), that the ultrasonic sensor (4) at three different measuring locations (S1-S3) a signal wave pulse train emits and receives a reflection of each emitted signal wave pulse train, and that the evaluation device (5) by means of an evaluation of the respective reflection for the three different measuring locations (S 1-S3) determines the distance (R1-R3) between the object (O) and the respective measuring location (S1-S3).

Device after Claim 7 characterized in that the device is a door opening assistant (6) of a vehicle (10), that the sensor device is a sensor (4) which on a hinge (H) of a door (1) of the vehicle (10) opposite side of Door (1) is arranged, that the device (6) comprises a detection device (7) which detects an opening angle (α) of the door (1), which is an angle between a closed position of the door (1) and a current position ( 1), and that the device (6) is designed such that the evaluation device (5) depending on the opening angle (α) and a distance (L) between the sensor (4) and the hinge (H) the respective measuring location ( S ₁ -S ₃ ) of the sensor (4).

Device after Claim 7 or 8th , characterized in that the device (6) for carrying out the method according to one of Claims 1 - 6 is designed.

Vehicle with a device according to one of Claims 7 - 9 ,