DE102014118622A1 - Method for simulatively determining an interaction between a sensor of a motor vehicle and a virtual object in a virtual surrounding area of the motor vehicle and computing device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum simulativen Bestimmen einer Interaktion zwischen einem Sensor (S) eines Kraftfahrzeugs (F) und einem virtuellen Objekt (O, O1, O2, O3) in einem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs (F) mittels einer Recheneinrichtung, bei welchem in dem virtuellen Umgebungsbereich anhand einer Richtcharakteristik des Sensors (S) ein von dem Sensor (S) ausgesendetes Sensorsignal und das von dem Objekt (O, O1, O2, O3) virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt werden, wobei in dem virtuellen Umgebungsbereich ein Bezugspunkt (B) bestimmt wird, welcher eine Position des Sensors (S) beschreibt, anhand der Richtcharakteristik des Sensors (S) eine den Bezugspunkt (B) zumindest bereichsweise umgebende Hülle (1) definiert wird, auf der Hülle (1) zumindest ein Aufpunkt (P, Pn, Pn+1, Pn+2, Pn+3) für einen Richtungsvektor (k), welcher das ausgesendete Sensorsignal beschreibt, definiert wird und anhand des Bezugspunkts (B) und des Aufpunkts (P, Pn, Pn+1, Pn+2, Pn+3) der Richtungsvektor (k) bestimmt wird.The invention relates to a method for simulatively determining an interaction between a sensor (S) of a motor vehicle (F) and a virtual object (O, O1, O2, O3) in a virtual surrounding area of the motor vehicle (F) by means of a computing device, in which a sensor signal emitted by the sensor (S) and the sensor signal virtually reflected by the object (O, O1, O2, O3) are determined on the virtual surrounding area on the basis of a directional characteristic of the sensor (S), wherein a reference point (B) is generated in the virtual surrounding area is determined, which describes a position of the sensor (S), based on the directional characteristic of the sensor (S) a reference point (B) at least partially surrounding shell (1) is defined on the shell (1) at least one Aufpunkt (P, Pn , Pn + 1, Pn + 2, Pn + 3) for a direction vector (k) which describes the transmitted sensor signal, and is defined by the reference point (B) and the point of view (P, Pn, Pn + 1, Pn + 2 . Pn + 3) the direction vector (k) is determined.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum simulativen Bestimmen einer Interaktion zwischen einem Sensor eines Kraftfahrzeugs und einem virtuellen Objekt in einem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels einer Recheneinrichtung, bei welchem in dem virtuellen Umgebungsbereich anhand einer Richtcharakteristik des Sensors ein von dem Sensor ausgesendetes Sensorsignal und das von dem Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Recheneinrichtung. The present invention relates to a method for simulatively determining an interaction between a sensor of a motor vehicle and a virtual object in a virtual surrounding area of the motor vehicle by means of a computing device, in which in the virtual surrounding area based on a directional characteristic of the sensor emitted by the sensor sensor signal and of the object virtually reflected sensor signal can be determined. The invention also relates to a computing device.
Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Sensoren für Kraftfahrzeuge, mit denen Objekte bzw. Hindernisse in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden können. Solche Sensoren können beispielsweise Ultraschallsensoren, Laserscanner oder Radarsensoren sein. Die Sensoren können Teil eines Fahrerassistenzsystems sein, das den Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs unterstützt. Solche Fahrerassistenzsysteme können beispielsweise eine Einparkhilfe, ein Totwinkel-Assistent oder ein Abstandsregeltempomat sein. Es ist eine besondere Herausforderung, bereits bei der Konzeption bzw. 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 und Testfahrten durchgeführt werden müssen. In the present case, the interest is directed in particular to sensors for motor vehicles with which objects or obstacles in the surrounding area of the motor vehicle can be detected. Such sensors may be, for example, ultrasonic sensors, laser scanners or radar sensors. The sensors may be part of a driver assistance system that assists the driver in driving the motor vehicle. Such driver assistance systems can be, for example, a parking aid, a blind spot assistant or an adaptive cruise control. It is a particular challenge already during the design and development of driver assistance systems - if only one vehicle model and characteristics of the sensors are available - to determine the measuring properties of the sensors, without the sensors actually having to be installed in a motor vehicle and test drives performed.
Bei der Entwicklung der Sensoren bzw. der Fahrerassistenzsysteme werden entsprechende Simulationsprogramme genutzt, mit denen beispielsweise unterschiedliche Verkehrsszenarien untersucht werden können. Hierbei ist es bekannt, dass das zu fahrende Manöver simuliert wird. Dabei kann das Kraftfahrzeug entsprechend parametrisiert werden und die Sensoren, welche an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, können definiert werden. Ferner können die Position und die Orientierung von anderen Verkehrsteilnehmern, wie beispielsweise Fahrzeugen, Fahrrädern, Personen oder dergleichen, berücksichtigt werden. Auch die Ausgestaltung der Fahrbahn, wie beispielsweise die Breite, die Neigung und/oder das Vorhandensein eines Bordsteins, kann entsprechend rechentechnisch nachgebildet werden. Weiterhin können aktuell herrschende Umweltbedingungen, beispielsweise Tag, Nacht, Sonne, Regen oder dergleichen, die auf die Sensoren und die zu erfassenden Objekte wirken, innerhalb des verwendeten Simulationsprogramms definiert werden. Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Simulationsprogramme bzw. Fahrzeugmodellierungsprogramme beispielsweise mit einem HIL-Prüfstand (HIL – Hardware in the Loop) eingesetzt werden. In the development of the sensors or the driver assistance systems corresponding simulation programs are used with which, for example, different traffic scenarios can be examined. Here it is known that the maneuver to be driven is simulated. In this case, the motor vehicle can be parameterized accordingly and the sensors, which are arranged on the motor vehicle, can be defined. Further, the position and orientation of other road users, such as vehicles, bicycles, persons, or the like, may be taken into account. The design of the road, such as the width, inclination and / or the presence of a curb, can be simulated according to computer science. Furthermore, currently prevailing environmental conditions, such as day, night, sun, rain or the like, which act on the sensors and the objects to be detected, can be defined within the simulation program used. Furthermore, it is known from the prior art that the simulation programs or vehicle modeling programs are used, for example, with an HIL test stand (HIL - Hardware in the Loop).
Ein Verfahren zum Ermitteln eines Detektionsbereichs eines Sensors ist beispielsweise in der
Um beliebig gestaltete Objekte bzw. Hindernisse bereits in der Entwicklungsphase von Sensoren zuverlässig und genauer untersuchen zu können, schlägt die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie die Interaktion zwischen einem Sensor und einem virtuellen Objekt in einem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs genauer und zuverlässiger bestimmt werden kann. It is an object of the present invention to provide a solution as to how the interaction between a sensor and a virtual object in a virtual surrounding area of the motor vehicle can be determined more accurately and reliably.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie durch ein Rechensystem mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren. This object is achieved by a method and by a computing system having the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum simulativen Bestimmen einer Interaktion zwischen einem Sensor eines Kraftfahrzeugs und einem virtuellen Objekt in einem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels einer Recheneinrichtung. Dabei werden in dem virtuellen Umgebungsbereich anhand einer Richtcharakteristik des Sensors ein von dem Sensor ausgesendetes Sensorsignal und das an dem Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt. Zudem wird in dem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs ein Bezugspunkt bestimmt, welcher eine Position des Sensors beschreibt, anhand der Richtcharakteristik des Sensors wird eine den Bezugspunkt zumindest bereichsweise umgebende Hülle definiert. Ferner wird auf der Hülle zumindest ein Aufpunkt für einen Richtungsvektor, welcher das ausgesendete Sensorsignal beschreibt, definiert und anhand des Bezugspunkts und des Aufpunkts wird der Richtungsvektor bestimmt. An inventive method is used for simulatively determining an interaction between a sensor of a motor vehicle and a virtual object in a virtual environment of the motor vehicle by means of a computing device. In this case, a sensor signal emitted by the sensor and the sensor signal virtually reflected on the object are determined in the virtual environmental region on the basis of a directional characteristic of the sensor. In addition, in the virtual surrounding area of the motor vehicle, a reference point is determined which describes a position of the sensor, based on the directional characteristic of the sensor, a shell surrounding the reference point at least in regions is defined. Furthermore, at least one reference point for a direction vector which describes the emitted sensor signal is defined on the envelope, and the direction vector is determined on the basis of the reference point and the point of view.
Vorliegend soll die Interaktion zwischen dem Sensor des Kraftfahrzeugs und einem virtuellen Objekt simuliert werden. Das Objekt ist hierbei insbesondere virtuell modelliert. Das bedeutet, dass das Objekt mittels der Recheneinrichtung durch eine Simulation fiktiv gebildet wird. Vorliegend wird auch die Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder das Kraftfahrzeug selbst virtuell nachgebildet. So können beispielsweise unterschiedliche räumliche Anordnungen der Sensoren zu dem virtuellen Objekt untersucht werden. Ferner können beispielsweise unterschiedliche Abstände zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt simuliert werden. Weiterhin ist es denkbar, dass verschiedene Fahrszenarien untersucht werden. Hier kann beispielsweise ein auf dem Markt erhältliches Simulationsprogramm verwendet werden. Beispielsweise kann das dynamische Fahrzeugmodellierungsprogramm „CarMaker“ der Firma IPG verwendet werden. In the present case, the interaction between the sensor of the motor vehicle and a virtual object is to be simulated. The object is in this case in particular virtually modeled. This means that the object is formed by means of the computing device by a simulation fictitious. In the present case, the surroundings of the motor vehicle and / or the motor vehicle itself are also virtually simulated. For example, different spatial arrangements of the sensors to the virtual object can be examined. Furthermore, for example, different distances between the sensor and the virtual object can be simulated. Furthermore, it is conceivable that different driving scenarios are examined. For example, a simulation program available on the market can be used here. For example, the dynamic vehicle modeling program "CarMaker" from IPG can be used.
Der Sensor dient insbesondere dazu, ein Objekt in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Der Sensor kann auch dazu ausgebildet sein, einen Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt zu bestimmen. Ein solcher Sensor kann beispielsweise ein Ultraschallsensor, ein Laserscanner oder ein Radarsensor sein. Vorliegend wird das Sensorsignal bestimmt, welches von dem Sensor ausgesendet wird. Zum Bestimmen des ausgesendeten Sensorsignals wird die Richtcharakteristik des Sensors herangezogen. Die Richtcharakteristik beschreibt insbesondere mit welcher Intensität das Sensorsignal in Abhängigkeit von einem horizontalen Winkel und/oder einem vertikalen Winkel abgestrahlt wird. Die Richtcharakteristik kann auch die Intensität des Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Raumwinkel beschreiben. Die Richtcharakteristik beschreibt insbesondere eine räumliche beziehungsweise dreidimensionale Intensitätsverteilung des Sensorsignals. Dabei kann auch nur ein Teil des von dem Sensor ausgesendeten Sensorsignals bestimmt werden. Anhand des virtuellen Objekts kann nun das von dem virtuellen Objekt virtuell reflektiertes Sensorsignal bestimmt werden. Hierbei ist es denkbar, dass nur ein Teil des von dem virtuellen Objekt virtuell reflektierten Sensorsignals bestimmt wird. Das virtuelle Objekt kann insbesondere einen Verkehrsteilnehmer oder ein Hindernis in dem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs darstellen. Das Objekt kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug, ein Motorrad, ein Fahrrad, ein Fußgänger oder dergleichen darstellen. The sensor serves, in particular, to detect an object in an environmental region of the motor vehicle. The sensor may also be configured to determine a distance between the sensor and the object. Such a sensor may be, for example, an ultrasonic sensor, a laser scanner or a radar sensor. In the present case, the sensor signal which is emitted by the sensor is determined. For determining the emitted sensor signal, the directional characteristic of the sensor is used. The directional characteristic describes in particular with which intensity the sensor signal is radiated as a function of a horizontal angle and / or a vertical angle. The directional characteristic can also describe the intensity of the sensor signal as a function of a solid angle. In particular, the directional characteristic describes a spatial or three-dimensional intensity distribution of the sensor signal. In this case, only a part of the sensor signal emitted by the sensor can be determined. Based on the virtual object, the sensor signal virtually reflected by the virtual object can now be determined. It is conceivable that only a part of the sensor signal virtually reflected by the virtual object is determined. In particular, the virtual object may represent a road user or an obstacle in the virtual surrounding area of the motor vehicle. The object may be, for example, a motor vehicle, a motorcycle, a bicycle, a pedestrian or the like.
In dem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs wird ein Bezugspunkt definiert. Dieser Bezugspunkt kann beispielsweise die Position des Sensors bzw. einer Sendeeinrichtung des Sensors, welche das Sensorsignal aussendet, beschreiben. Darüber hinaus wird anhand der Richtcharakteristik des Sensors eine Hülle definiert, welche den Bezugspunkt zumindest bereichsweise umgibt. Die Hülle kann insbesondere die räumliche Erstreckung der Richtcharakteristik des Sensors beschreiben. Die Hülle kann also die Ausbreitung des Sensorsignals zu einem vorbestimmten Zeitpunkt räumlich abbilden. Dabei ist es auch denkbar, dass die Hülle die räumliche Erstreckung der Ausbreitung des Sensorsignals vereinfacht abbildet. Beispielsweise kann die Hülle die Form einer Halbkugel aufweisen. Auf der Hülle wird zumindest ein Aufpunkt definiert. Dabei kann es vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Aufpunkten auf der Oberfläche der Hülle definiert werden. Hierzu kann beispielsweise die Hülle mit einem entsprechenden Netz in eine Mehrzahl von Aufpunkten eingeteilt werden. Ferner wird ein Richtungsvektor definiert, der sich ausgehend von dem Aufpunkt erstreckt. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass mehrere Richtungsvektoren zu mehreren Aufpunkten auf der Hülle bestimmt werden. Mit dem zumindest einen Richtungsvektor kann nun das ausgesendete Sensorsignal beschrieben werden. Der zumindest eine Richtungsvektor kann rechentechnisch schnell verarbeitet werden und somit kann beispielsweise eine Interaktion zwischen dem Sensor bzw. dem ausgesendeten Sensorsignal und dem virtuellen Objekt innerhalb einer geringen Rechenzeit bestimmt werden. In the virtual environment of the motor vehicle, a reference point is defined. This reference point can, for example, describe the position of the sensor or a transmitting device of the sensor which transmits the sensor signal. In addition, based on the directivity of the sensor, a shell is defined, which surrounds the reference point at least partially. In particular, the envelope may describe the spatial extent of the directional characteristic of the sensor. The envelope can thus spatially map the propagation of the sensor signal at a predetermined time. It is also conceivable that the shell images the spatial extent of the propagation of the sensor signal in a simplified manner. For example, the shell may have the shape of a hemisphere. On the shell at least one point of definition is defined. It can be provided that a plurality of Aufpunkte be defined on the surface of the shell. For this purpose, for example, the envelope can be divided with a corresponding network into a plurality of Aufpunkte. Furthermore, a direction vector is defined which extends from the point of view. It can also be provided that a plurality of directional vectors are determined at several points on the envelope. With the at least one direction vector, the emitted sensor signal can now be described. The at least one direction vector can be processed computationally fast and thus, for example, an interaction between the sensor or the emitted sensor signal and the virtual object can be determined within a short computing time.
Bevorzugt wird dem bestimmte Richtungsvektor ein Signalpegel des ausgesendeten Sensorsignals zugeordnet. Die Hülle kann die Richtcharakteristik des Sensorsignals insbesondere dreidimensional beschreiben. Die Hülle beschreibt beispielsweise eine dreidimensionale Signalpegelverteilung des ausgesendeten Sensorsignals. Dabei kann jedem der Aufpunkte ein Signalpegel zugeordnet sein. Der Richtungsvektor kann neben der Richtungsinformation des ausgesendeten Signals auch eine Information zu dem Signalpegel des ausgesendeten Signals bzw. des Signalanteils des ausgesendeten Signals umfassen. Dabei kann der Richtungsvektor in seiner Länge normiert sein und dem Richtungsvektor kann eine entsprechende Information, welche den Signalpegel beschreibt, zugeordnet sein. Weiterhin ist es denkbar, dass die Länge des Richtungsvektors den Signalpegel beschreibt. Mit dem Richtungsvektor kann somit einerseits eine Information bezüglich der Richtung des ausgesendeten Sensorsignals und andererseits eine Information bezüglich des Signalpegels ausgesendeten Sensorsignals bereitgestellt werden. Preferably, the determined direction vector is assigned a signal level of the transmitted sensor signal. The envelope may describe the directional characteristic of the sensor signal in particular in three dimensions. The envelope describes, for example, a three-dimensional signal level distribution of the transmitted sensor signal. In this case, each of the Aufpunkte can be assigned a signal level. In addition to the direction information of the transmitted signal, the direction vector can also contain information about the signal level of the transmitted signal or the signal component of the transmitted signal Include signals. In this case, the direction vector can be standardized in its length and the direction vector can be associated with a corresponding information which describes the signal level. Furthermore, it is conceivable that the length of the direction vector describes the signal level. Thus, with the direction vector, on the one hand, information relating to the direction of the transmitted sensor signal and, on the other hand, information relating to the signal level can be provided.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der bestimmte Aufpunkt und/oder der bestimmte Richtungsvektor in eine Umgebungskarte eingetragen, welche den virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs abbildet. Die Umgebungskarte kann den Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs insbesondere maßstabsgetreu abbilden. Die Umgebungskarte kann den Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zweidimensional oder dreidimensional abbilden. In der Umgebungskarte kann das Kraftfahrzeug (Ego-Fahrzeug) sowie der Sensor, der an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, dargestellt sein. Zudem können weitere Sensoren des Kraftfahrzeugs in der Umgebungskarte dargestellt sein. Zudem ist in der Umgebungskarte insbesondere das virtuelle Objekt dargestellt. Mit Hilfe einer solchen Umgebungskarte kann der virtuelle Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zuverlässig nachgebildet werden. In a further embodiment, the particular point of view and / or the specific direction vector is entered in an area map which depicts the virtual surrounding area of the motor vehicle. The environment map can map the surrounding area of the motor vehicle in particular to scale. The environment map can map the surrounding area of the motor vehicle two-dimensionally or three-dimensionally. In the environment map, the motor vehicle (ego vehicle) and the sensor, which is arranged on the motor vehicle, be represented. In addition, further sensors of the motor vehicle can be shown in the environment map. In addition, the virtual map is shown in the environment map in particular. With the help of such an environment map, the virtual environment of the motor vehicle can be reliably replicated.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Simulationsschritten, wobei die Umgebungskarte nach jedem der Simulationsschritte aktualisiert wird. Das Verfahren, bei welchem die Interaktion zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt simuliert wird, kann in mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Simulationsschritte eingeteilt sein. Dabei kann in jedem der Simulationsschritte die relative Lage des Sensors bezüglich des Objekts untersucht werden. Ebenso kann die Ausbreitung des ausgesendeten Sensorsignals und/oder die Ausbreitung des von dem Objekt virtuell reflektierten Sensorsignals untersucht werden. Somit können auch dynamische Prozesse simulationstechnisch nachgebildet werden, bei denen der Sensor und das Objekt relativ zueinander bewegt werden. Nach dem Abschluss jedes der Simulationsschritte kann die Umgebungskarte aktualisiert werden. Mit anderen Worten werden die in dem jeweiligen Simulationsschritt berechneten Ergebnisse in die Umgebungskarte übertragen. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Umgebungskarte eine dynamische Simulation der Interaktion zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt ermöglicht werden. In a further embodiment, the method comprises a plurality of temporally successive simulation steps, wherein the environment map is updated after each of the simulation steps. The method, in which the interaction between the sensor and the virtual object is simulated, can be divided into several temporally successive simulation steps. In this case, in each of the simulation steps, the relative position of the sensor with respect to the object can be examined. Likewise, the propagation of the emitted sensor signal and / or the propagation of the sensor signal virtually reflected by the object can be examined. Thus, even dynamic processes can be modeled simulation-wise, in which the sensor and the object are moved relative to each other. After completing each of the simulation steps, the environment map can be updated. In other words, the results calculated in the respective simulation step are transferred to the environment map. In this way a dynamic simulation of the interaction between the sensor and the virtual object can be made possible with the help of the environment map.
Bevorzugt wird nach jedem der Simulationsschritte eine Position des Aufpunkts und/oder eine Richtung des Richtungsvektors aktualisiert. Durch die Anpassung der Position des Aufpunkts und/oder die Anpassung der Orientierung des Richtungsvektors kann in den zeitlich aufeinanderfolgenden Simulationsschritten modelliert werden, dass sich das ausgesendete Sensorsignal im Laufe der Zeit ausbreitet. Weiterhin kann durch das Anpassen der Position des Aufpunkts und/oder der Richtung des Richtungsvektors eine Bewegung des Sensors relativ zu dem Objekt simuliert werden. Somit kann insbesondere die Ausbreitung des Sensorsignals in Abhängigkeit von der Zeit einfach und zuverlässig simulationstechnisch nachgebildet werden. Preferably, after each of the simulation steps, a position of the point of view and / or a direction of the direction vector is updated. By adjusting the position of the point of view and / or adjusting the orientation of the direction vector, it can be modeled in the temporally successive simulation steps that the emitted sensor signal propagates over time. Furthermore, by adjusting the position of the point of view and / or the direction of the direction vector, a movement of the sensor relative to the object can be simulated. Thus, in particular, the propagation of the sensor signal as a function of time can be reproduced simply and reliably by simulation.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn anhand des Richtungsvektors und einer Position des Objekts in der Umgebungskarte ein Schnittpunkt und/oder ein Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor und dem Objekt bestimmt wird. In der Umgebungskarte sind der Richtungsvektor, welcher die Ausbreitung des Sensorsignals beschreibt, und das Objekt dargestellt. Somit kann auf einfache Weise ein Schnittpunkt zwischen dem Richtungsvektor und dem Objekt bestimmt werden. Weiterhin kann der Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor und dem Objekt bestimmt werden, wobei der Schnittwinkel insbesondere den räumlichen Winkel zwischen dem Richtungsvektor und einer vorbestimmten Fläche des Objekts beschreibt. Somit kann auf einfache Weise bestimmt werden, an welcher Stelle und/oder in welchem Winkel das ausgesendete Sensorsignal auf das virtuelle Objekt trifft. Furthermore, it is advantageous if, based on the direction vector and a position of the object in the environment map, an intersection point and / or an intersection angle between the direction vector and the object is determined. In the environment map, the direction vector describing the propagation of the sensor signal and the object are shown. Thus, an intersection between the direction vector and the object can be determined in a simple manner. Furthermore, the intersection angle between the direction vector and the object can be determined, wherein the intersection angle particularly describes the spatial angle between the direction vector and a predetermined surface of the object. It can thus be determined in a simple manner at which point and / or at which angle the emitted sensor signal hits the virtual object.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird für das Objekt eine Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften vorgegeben, welche jeweils eine Zuordnung zwischen dem auftreffenden ausgesendeten Sensorsignals und dem von dem Objekt virtuell reflektieren Sensorsignal beschreiben. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Außenkontur des Objekts bestimmt werden. Diese Außenkontur kann beispielsweise aus einem CAD-Modell (CAD – Computer Aided Design) gewonnen werden. Diese Außenkontur definiert also insbesondere die äußeren Abmessungen des Objekts. Ferner kann eine Objekthülle bestimmt werden, welche die Außenkontur des Objekts zumindest bereichsweise umgibt. Diese Objekthülle kann insbesondere eine dreidimensionale Form aufweisen. Beispielsweise kann die Objekthülle quaderförmig ausgebildet sein. Auf der Objekthülle können eine Mehrzahl von Eintrittsauftreffstellen definiert werden, welche mögliche Schnittpunkte des Richtungsvektors mit der Objekthülle beschreiben. Für jedes Eintrittsauftreffstellen und die dazugehörigen Einfallswinkeln kann eine Zuordnungsvorschrift definiert werden. Die Zuordnungsvorschrift beschreibt den Zusammenhang zwischen einem Richtungsvektor, der an der Eintrittsauftreffstelle unter einem Einfallswinkel auf die Hülle auftrifft und einem Richtungsvektor des virtuell reflektierten Sensorsignals, der aus der Hülle an einer Austrittsauftreffstelle unter einem Austrittswinkel austritt. Die Zuordnungsvorschrift beschreibt einerseits die räumliche Anordnung der Objekthülle zu der Außenkontur des Objekts. Andererseits kann die jeweilige Zuordnungsvorschrift die Ausbreitung des ausgesendeten Sensorsignals von der Objekthülle zu der Außenkontur und/oder die Reflexion des ausgesendeten Signals an der Außenkontur und/oder eine Ausbreitung des virtuell reflektierten Sensorsignals von der Außenkontur zu der Hülle beschreiben. Dabei können die Reflexionseigenschaften der Außenkontur bzw. von Konturstellen der Außenkontur berücksichtigt werden. Weiterhin kann die Dämpfung, insbesondere die Freiraum-Luftdämpfung, des ausgesendeten Sensorsignals bzw. des virtuell reflektierten Sensorsignals innerhalb der Objekthülle berücksichtigt werden. Die jeweiligen Zuordnungsvorschriften können beispielsweise in einem sogenannten Pre-Processing vor dem eigentlichen Simulationsverfahren bestimmt werden. In a preferred embodiment, a plurality of assignment specifications is specified for the object, which respectively describe an association between the incident transmitted sensor signal and the sensor signal virtually reflected by the object. For this purpose, for example, an outer contour of the object can be determined. This outer contour can be obtained, for example, from a CAD model (CAD - Computer Aided Design). This outer contour thus defines in particular the outer dimensions of the object. Furthermore, an object envelope can be determined which at least partially surrounds the outer contour of the object. This object envelope may in particular have a three-dimensional shape. For example, the object envelope may be cuboid. On the object envelope, a plurality of entry impingement points can be defined which describe possible intersections of the direction vector with the object envelope. An assignment rule can be defined for each entry impact location and the associated angles of incidence. The assignment rule describes the relationship between a directional vector impinging on the envelope at the entrance impact site at an angle of incidence, and a directional vector of the virtually reflected sensor signal exiting the envelope at an exit impingement point at an exit angle. The assignment rule on the one hand describes the spatial arrangement of the object shell to the outer contour of the object. On the other hand, the respective assignment rule can describe the propagation of the emitted sensor signal from the object envelope to the outer contour and / or the reflection of the transmitted signal on the outer contour and / or a propagation of the virtually reflected sensor signal from the outer contour to the envelope. In this case, the reflection properties of the outer contour or contour points of the outer contour can be taken into account. Furthermore, the attenuation, in particular the free-space air damping, of the emitted sensor signal or of the virtually reflected sensor signal within the object envelope can be taken into account. The respective assignment rules can be determined, for example, in a so-called pre-processing before the actual simulation method.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in Abhängigkeit von dem bestimmten Schnittpunkt und/oder Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor und dem Objekt eine Zuordnungsvorschrift aus der Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften ausgewählt wird und in Richtungsvektor des virtuell reflektierten Sensorsignals anhand der ausgewählten Zuordnungsvorschrift bestimmt wird. Wenn der Schnittpunkt und/oder der Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor und dem Objekt bzw. der Objekthülle bekannt ist, kann diejenige Zuordnungsvorschrift aus der Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften ausgewählt werden, welche dieser Eintrittsauftreffstelle und dem Einfallswinkel zugeordnet ist. Anhand der Zuordnungsvorschrift kann dann das reflektierte Sensorsignal und insbesondere ein Richtungsvektor des reflektierten Sensorsignals bestimmt werden. Da die Zuordnungsvorschriften lediglich ausgewählt werden müssen, kann das reflektierte Sensorsignal bzw. der Richtungsvektor des reflektierten Sensorsignals innerhalb einer geringen Rechenzeit, beispielsweise einer Millisekunde, bestimmt werden. Somit kann das virtuell reflektierte Sensorsignal insbesondere in Echtzeit bestimmt werden. Furthermore, it is advantageous if, depending on the specific intersection point and / or intersection angle between the direction vector and the object, an assignment rule is selected from the plurality of assignment rules and determined in the direction vector of the virtually reflected sensor signal on the basis of the selected assignment rule. If the point of intersection and / or the intersection angle between the direction vector and the object or the object envelope is known, that assignment rule can be selected from the plurality of assignment rules which are assigned to this entry point and the angle of incidence. Based on the assignment rule then the reflected sensor signal and in particular a direction vector of the reflected sensor signal can be determined. Since the assignment rules only have to be selected, the reflected sensor signal or the direction vector of the reflected sensor signal can be determined within a short computing time, for example one millisecond. Thus, the virtually reflected sensor signal can be determined in particular in real time.
In einer weiteren Ausgestaltung wird ein Schnittpunkt und/oder ein Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor des virtuell reflektierten Sensorsignals und dem Sensor bestimmt. Somit kann untersucht werden, ob das von dem Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal wieder auf den Sensor trifft und von diesem gegebenenfalls erfasst werden kann. Es kann auch untersucht werden, ob das virtuell reflektierte Sensorsignal zunächst auf eine Fahrbahnoberfläche trifft und von dieser wiederum reflektiert wird. Auf diese Weise können Mehrfachreflexionen des Sensorsignals bei der Simulation berücksichtigt werden. Wenn beispielsweise mehrere Sensoren, die an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, untersucht werden, kann überprüft werden, welcher der Sensoren ein reflektiertes Sensorsignal empfängt bzw. welcher der Sensoren das reflektierte Sensorsignal zuerst empfängt. In a further refinement, an intersection and / or a cutting angle between the direction vector of the virtually reflected sensor signal and the sensor is determined. Thus, it can be examined whether the sensor signal virtually reflected by the object hits the sensor again and can be detected by it if necessary. It can also be investigated whether the virtually reflected sensor signal initially strikes a road surface and is reflected by it in turn. In this way, multiple reflections of the sensor signal can be taken into account in the simulation. If, for example, several sensors arranged on the motor vehicle are examined, it can be checked which of the sensors receives a reflected sensor signal or which of the sensors first receives the reflected sensor signal.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Aufpunkt aus der Umgebungskarte gelöscht, falls ein Abstand zwischen dem Aufpunkt und dem Objekt einen vorbestimmten Mindestabstand unterschreitet. In die Umgebungskarte können mehrere Aufpunkte eingetragen sein, welche die Position des Aufpunkts zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw. nach dem Durchführen unterschiedlicher Simulationsschritte beschreibt. Wenn der Abstand zwischen dem Aufpunkt und dem Objekt einen Mindestabstand unterschreitet, kann dieser Aufpunkt aus der Umgebungskarte gelöscht werden. Dabei können Parameter, welche diesem gelöschten Aufpunkt zugeordnet sind, weiterverarbeitet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Aufpunkt aus der Umgebungskarte gelöscht wird, falls ein Abstand zwischen dem Aufpunkt und dem Sensor einen vorbestimmten Mindestabstand unterschreitet. Dies eignet sich insbesondere, wenn das von dem Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal bzw. der Richtungsvektor des virtuell reflektierten Sensorsignals untersucht wird. In a further embodiment of the Aufpunkt from the map is deleted if a distance between the Aufpunkt and the object falls below a predetermined minimum distance. In the environment map several Aufpunkte can be entered, which describes the position of the point at different times or after performing different simulation steps. If the distance between the point of view and the object falls below a minimum distance, this point can be deleted from the area map. In this case, parameters which are assigned to this deleted Aufpunkt be further processed. It can also be provided that a reference point is deleted from the environment map, if a distance between the receptor point and the sensor falls below a predetermined minimum distance. This is particularly suitable if the sensor signal virtually reflected by the object or the direction vector of the virtually reflected sensor signal is examined.
In einer Ausführungsform wird das Verfahren mit einem virtuellen Sensor durchgeführt, wobei zusätzlich eine Interaktion des virtuell reflektierten Sensorsignals mit dem virtuellen Sensor simulativ ermittelt wird. In diesem Fall wird nicht nur das Objekt, sondern auch der Sensor simulationstechnisch nachgebildet. Zudem kann anhand des virtuell reflektierten Sensors eine Interaktion zwischen dem virtuell reflektierten Sensorsignal und dem virtuellen Sensor bestimmt werden. Insbesondere kann simulativ bestimmt werden, ob und wie das reflektierte Sensorsignal auf den virtuellen Sensor auftrifft. Dabei können Auftreffwinkel und/oder die Energie des reflektierten Sensorsignals beim Auftreffen auf den virtuellen Sensor bestimmt werden. In one embodiment, the method is carried out with a virtual sensor, wherein additionally an interaction of the virtually reflected sensor signal with the virtual sensor is determined simulatively. In this case, not only the object, but also the sensor simulation model is simulated. In addition, based on the virtually reflected sensor, an interaction between the virtually reflected sensor signal and the virtual sensor can be determined. In particular, it can be determined simulatively whether and how the reflected sensor signal impinges on the virtual sensor. In this case, the angle of incidence and / or the energy of the reflected sensor signal can be determined when hitting the virtual sensor.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Verfahren mit einem realen Sensor durchgeführt, wobei ein Signalgeber in Abhängigkeit von dem virtuell reflektierten Sensorsignal zur Ausgabe eines realen reflektierten Sensorsignals für den realen Sensor angesteuert wird. In diesem Fall wird also ein realer Sensor verwendet, der mechanische und/oder elektrische Komponenten aufweisen kann. Mit dem realen Sensor kann ein reales Sensorsignal ausgesendet werden. Dieses reale Sensorsignal kann als Trigger für den Signalgeber verwendet werden. Ferner wird ein entsprechender Signalgeber verwendet, mit dem ein reflektiertes Sensorsignal nachgebildet werden kann. Anhand des virtuell reflektierten Sensorsignals kann bestimmt werden, welches reflektierte Sensorsignal der reale Sensor bei dem Vorhandensein eines realen Objekts empfangen würde. Ferner kann bestimmt werden zu welchem Zeitpunkt nach dem Aussenden des realen Sensorsignals der reale Sensor ein reales reflektiertes Sensorsignal empfangen würde. Dieses reale reflektierte Sensorsignal kann nun mit dem Signalgeber nachgebildet werden. Wenn der reale Sensor beispielsweise ein Ultraschallsensor ist, kann der Signalgeber eine entsprechende Ultraschallquelle sein, mit der das reflektierte Ultraschallsignal erzeugt werden kann. Somit kann das Verfahren beispielsweise in einen sogenannten Hardware-in-the-Loop-Prüfstand eingebunden werden. In a further embodiment, the method is carried out with a real sensor, wherein a signal generator is driven in response to the virtually reflected sensor signal for outputting a real reflected sensor signal for the real sensor. In this case, therefore, a real sensor is used, which may have mechanical and / or electrical components. With the real sensor, a real sensor signal can be sent out. This real sensor signal can be used as a trigger for the signal generator. Furthermore, a corresponding signal generator is used with which a reflected sensor signal can be simulated. Based on the virtually reflected sensor signal, it can be determined which reflected sensor signal the real sensor would receive in the presence of a real object. Furthermore, it can be determined at what time after the transmission of the real sensor signal real sensor would receive a real reflected sensor signal. This real reflected sensor signal can now be simulated with the signal generator. For example, if the real sensor is an ultrasonic sensor, the transducer may be a corresponding ultrasonic source capable of producing the reflected ultrasonic signal. Thus, the method can be incorporated, for example, in a so-called hardware-in-the-loop test bench.
Eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Die Recheneinrichtung kann beispielsweise ein Computer sein. Die Recheneinrichtung kann auch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs sein. A computing device according to the invention is designed to carry out a method according to the invention. The computing device may be, for example, a computer. The computing device can also be a control device of the motor vehicle.
Die Erfindung betrifft auch ein, vorzugsweise auf einem Speichermedium gespeichertes, Computerprogrammprodukt, welches dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, wenn es auf einer Recheneinrichtung, insbesondere einem Computer, ausgeführt wird. The invention also relates to a computer program product, preferably stored on a storage medium, which is designed to carry out a method according to the invention when it is executed on a computing device, in particular a computer.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen sowie deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Recheneinrichtung sowie für das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt. The preferred embodiments presented with reference to the method according to the invention and their advantages apply correspondingly to the computing device according to the invention and to the computer program product according to the invention.
Weitere Merkmale 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 anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. All features and combinations of features mentioned above in the description and the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the scope of the invention to leave. Thus, embodiments of the invention are to be regarded as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the figures, however, emerge and can be produced by separated combinations of features from the embodiments explained. Embodiments and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which thus do not have all the features of an originally formulated independent claim.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. The invention will now be described with reference to a preferred embodiment and with reference to the accompanying drawings.
Dabei zeigen: Showing:
Vorliegend soll die Interaktion zwischen einem Sensor S und einem virtuellen Objekt O in einem virtuellen Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs F simulativ bestimmt werden. Ein solcher Sensor S kann beispielsweise an dem Kraftfahrzeug F angeordnet sein. Der Sensor S ist insbesondere dazu ausgebildet, das Objekt O in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs F zu erfassen. Ein solcher Sensor S kann beispielsweise ein Ultraschallsensor, ein Radarsensor oder ein Laserscanner sein. Vorliegend wird also in einem Simulationsverfahren das von dem Sensor S ausgesendete Sensorsignal und das von dem virtuellen Objekt O virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt. In the present case, the interaction between a sensor S and a virtual object O in a virtual surrounding area of a motor vehicle F is to be determined simulatively. Such a sensor S can be arranged, for example, on the motor vehicle F. The sensor S is in particular designed to detect the object O in the surrounding area of the motor vehicle F. Such a sensor S may be, for example, an ultrasonic sensor, a radar sensor or a laser scanner. In the present case, therefore, the sensor signal emitted by the sensor S and the sensor signal virtually reflected by the virtual object O are determined in a simulation method.
Bei Fahrzeugsimulationsprogrammen gemäß dem Stand der Technik findet in jedem Simulationsschritt eine Überprüfung statt, ob das Objekt O von dem Sensor S detektiert wird. Es wird dabei angenommen, dass während eines Simulationsschrittes das Sensorsignal sowohl ausgesendet wird als auch ein virtuell reflektierte Sensorsignal empfangen wird. Bei realen Anwendungen des Sensors S treten aber üblicherweise Mehrfachreflexionen des ausgesendeten Sensorsignals bzw. des reflektierten Sensorsignals auf. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Sensor S als Ultraschallsensor ausgebildet ist und zur Parklückenvermessung eingesetzt wird. Um derartige Situationen bzw. Mehrfachreflexionen simulationstechnisch nachbilden zu können, wird ein Verfahren benötigt, das die Wellenausbreitung mit den Mehrfachreflexionen an Objekten O berücksichtigt. Ein solches Verfahren wird nachfolgend vorgestellt. In vehicle simulation programs according to the prior art, a check takes place in each simulation step as to whether the object O is detected by the sensor S. It is assumed that during a simulation step, the sensor signal is both transmitted and a virtually reflected sensor signal is received. In real applications of the sensor S, however, multiple reflections of the emitted sensor signal or of the reflected sensor signal usually occur. This is for example the case when the sensor S is designed as an ultrasonic sensor and is used for parking space measurement. In order to be able to simulate such situations or multiple reflections by simulation, a method is needed that takes into account the wave propagation with the multiple reflections on objects O. Such a method is presented below.
Dabei ist der normierte Richtungsvektor k in einem Sensorkoordinatensystem beschrieben. Dieser Parameterdatensatz wird bei dem Start einer Simulation in ein Fahrzeugsimulationsprogramm, beispielsweise in das Programm „CarMaker“ der Firma IPG, importiert. In einem Block II des Prüfstands
In dem Block IV des Prüfstands werden die Aufpunkte P und die Richtungsvektoren k in eine Umgebungskarte
In dem Block V des Prüfstands wird nun in einem Teilblock
In einem Block VI wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
In den Blöcken VII und VIII wird bei dem Fall gemäß
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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