DE102009053509A1

DE102009053509A1 - Verfahren zum simulativen Ermitteln von Messeigenschaften eines Sensors eines Kraftfahrzeugs und Rechensystem

Info

Publication number: DE102009053509A1
Application number: DE102009053509A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Wille; Frank Ehmann; Richard Rapp
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2011-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum simulativen Ermitteln von Messeigenschaften eines an einem virtuell modellierten Kraftfahrzeug (3) angeordneten virtuell modellierten Sensors (1) mittels einer Recheneinrichtung, wobei zumindest eine Eingabe durch die Recheneinrichtung empfangen wird, über welche ein Sensor-Eingangsparameter, der eine Eigenschaft des Sensors (1) beschreibt, festgelegt wird, und ein abhängig von dem zumindest einen Sensor-Eingangsparameter errechnetes Signal (4) durch den Sensor (1) gesendet wird, das von einem virtuell modellierten Objekt (5), das sich außerhalb des Kraftfahrzeugs (3) befindet, reflektiert wird, und wobei das reflektierte Signal (7) durch den Sensor (1) empfangen wird und abhängig von dem empfangenen Signal die Messeigenschaften des Sensors (1) ermittelt werden, wobei zum Ermitteln der Messeigenschaften des Sensors (1) ein reales Fahrszenario durch die Recheneinrichtung simuliert wird, bei welchem das Kraftfahrzeug (3) zumindest zeitweise während einer Zeitdauer zwischen einem Zeitpunkt (t) des Sendens des Signals (4) und einem Zeitpunkt (t) des Empfangens des Signals (7) relativ zum Objekt (5) bewegt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Rechensystem zum Durchführen des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum simulativen Ermitteln von Messeigenschaften eines an einem virtuell modellierten Kraftfahrzeug angeordneten virtuell modellierten Sensors mittels einer Recheneinrichtung, wobei zumindest eine Eingabe durch die Recheneinrichtung empfangen wird, über welche zumindest ein Sensor-Eingangsparameter, der eine Eigenschaft des Sensors beschreibt, festgelegt wird. Ein abhängig von dem zumindest einen Sensor-Eingangsparameter errechnetes Signal wird durch den Sensor gesendet und von einem virtuell modellierten Objekt, das sich außerhalb des Kraftfahrzeugs befindet, reflektiert. Das reflektierte Signal wird durch den Sensor empfangen, und abhängig von dem empfangenen Signal werden die Messeigenschaften des Sensors ermittelt.
Ein solches Verfahren ist bereits aus der Druckschrift EP 1 464 984 A1 bekannt. Es wird ein Detektionsbereich eines in ein Kraftfahrzeug eingebauten Sensors simuliert. Dabei werden Amplitudenwerte von empfangenen Signalen berechnet, die der Ultraschallsensor als Reflexionen von Strahlung an einem Normkörper empfangen würde, wenn sich der Normkörper an verschiedenen Positionen im Strahlungsbereich des Ultraschallsensors befinden und dort von dem Ultraschallsensor angestrahlt werden würde. Es wird festgestellt, für welche der Positionen des Normkörpers relativ zum Ultraschallsensor die jeweiligen Amplitudenwerte der empfangenen Signale oberhalb von definierten Schwellenwerten liegen. Auf diesem Wege wird dann der Detektionsbereich des Ultraschallsensors ermittelt.
Die Druckschrift US 6,096,085 A beschreibt ein Verfahren und ein Computerprogramm zur Simulation eines Sonarsystems. Es wird eine Leistung des Sonarsystems in verschiedenen Umgebungen, in denen das Sonarsystem eingesetzt wird, simuliert, um Objekte – wie zum Beispiel Unterseeboote und Minen – zu erkennen. Bei der Simulation wird ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) errechnet.
Es ist eine besondere Herausforderung, bereits bei der Konzeption beziehungsweise Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen – wenn lediglich ein Fahrzeugmodell und Kenngrößen der Sensoren vorliegen –, die Messeigenschaften der Sensoren zu ermitteln, ohne dass die Sensoren tatsächlich in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ausgehend vom Gegenstand gemäß Druckschrift EP 1 464 984 A1 eine Lösung aufzuzeigen, wie die Messeigenschaften von Sensoren eines Kraftfahrzeugs besonders exakt und realitätsnah simulativ ermittelt werden können, ohne dass die Sensoren in das Kraftfahrzeug eingebaut werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, wie auch durch ein Rechensystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum simulativen Ermitteln von Messeigenschaften eines an einem virtuell modellierten Kraftfahrzeug angeordneten virtuell modellierten Sensors mittels einer Recheneinrichtung ausgelegt. Es wird zumindest eine Eingabe durch die Recheneinrichtung empfangen, über welche ein Sensor-Eingangsparameter festgelegt wird, der eine Eigenschaft des Sensors beschreibt. Es wird ein abhängig von dem Sensor-Eingangsparameter errechnetes Signal durch den Sensor gesendet. Das Signal wird von einem virtuell modellierten Objekt reflektiert, das sich außerhalb des Kraftfahrzeugs befindet. Das reflektierte Signal wird durch den Sensor empfangen, und abhängig von dem empfangenen Signal werden die Messeigenschaften des Sensors ermittelt. Zum Ermitteln der Messeigenschaften des Sensors wird ein reales Fahrszenario durch die Recheneinrichtung virtuell simuliert, bei welchem das Kraftfahrzeug zumindest zeitweise während einer Zeitdauer zwischen einem Zeitpunkt des Sendens des Signals und einem Zeitpunkt des Empfangens des Signals relativ zum Objekt virtuell bewegt wird.
Also wird erfindungsgemäß eine Fahrsituation durch die Recheneinrichtung virtuell simuliert, in welcher sich das Kraftfahrzeug relativ zum Objekt derart bewegt, dass der Sensor in einer ersten Position relativ zum Objekt das Signal sendet und in einer anderen zweiten Position relativ zum Objekt das vom Objekt reflektierte Signal empfängt. Auf diesem Wege gelingt es, unterschiedlichste Messeigenschaften eines Sensors beziehungsweise das Verhalten eines Sensors bei unterschiedlichen Fahrsituationen sowie bei unterschiedlichen Positionen des Sensors am Kraftwagen zu ermitteln, ohne den Sensor in das Kraftfahrzeug einbauen zu müssen. Für die Simulation verschiedenster Fahrszenarien kann ein bereits vorhandenes und auf dem Markt erhältliches Simulationsprogramm verwendet werden, nämlich beispielsweise das dynamische Fahrzeugmodellierungsprogramm „CarMaker” der Firma IPG. Mit einem solchen Simulationstool kann die Fahrzeugbewegung für verschiedene Fahrszenarien simulationstechnisch virtuell nachgebildet werden. Dabei kann neben einer virtuellen Fahrstrecke auch die Umwelt in Form von starren und/oder beweglichen Objekten berücksichtigt werden. Für unterschiedlichste Fahrszenarien können somit die Messeigenschaften eines am Kraftfahrzeug angebrachten Sensors simulationstechnisch ermittelt werden.
Die Simulation eines tatsächlichen Fahrszenarios ermöglicht auch die Modellierung eines virtuellen Ausbreitungskanals für das vom Sensor ausgesendete Signal. Es kann zum Beispiel eine realistische Umgebung virtuell modelliert werden, und der Ausbreitungskanal kann durch eine so genannte Mehrwegeausbreitung charakterisiert werden. Dies bedeutet, dass das vom Sensor gesendete Signal in eine Vielzahl von Teilsignalen unterteilt wird, die jeweils für einen anderen Ausbreitungsweg zum Objekt und/oder vom Objekt zum Sensor übertragen werden. Es können diesbezüglich die fundamentalen Phänomene berücksichtigt werden, mit denen man während einer Signalausbreitung zu tun hat, nämlich insbesondere eine Reflektion und/oder eine Streuung und/oder eine Beugung an Hindernissen. Diese Erscheinungen verursachen nämlich, dass das gesamte Signal auf verschiedenen Pfaden zum Objekt und vom Objekt zum Sensor gelangt. Ganz allgemein ist also in einer Ausführungsform vorgesehen, dass durch die Recheneinrichtung ein Übertragungskanal für das gesendete Signal simuliert wird, bei welchem das gesendete Signal in eine vorbestimmte Vielzahl von Teilsignalen unterteilt wird, die jeweils über einen separaten Ausbreitungsweg vom Sensor zum Objekt und/oder vom Objekt zum Sensor übertragen werden.
Aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt kann eine Kanalimpulsantwort als Zeitvariante betrachtet werden. Bei der Simulation können zeitliche Veränderungen von Ausbreitungsbedingungen beziehungsweise zeitliche Änderungen des Übertragungskanals berücksichtigt werden. Die sich zeitlich veränderten Ausbreitungsbedingungen können anhand eines Doppeleffekts modelliert werden, das heißt es kann eine Frequenzverschiebung und/oder eine Phasenverschiebung zwischen dem vom Sensor gesendeten Signal und dem empfangenen Signal berücksichtigt werden.
Vorzugsweise wird als Sensor ein Ultraschallsensor virtuell modelliert, dessen Messeigenschaften durch die Recheneinrichtung simulationstechnisch ermittelt werden. Die Fahrerassistenzsysteme moderner Kraftfahrzeuge verfügen nämlich üblicherweise über Ultraschallsensoren, mit denen zum Beispiel Parklücken, wie auch Hindernisse in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst werden können. Es ist somit von großer Bedeutung, die Messeigenschaften eines solchen Sensors bereits vor dessen Einbau in das Kraftfahrzeug ermitteln zu können. Dann muss ein Ultraschallsensor in das Kraftfahrzeug nicht eingebaut werden, was nicht nur Kosten spart, sondern auch die Ermittlung der Messeigenschaften des Sensors bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt im Entwicklungsprozess eines Kraftfahrzeugs ermöglicht. Es ist auch sinnvoll möglich, andere Sensoren durch die Recheneinrichtung zu modellieren und dessen Messeigenschaften simulativ zu ermitteln. Lediglich beispielhaft seien diesbezüglich radargestützte Sensoren und/oder optische Sensoren genannt.
Bei der Ermittlung von Messeigenschaften des Sensors wird vorzugsweise die Signallaufzeit des vom Sensor gesendeten Signals berücksichtigt. Dies bedeutet, dass eine endliche Laufzeit des gesendeten Signals bei der Simulation der Messeigenschaften angenommen wird. Es kann durch die Recheneinrichtung der Zeitpunkt des Empfangens des Signals unter Berücksichtigung einer Ausbreitungsgeschwindigkeit und/oder einer Signallaufzeit des Signals errechnet werden. Sind die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs relativ zum Objekt vorgegeben, so kann durch die Berechnung des Zeitpunkts des Empfangens des Signals durch den Sensor auch die Position des Kraftfahrzeugs relativ zum Objekt ausgerechnet werden, in welcher das vom Objekt reflektierte Signal wieder zum Sensor gelangt. Es kann dann überprüft werden, ob das vom Objekt reflektierte Signal in den Erfassungsbereich des Sensors fällt oder nicht. Auf diesem Wege kann beurteilt werden, ob die verwendete Position des Sensors am Kraftfahrzeug für die Detektion des Objekts optimal ist oder nicht.
Bei der Ermittlung der Messeigenschaften des Sensors kann zum Beispiel eine Amplitude des empfangenen Signals – beispielsweise auch in Bezug auf die Amplitude einer Rauschleistung und insbesondere unter Berücksichtigung der Freiraumdämpfung – durch die Recheneinrichtung errechnet werden. Bei der Berechnung der Freiraumdämpfung wird bevorzugt die Frequenz des gesendeten Signals berücksichtigt, wie auch der Ausbreitungsweg und/oder die Laufzeit des vom Sensor abgestrahlten Signals. Bei der Berechnung der Amplitude des empfangenen Signals kann auch eine Richtcharakteristik des Sensors und/oder seine Position am Kraftfahrzeug berücksichtigt werden. Durch die Berechnung der Amplitude des empfangenen Signals kann ein Erfassungsbereich des Sensors ermittelt werden; die Recheneinrichtung kann nämlich überprüfen, ob die errechnete Amplitude – insbesondere in Bezug auf die Rauschleistung – oberhalb eines Schwellwertes liegt oder nicht. Liegt die Amplitude oberhalb des Schwellwertes, so kann angenommen werden, dass das vom Objekt reflektierte Signal in den Erfassungsbereich des Sensors gelangt beziehungsweise dass sich das Objekt im Erfassungsbereich des Sensors befindet. Die Berechnung des Schwellwertes kann zum Beispiel wie im Gegenstand gemäß Druckschrift EP 1 464 984 A1 aussehen.
Um die Messeigenschaften des Sensors zuverlässig zu ermitteln und diese auch beurteilen zu können, kann vorgesehen sein, dass eine Entfernung des Objektes vom Sensor und/oder eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs relativ zum Objekt und/oder eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs relativ zum Objekt abhängig von dem empfangenen Signal errechnet wird/werden. Die berechnete Entfernung und/oder Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung kann/können mit einer bei der Simulation vorgegebenen Entfernung beziehungsweise Geschwindigkeit beziehungsweise Beschleunigung verglichen werden. Auf diesem Wege können die Messeigenschaften des Sensors bei seiner vorgegebenen Position am Kraftfahrzeug und/oder bei seiner vorgegebenen Ausrichtung überprüft werden, ohne dass der Sensor tatsächlich in das Kraftfahrzeug eingebaut werden muss.
Wie bereits ausgeführt, empfängt die Recheneinrichtung zumindest eine Eingabe, über welche Sensor-Eingangsparameter – der eine Variable sein kann – festgelegt wird. Ein Sensor-Eingangsparameter kann zum Beispiel eine Position des Sensors und/oder eine Ausrichtung des Sensors am Kraftfahrzeug beschreiben. Also kann bei der Berechnung des gesendeten Signals, wie auch bei der Berechnung des empfangenen Signals die Position des Sensors am Kraftfahrzeug und/oder die Ausrichtung des Sensors berücksichtigt werden. Wird eine Bewegung des Kraftfahrzeugs relativ zum Objekt simuliert, so kann somit auch die jeweils augenblickliche Position des Sensors relativ zum Objekt errechnet werden.
Ein weiterer Sensor-Eingangsparameter, der über die zumindest eine Eingabe festgelegt wird, kann eine Richtcharakteristik des Sensors sein. Durch die Vorgabe der Richtcharakteristik ist es möglich, eine räumliche Verteilung der Amplitude des gesendeten Signals und somit die Amplitude des in Richtung des Objekts abgestrahlten Signals zu ermitteln. Es ist auch möglich, die Amplitude des empfangenen Signals in Abhängigkeit von einer Richtung, von welcher das Signal am Sensor ankommt, zu ermitteln. Denn die Richtcharakteristik beschreibt auch die Fähigkeit des Sensors, Signalanteile aus unterschiedlichen Richtungen empfangen zu können.
Ein weiterer Sensor-Eingangsparameter, der über die zumindest eine Eingabe festgelegt wird, kann die Art des Sensors beschreiben, dessen Messeigenschaften ermittelt werden. Zum Beispiel kann es sich hier um einen Ultraschallsensor, einen optischen Sensor oder auch ein Radargerät handeln. Es wird bevorzugt auch ein Sensor-Eingangsparameter über die zumindest eine Eingabe festgelegt, der eine Frequenz des gesendeten Signals beschreibt. Aus der Frequenz kann dann zum Beispiel die Freiraumdämpfung errechnet werden.
Es kann durch die Recheneinrichtung auch zumindest eine Eingabe empfangen werden, über welche ein Objekt-Eingangsparameter festgelegt wird, der eine Eigenschaft des Objektes beschreibt und in dessen Abhängigkeit das vom Objekt reflektierte Signal und somit auch das vom Sensor empfangene Signal errechnet werden. Somit können die Messeigenschaften des Sensors noch genauer ermittelt und überprüft werden; es können nämlich realistische Objekte, wie sie bei tatsächlichen Fahrszenarien auftreten, durch die Recheneinrichtung modelliert werden. Ein Objekt-Eingangsparameter kann zum Beispiel einen Streuquerschnitt des Objektes und/oder seine Größe und/oder seine geometrische Form beschreiben. Es ist somit möglich, die Amplitude desjenigen Signalanteils des reflektierten Signals zu errechnen, der in Richtung zum Kraftfahrzeug beziehungsweise in Richtung zum Sensor reflektiert wird.
Die Recheneinrichtung kann ergänzend oder alternativ zumindest eine Eingabe empfangen, über die ein Szenario-Eingangsparameter festgelegt wird, der eine Eigenschaft der relativen Bewegung des Kraftfahrzeugs relativ zum Objekt beschreibt und in dessen Abhängigkeit das empfangene Signal errechnet wird. Ein solcher Szenario-Eingangsparameter kann eine relative Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs relativ zum Objekt und/oder die jeweils augenblickliche Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs relativ zum Objekt beschreiben. Dann kann auch die jeweils augenblickliche Position des Sensors relativ zum Objekt und somit das empfangene Signal errechnet werden. Diese Ausführungsform hat auch den Vorteil, dass das Fahrszenario beziehungsweise die relative Bewegung des Kraftfahrzeugs bezüglich des Objekts beliebig modelliert werden können; es können zum Beispiel unterschiedliche Verläufe der relativen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bezüglich des Objekts sowie unterschiedlichste Verläufe der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs relativ zum Objekt über der Zeit simuliert werden.
Als Szenario-Eingangsparameter kann auch die Art der Umgebung festgelegt werden, in welcher sich das Signal vom Sensor zum Objekt und/oder vom Objekt zum Sensor ausbreitet. Zum Beispiel kann die Recheneinrichtung einen Wald und/oder ein Stadtgebiet und/oder eine freie Landschaft als Fahrzeugumgebung simulieren. Entsprechend der festgelegten Fahrzeugumgebung kann dann ein Ausbreitungskanal für das vom Sensor gesendete Signal errechnet werden. Somit können die Messeigenschaften des Sensors für unterschiedliche Umgebungsarten simulationstechnisch ermittelt werden
Ein erfindungsgemäßes Rechensystem umfasst eine Recheneinrichtung, die dazu ausgelegt ist, zumindest einzelne Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens auszuführen.
Die Erfindung umfasst auch ein – vorzugsweise auf einem Speichermedium gespeichertes – Computerprogramm, welches dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren oder eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens auszuführen, wenn es auf einer Recheneinrichtung, insbesondere einem Personalcomputer, ausgeführt wird.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Recheneinrichtung sowie für das erfindungsgemäße Computerprogramm.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen Kombinationen verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand einzelner bevorzugter Ausführungsbeispiele, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung ein durch eine Recheneinrichtung simuliertes Fahrszenario; anhand dessen ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird;
2 ein Flussdiagramm, anhand dessen eine Hauptschleife für den Verfahrensablauf näher erläutert wird; und
3 ein Flussdiagramm, anhand dessen eine Messschleife des Verfahrens für die Berechnung von Messeigenschaften eines Ultraschallsensors näher erläutert wird.
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Fahrszenario, welches durch eine Recheneinrichtung, zum Beispiel durch einen Personalcomputer, simulativ und virtuell erzeugt wird. Bei dem Fahrszenario werden die Messeigenschaften eines Ultraschallsensors 1 ermittelt. Der Ultraschallsensor 1 ist an einer linken Seitenflanke 2 eines Personenkraftwagens 3 angeordnet, nämlich im vorderen Bereich der Seitenflanke 2 beziehungsweise am linken Rande eines vorderen Stoßfängers. Bei der Simulation sind die Position des Ultraschallsensors 1 sowie seine Ausrichtung am Personenkraftwagen 3 vordefiniert. Sie können zum Beispiel Variablen sein, die eine Bedienperson der Recheneinrichtung vordefinieren kann; dann empfängt die Recheneinrichtung eine Eingabe, über die die Position sowie die Ausrichtung des Ultraschallsensors 1 am Personenkraftwagen 3 festgelegt werden. Auch die Form und die Abmessungen des Personenkraftwagens 3 sind bei der Simulation vorgegeben, es kann sich diesbezüglich zum Beispiel um ein Fahrzeugmodell eines bekannten Kraftfahrzeugs handeln.
Die Position und die Ausrichtung des Ultraschallsensors 1 am Personenkraftwagen 3 stellen Sensor-Eingangsparameter dar, die die Eigenschaften des Ultraschallsensors 1 betreffen. Weitere Sensor-Eingangsparameter, die als Variablen vordefiniert werden können, können zum Beispiel die Frequenz eines vom Ultraschallsensor 1 abgestrahlten Ultraschalls 4 und/oder eine Richtcharakteristik des Ultraschallsensors 1 sein.
Bei dem in 1 dargestellten Fahrszenario wird bei der Ermittlung der Messeigenschaften des Ultraschallsensors 1 der Personenkraftwagen 3 relativ zu einem Objekt 5 bewegt. Hier können unterschiedliche Vorgehensweisen sinnvoll sein, zum Beispiel kann nur der Personenkraftwagen 3 bezüglich des Objektes 5 bewegt werden oder es kann lediglich das Objekt 5 relativ zum Personenkraftwagen 3 bewegt werden oder es kann eine Bewegung von sowohl dem Personenkraftwagen 3 als auch dem Objekt 5 simuliert werden. Im Ausführungsbeispiel wird von einer Bewegung des Personenkraftwagens 3 ausgegangen, das Objekt 5 ist ein unbewegliches Objekt.
Als Variablen können auch weitere Eingangsparameter vordefiniert werden, wie insbesondere folgende Szenario-Eingangsparameter. Als Szenario-Eingangsparameter können ein zeitlicher Verlauf beziehungsweise Profil einer Geschwindigkeit v des Personenkraftwagens 3 sowie ein zeitlicher Verlauf der Fahrtrichtung des Personenkraftwagens 3 beziehungsweise eine Fahrbahn 6 vordefiniert werden. Die Fahrbahn 6 kann auch durch die Bedienperson der Recheneinrichtung in Echtzeit bestimmt werden, das heißt die Bedienperson kann mit Hilfe zum Beispiel einer Tastatur die jeweils aktuelle Fahrtrichtung des Personenkraftwagens 3 und bevorzugt auch seine jeweils aktuelle Geschwindigkeit v relativ zum Objekt 5 eingeben.
Bei dem in 1 gezeigten Fahrszenario können auch Objekt-Eingangsparameter als Variablen vordefiniert werden. Diesbezüglich seien beispielhaft ein Streuquerschnitt und/oder die Größe und/oder die geometrische Form des Objektes 5 genannt. Der Streuquerschnitt beschreibt dann die räumliche Verteilung der Energie eines vom Objekt 5 reflektierten Signals. Weitere Objekt-Eingangsparameter können zum Beispiel die Materialeigenschaften sein. Durch die Berücksichtigung von Objekt-Eingangsparametern bei der Ermittlung von Messeigenschaften des Ultraschallsensors 1 kann ein vom Objekt 5 reflektiertes Signal, insbesondere die räumliche Verteilung seiner Energie, besonders exakt errechnet werden.
In 1 sind schematisch drei Positionen des Personenkraftwagens 3 relativ zum Objekt 5 dargestellt. In einer ersten Position I befindet sich der Personenkraftwagen 3 zu einem ersten Zeitpunkt t₁. Zum Zeitpunkt t₁ sendet der Ultraschallsensor 1 den Ultraschall 4, nämlich entsprechend der Richtcharakteristik des Ultraschallsensors 1. Die Energie des abgestrahlten Ultraschalls 4 kann zum Beispiel normiert werden, das heißt die Energie kann in Hauptstrahlrichtung Eins betragen und in anderen Richtungen entsprechend der Richtcharakteristik kleiner als Eins sein. Zum Zeitpunkt t₁, zu welchem der Ultraschall 4 abgestrahlt wird, befindet sich der Ultraschallsensor 1 in einem Abstand R_S vom Objekt 5.
Zu einem weiteren Zeitpunkt t₂ befindet sich der Personenkraftwagen 3 in einer in 1 dargestellten weiteren Position II. Zum Zeitpunkt t₂ gelangt der abgestrahlte Ultraschall 4 zum Objekt 5 und wird reflektiert. Hier befindet sich der Ultraschallsensor 1 in einem Abstand R_R vom Objekt 5. Ein vom Objekt 5 reflektierter Ultraschall 7 wird abhängig von den Objekt-Eingangsparametern durch die Recheneinrichtung berechnet.
Zu einem weiteren Zeitpunkt t₃ befindet sich der Personenkraftwagen 3 in einer in 1 mit III bezeichneten Position relativ zum Objekt 5. Zum Zeitpunkt t₃ erreicht der reflektierte Ultraschall 7, und genauer gesagt ein vom Objekt 5 in Richtung des Ultraschallsensors 1 reflektierter Anteil des Ultraschalls 7, den Ultraschallsensor 1. Ein durch den Ultraschallsensor 1 empfangener Ultraschall beziehungsweise Empfangssignal wird abhängig von dem reflektierten Ultraschall 7, den Objekt-Parametern, wie auch der Richtcharakteristik des Ultraschallsensors 1 berechnet. Zum Zeitpunkt t₃ befindet sich der Ultraschallsensor 1 in einem Abstand R_E vom Objekt 5.
Bei der Simulation gemäß 1 wird eine endliche Signallaufzeit des Ultraschalls 4, 7 angenommen. Bei der Simulation wird eine Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls von 343 m/s angenommen. Abhängig von der Frequenz des abgestrahlten Ultraschalls 4 wird auch eine Freiraumdämpfung des Ausbreitungskanals errechnet, in deren Abhängigkeit das empfangene Signal zum Zeitpunkt t₃ berechnet wird. Zum Zeitpunkt t₃ in der Position III des Personenkraftwagens 3 berechnet die Recheneinrichtung die Amplitude beziehungsweise die Energie des empfangenen Ultraschalls. Wie im Gegenstand gemäß Druckschrift EP 1 464 984 A1 kann die errechnete Amplitude des Ultraschalls mit vorbestimmten Schwellwerten verglichen werden. Auf diese Art und Weise kann überprüft werden, ob der vom Objekt 5 reflektierte Ultraschall 7 noch in den Erfassungsbereich des Ultraschallsensors 1 trifft oder nicht. Somit können unterschiedlichste Positionen des Ultraschallsensors 1 am Personenkraftwagen 3 ausprobiert werden, ohne einen realen Ultraschallsensor 1 in ein reales Kraftfahrzeug 3 einbauen zu müssen.
Zum Zeitpunkt t₃ beziehungsweise in der Position III des Personenkraftwagens 3 kann durch die Recheneinrichtung auch eine relative Geschwindigkeit des Personenkraftwagens 3 und/oder seine Beschleunigung und/oder eine Entfernung des Ultraschallsensors 1 von dem Objekt 5 berechnet und mit der vorgegebenen Geschwindigkeit v beziehungsweise einer vorgegebenen Beschleunigung beziehungsweise der vorgegebenen Entfernung R_E verglichen werden. Somit können die Messeigenschaften des Ultraschallsensors 1 überprüft werden.
In 2 ist eine Hauptschleife eines Computerprogramms zur Erzeugung eines Fahrszenarios, wie zum Beispiel des Fahrszenarios gemäß 1, dargestellt. Die Hauptschleife wird am Beispiel des Computerprogramms „CarMaker” der Firma IPG erläutert, mit welchem unterschiedlichste Fahrszenarien simuliert werden können. Über eine Schnittstelle in dem Computerprogramm „CarMaker” kann die Simulation der Messeigenschaften des Ultraschallsensors 1 integriert werden.
Die Hauptschleife beginnt in einem ersten Schritt S1. In einem zweiten Schritt S2 werden die Eingangsparameter, wie zum Beispiel die Szenario-Eingangsparameter, die Objekt-Eingangsparameter sowie die Sensor-Eingangsparameter durch die Recheneinrichtung eingelesen und gespeichert. In einem Schritt S3 erfolgt eine Auswertung des Fahrmanövers auf der Grundlage der Eingangsparameter. Es wird im Schritt S3 das virtuelle Fahrszenario simuliert, und die relative Bewegung des Personenkraftwagens 3 relativ zum Objekt 5 wird modelliert. In einem Schritt S4 wird ein Fahrzeugmodell berechnet. In einem Schritt S5 wird eine Messschleife durchlaufen, in welcher die Messeigenschaften des Ultraschallsensors 1 ermittelt werden. Der Schritt S5 wird weiter unten Bezug nehmend auf 3 näher erläutert. Das Ausgeben von Ergebnissen und Daten erfolgt im Schritt S6. Die in 2 dargestellte Hauptschleife wird in Abhängigkeit von der geforderten Simulationsgenauigkeit der Schallausbreitung in einer Zeit von 100 μs bis 1 ms durchlaufen.
Bezug nehmend auf 3 wird nun die Messschleife gemäß Schritt S5 näher erläutert. Im Schritt S51 beginnt die Messschleife. In einem weiteren Schritt S52 wird ein Zähler Z der Hauptschleife um Eins erhöht. In einem weiteren Schritt S53 überprüft die Recheneinrichtung, ob der Ultraschallsensor 1 den Ultraschall 4 sendet oder nicht beziehungsweise ob der Zeitpunkt t₁ gegeben ist oder nicht – dies kann zum Beispiel durch die Bedienperson vorgegeben werden. Ist dies der Fall, so geht die Messschleife zu einem weiteren Schritt S54 über. Im Schritt S54 wird der Zeitpunkt t₁ dem Zähler Z gleich gesetzt. Außerdem berechnet die Recheneinrichtung im Schritt S54 den Zeitpunkt t₂, zu welchem der gesendete Ultraschall 4 zum Objekt 5 gelangt. Dies berechnet die Recheneinrichtung entsprechend der Gleichung:
Im Schritt S54 berechnet die Recheneinrichtung zusätzlich noch die Position des Ultraschallsensors 1 zum Zeitpunkt t₁. Diese Position errechnet die Recheneinrichtung aus dem Abstand R_S zum Objekt 5. Vom Schritt S54 geht die Messschleife zu einem Schritt S55 über. Zum Schritt S55 geht die Messschleife auch dann über, wenn die im Schritt S53 gestellte Frage verneint wird, das heißt wenn der Ultraschallsensor 1 momentan keinen Ultraschall 4 sendet.
Im Schritt S55 überprüft die Recheneinrichtung, ob der aktuelle Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 1 und dem Objekt 5 dem zurückgelegten Weg des reflektierten Ultraschalls 7 entspricht. Ist dies der Fall, so geht die Messschleife zu einem Schritt S56 über, in welchem ein vom Ultraschallsensor 1 empfangener Ultraschall berechnet und die Messeigenschaften des Ultraschallsensors 1 ermittelt werden. Zum Beispiel kann im Schritt S56 der Detektionsalgorithmus gemäß Druckschrift EP 1 464 984 A1 durchgeführt werden. Dann wird die Messschleife in einem Schritt S57 beendet. Die Schleife wird im Schritt S57 auch dann beendet, wenn die Frage aus dem Schritt S55 verneint wird.
Das oben beschriebene Verfahren zur Implementierung der Schalllaufzeit kann für jedes beliebige Fahrszenario verwendet werden. In Abhängigkeit der Anzahl der Sensoren und der Detektionsanalyse können somit recht umfangreiche Szenarien, bei welchen ein Fahrerassistenzsystem Verwendung findet, simulationstechnisch untersucht werden. Dieses Verfahren ist auch für jegliche Sensoren anwendbar, nämlich beispielsweise für Kameras, Radaren, Ultraschallsensoren oder ähnliches, die mit ähnlicher Signallaufzeit arbeiten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1464984 A1 [0002, 0005, 0013, 0037, 0043]
US 6096085 A [0003]

Claims

Verfahren zum simulativen Ermitteln von Messeigenschaften eines an einem virtuell modellierten Kraftfahrzeug (3) angeordneten virtuell modellierten Sensors (1) mittels einer Recheneinrichtung, wobei zumindest eine Eingabe durch die Recheneinrichtung empfangen wird, über welche ein Sensor-Eingangsparameter, der eine Eigenschaft des Sensors (1) beschreibt, festgelegt wird, und ein abhängig von dem Sensor-Eingangsparameter errechnetes Signal (4) durch den Sensor (1) gesendet wird, das von einem virtuell modellierten Objekt (5), das sich außerhalb des Kraftfahrzeugs (3) befindet, reflektiert wird, und wobei das reflektierte Signal (7) durch den Sensor (1) empfangen wird und abhängig von dem empfangenen Signal die Messeigenschaften des Sensors (1) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Messeigenschaften des Sensors (1) ein reales Fahrszenario durch die Recheneinrichtung virtuell simuliert wird, bei welchem das Kraftfahrzeug (3) zumindest zeitweise während einer Zeitdauer zwischen einem Zeitpunkt (t₁) des Sendens des Signals (4) und einem Zeitpunkt (t₃) des Empfangens des Signals (7) relativ zum Objekt (5) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (1) ein Ultraschallsensor virtuell modelliert wird, dessen Messeigenschaften simulativ ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt (t₃) des Empfangens des Signals (7) unter Berücksichtigung einer Ausbreitungsgeschwindigkeit und/oder einer Signallaufzeit des Signals (4, 7) durch die Recheneinrichtung errechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Messeigenschaften des Sensors (1) eine Amplitude des empfangenen Signals, insbesondere unter Berücksichtigung der Freiraumdämpfung, durch die Recheneinrichtung errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Recheneinrichtung überprüft wird, ob die errechnete Amplitude oberhalb eines Schwellwertes liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Messeigenschaften des Sensors (1) eine Entfernung des Objektes (5) vom Sensor (1) und/oder eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (3) relativ zum Objekt (5) abhängig von dem empfangenen Signal errechnet wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die zumindest eine Eingabe eine Position und/oder eine Ausrichtung des Sensors (1) am Kraftfahrzeug (3) als Sensor-Eingangsparameter festgelegt wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die zumindest eine Eingabe eine Richtcharakteristik des Sensors (1) als Sensor-Eingangsparameter festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die zumindest eine Eingabe die Art des Sensors (1), dessen Messeigenschaften ermittelt werden, und/oder eine Frequenz des gesendeten Signals (4) als Sensor-Eingangsparameter festgelegt wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Eingabe durch die Recheneinrichtung empfangen wird, über welche ein Objekt-Eingangsparameter festgelegt wird, der eine Eigenschaft des Objektes (5) beschreibt und in dessen Abhängigkeit das vom Objekt (5) reflektierte Signal (7) errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass über die Eingabe ein Streuquerschnitt des Objektes (5) und/oder seine Größe und/oder seine geometrische Form als Objekt-Eingangsparameter festgelegt wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Eingabe durch die Recheneinrichtung empfangen wird, über die ein Szenario-Eingangsparameter festgelegt wird, der eine Eigenschaft der relativen Bewegung des Kraftfahrzeugs (3) relativ zum Objekt (5) beschreibt und in dessen Abhängigkeit das empfangene Signal errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass über die zumindest eine Eingabe eine relative Geschwindigkeit (v) des Kraftfahrzeugs (3) relativ zum Objekt (5) und/oder die jeweils augenblickliche Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs (3) relativ zum Objekt (5) als Szenario-Eingangsparameter festgelegt wird/werden.
Rechensystem mit einer Recheneinrichtung, die dazu ausgelegt ist, zumindest einzelne Schritte eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.