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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 ein von dem Sensor ausgesendetes Sensorsignal bestimmt wird, eine Außenkontur des Objekts definiert wird und anhand von dem ausgesendeten Sensorsignal und der definierten Außenkontur das von dem Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Recheneinrichtung.
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Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Sensoren für Kraftfahrzeuge, mit denen Objekten beziehungsweise 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 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 und Testfahrten durchgeführt werden müssen.
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Bei der Entwicklung der Sensoren beziehungsweise 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 Ausgestaltungen 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.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei solchen Simulationen für Fahrerassistenzsysteme die virtuellen Objekte beziehungsweise Hindernis in dem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs durch skalierbare Quader oder durch frei definierbare Quaderabschnitte zu beschreiben. Dabei ist es weiterhin bekannt, dass diesen stark vereinfacht dargestellten virtuellen Objekten zur visuellen Darstellung eine entsprechende Markierung hinzugefügt wird, welche dazu dient, die verschiedenen Objekte beziehungsweise verschiedenen Verkehrsteilnehmer voneinander zu unterscheiden. Als nachteilig an bekannten Simulationsverfahren ist der Aspekt anzusehen, dass die virtuelle Beschreibung der Objekte beziehungsweise Hindernis oft zu ungenau ist. Beispielsweise kann ein Empfangsschallpegel eines Ultraschallsensors nur ungenau nachgebildet werden, da bei bestehenden Simulationsprogrammen beispielsweise keine Wellendämpfungseigenschaften oder Mehrfachreflexionen an dem Hindernis berücksichtigt werden.
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Ein Verfahren zum Ermitteln eines Detektionsbereichs eines Sensors ist beispielsweise in der
DE 103 14 129 A1 beschrieben. Hierbei wird der Detektionsbereich eines in einem Kraftfahrzeug eingebauten Sensors simuliert. Dabei werden Amplitudenwerte von empfangenen Signalen berechnet, die ein Ultraschallsensor als Reflexionen von Strahlung an einem Normkörper empfangen würde, wenn sich der Normkörper an verschiedenen Positionen im Strahlungsbereich des Ultraschallsensors befindet und dort von dem Ultraschallsensor abgestrahlt werden würde. Zudem wird festgestellt, für welche 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.
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Um beliebig gestaltete Objekte beziehungsweise Hindernisse bereits in der Entwicklungsphase von Sensoren zuverlässig und genauer untersuchen zu können, schlägt die
DE 10 2011 015 094 A1 vor, bei einem Verfahren zum simulativen Ermitteln von Messeigenschaften eines virtuell modellierten Sensors einen Bereich einer Oberfläche des Objekts durch die Recheneinrichtung in eine Vielzahl von Flächensegmenten zu unterteilen. Die Flächensegmente werden dann durch einen dreidimensionalen, gewölbten Oberflächenbereich einer geometrischen Form mit einem bekannten Reflexionsfaktor modelliert beziehungsweise angenähert. Anhand jedes der Flächensegmente kann dann ein an diesem Flächensegment auftretender Signalanteil des Sendesignals berechnet werden. Das Empfangssignal wird als Summe von an den jeweiligen Oberflächenbereichen reflektierten Signalanteilen berechnet. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass die Position des Objekts relativ zum Kraftfahrzeug vorgegeben wird, so dass das jeweilige Empfangssignal für unterschiedliche Positionen des Objekts ausgewertet und somit der Detektionsbereich des Sensors simulationstechnisch ermittelt werden kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie die Interaktion zwischen einem Sensor und einem virtuellen Objekt in einem virtuellen Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs genauer und innerhalb einer kürzeren Rechenzeit bestimmt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie durch eine Recheneinrichtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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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 wird ein von dem Sensor ausgesendetes Sensorsignal bestimmt, eine Außenkontur des Objekts wird definiert und anhand von dem ausgesendeten Sensorsignal und der definierten Außenkontur wird das von dem Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt. Darüber hinaus wird eine die Außenkontur zumindest bereichsweise umgebende Hülle bestimmt und eine Zuordnungsvorschrift, welche eine Positionszuordnung zwischen der Außenkontur und der Hülle beschreibt, wird bestimmt. Ferner wird eine Eintrittsauftreffstelle des Sensorsignals auf der Hülle bestimmt und anhand der Eintrittsauftreffstelle und der Zuordnungsvorschrift wird eine Austrittsauftreffstelle des von der Außenkontur virtuell reflektierten Sensorsignals auf der Hülle bestimmt.
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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 virtuell nachgebildet. So können beispielsweise unterschiedliche räumliche Anordnungen des Sensors 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. Hierzu kann beispielsweise ein auf dem Markt erhältliches Simulationsprogramm verwendet werden. Beispielsweise kann das dynamische Fahrzeugmodellierungsprogramm „CarMaker“ der Firma IPG verwendet werden.
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Der Sensor dient insbesondere dazu, ein Objekt in dem 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. Dabei kann auch nur ein Teil des von dem Sensor ausgesendeten Sensorsignals bestimmt werden. Anhand des virtuellen Objekts soll nun das von dem virtuellen Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt werden. Auch hierbei ist es denkbar, dass nur ein Teil des von dem virtuellen Objekt virtuell reflektierten Sensorsignals bestimmt wird. Das virtuelle Objekt kann insbesondere einen weiteren Verkehrsteilnehmer oder ein Hindernis in dem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs darstellen. Das Objekt kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug, ein Motorrad, ein Fahrrad, einen Fußgänger oder dergleichen darstellen. Von dem Objekt wird eine Außenkontur definiert. Diese kann beispielsweise aus einem CAD-Modell (CAD – Computer Aided Design) gewonnen werden. Die Außenkontur kann auch durch dreidimensionale Körper, beispielsweise Kugeln, Zylinder oder Quader, angenähert werden. Die Außenkontur definiert also insbesondere die äußeren Abmessungen des Objekts.
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Ferner wird eine Hülle bestimmt, welche die Außenkontur des Objekts zumindest bereichsweise umgibt. Die Hülle kann also eine dreidimensionale Form aufweisen. Beispielsweise ist die Hülle quaderförmig ausgebildet. Darüber hinaus wird eine Zuordnungsvorschrift bestimmt, welche eine Positionszuordnung zwischen der Außenkontur und der Hülle beschreibt. Die Positionszuordnung beschreibt also insbesondere die relative Lage der Hülle zu der Außenkontur des Objekts. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass die Außenkontur beispielsweise durch ein entsprechendes Netz in eine Mehrzahl von Konturstellen eingeteilt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Hülle ebenfalls in eine Mehrzahl von Teilelementen beziehungsweise Teilwänden eingeteilt werden. Dabei kann eine Positionszuordnung von einem Teilelement der Hülle zu einem oder mehreren Konturstellen der Außenkontur und umgekehrt bestimmt werden. Darüber hinaus wird eine Eintrittsauftreffstelle des ausgesendeten Sensorsignals auf der Hülle bestimmt. Anhand der Ausbreitung des ausgesendeten Sensorsignals oder eines Teils davon kann bestimmt werden, auf welchen Teil beziehungsweise auf welche Stelle der Hülle das ausgesendete Sendesignal auftrifft. Anhand dieser Eintrittsauftreffstelle und der Zuordnungsvorschrift kann eine Austrittsauftreffstelle auf der Hülle bestimmt werden. Die Austrittsauftreffstelle beschreibt den Bereich beziehungsweise die Stelle der Außenkontur, durch welche das von der Außenkontur virtuell reflektierte Sensorsignal wieder aus der Hülle austritt. Mit Hilfe der Zuordnungsvorschrift kann nun auf einfache Weise nach Bestimmen der Eintrittsauftreffstelle die Austrittsauftreffstelle bestimmt werden. Die Hülle kann insbesondere so gestaltet sein, dass deren Interaktion mit dem ausgesendeten Sensorsignal und dem virtuell reflektierten Sensorsignal einfach zu berechnen ist. Im Vergleich zu einem vereinfachten virtuellen Objekt, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird erfindungsgemäß zusätzlich die Geometrie des Objekts durch die Außenkontur bereitgestellt. Anhand der Zuordnungsvorschrift, welche die Lagebeziehung zwischen der Außenkontur und der Hülle beschreibt, kann zudem das virtuell reflektierte Signal präzise ermittelt werden.
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Bevorzugt ist für eine Mehrzahl von Eintrittsauftreffstellen auf der Hülle jeweils eine Zuordnungsvorschrift vorgegeben und die Zuordnungsvorschrift für die Eintrittsauftreffstelle des ausgesendeten Sensorsignals wird aus der Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften ausgewählt. Auf der Hülle kann also eine Mehrzahl von Eintrittsauftreffstellen vorgegeben werden. Diese Eintrittsauftreffstellen können beispielsweise vorbestimmte Punkte auf der Hülle sein. Die Eintrittsauftreffstellen können auch vorbestimmte Teilelemente beziehungsweise Teilwände der Hülle sein. Für jede der Eintrittsauftreffstellen wird zumindest eine Zuordnungsvorschrift bestimmt. Diese Zuordnungsvorschrift kann beispielsweise im Vorfeld des eigentlichen Simulationsverfahrens bestimmt werden. Insbesondere kann die Zuordnungsvorschrift für jede der Eintrittsauftreffstellen im sogenannten Pre-Processing bestimmt werden. Dies hat den Vorteil, dass während des eigentlichen Simulationsverfahrens lediglich die Eintrittsauftreffstelle für das ausgesendete Sensorsignal bestimmt werden muss. Zu der bestimmten Eintrittsauftreffstelle kann dann die zugehörige Zuordnungsvorschrift aus einer Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften ausgewählt werden. Die Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften kann beispielsweise auf einem entsprechenden Speichermedium hinterlegt sein. Somit kann die Interaktion zwischen dem Sensor und dem virtuellen Modell mit einer geringeren Rechenzeit ermittelt werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn für eine Mehrzahl von Eintrittsauftreffstellen jeweils eine Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften für verschiedene Einfallswinkel zwischen dem ausgesendeten Sensorsignal und der Hülle vorgegeben ist, der Einfallswinkel des ausgesendeten Sensorsignals bestimmt wird und die Zuordnungsvorschrift für den bestimmten Einfallswinkel aus der Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften ausgewählt wird. Je nachdem, unter welchem Winkel das ausgesendete Sensorsignal auf die Hülle auftrifft, ergibt sich innerhalb der Hülle ein anderer Verlauf des ausgesendeten Sensorsignals. Daher kann für eine vorbestimmte Anzahl von Einfallswinkeln für das ausgesendete Sensorsignal jeweils eine Zuordnungsvorschrift bestimmt werden. Der Einfallswinkel beschreibt insbesondere den Raumwinkel zwischen dem ausgesendeten Sensorsignal und der Hülle an der Eintrittsauftreffstelle. Somit werden nicht nur Zuordnungsvorschriften für eine Mehrzahl von Eintrittsauftreffstellen auf der Hülle sondern auch für jede der Eintrittsauftreffstellen mehrere Zuordnungsvorschriften für unterschiedliche Einfallswinkel bestimmt. Hierzu kann ein vorbestimmter Einfallswinkelbereich vorgegeben werden, für den die Zuordnungsvorschriften bestimmt werden. In diesem Einfallswinkelbereich kann auch eine Auflösung für die Einfallswinkel vorgegeben sein. Wenn zusätzlich zu der Eintrittsauftreffstelle des ausgesendeten Sensorsignals auch der Einfallswinkel des ausgesendeten Sensorsignals an der Eintrittsauftreffstelle bestimmt wird, kann somit für dieses ausgesendete Sensorsignal die Zuordnungsvorschrift aus der Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften ausgewählt werden. Somit kann für unterschiedliche ausgesendete Sensorsignale beziehungsweise unterschiedliche Anordnungen des Sensors zu dem virtuellen Objekt durch eine einfache Auswahl der jeweiligen Zuordnungsvorschrift die Interaktion zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt bestimmt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften jeweils einen Ausfallswinkel zwischen dem virtuell reflektierten Sensorsignal und der Hülle beschreibt. Insbesondere beschreibt die Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften jeweils den Ausfallswinkel zwischen dem virtuell reflektierten Sensorsignal und der Hülle an der Austrittsauftreffstelle. Insbesondere beschreiben die Ausfallswinkel einen Raumwinkel zwischen dem virtuell reflektierten Sensorsignal und der Hülle an der Austrittsauftreffstelle. Jede der Zuordnungsvorschriften beschreibt also insbesondere den Zusammenhang zwischen dem Einfallswinkel des ausgesendeten Sensorsignals an der Eintrittsauftreffstelle der Hülle und dem Ausfallswinkel des virtuell reflektierten Sensorsignals an der Austrittsauftreffstelle an der Hülle. Während des eigentlichen Simulationsprogramms, in dem die Interaktion zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt simuliert wird, müssen also nur die Eintrittsauftreffstelle auf der Hülle und der Einfallswinkel bestimmt werden. Daraufhin kann die zugehörige Zuordnungsvorschrift aus der Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften ausgewählt werden. Die Zuordnungsvorschriften können beispielsweise in Form einer Look-up-Tabelle vorliegen. Ferner können die Zuordnungsvorschriften als Funktionen vorliegen, welche jeweils eine Zuordnung des Einfallswinkels an der Eintrittsauftreffstelle zu einem Ausfallswinkel an der Austrittsauftreffstelle beschreiben. Diese Auswahl der zugehörigen Zuordnungsvorschrift ist innerhalb einer kurzen Rechenzeit möglich. Aus der ausgewählten Zuordnungsvorschrift können dann die Austrittsauftreffstelle und der dazugehörige Ausfallswinkel bestimmt werden. Somit muss die eigentliche Reflexion des ausgesendeten Sensorsignals an der Außenkontur des virtuellen Objekts nicht mehr während der eigentlichen Simulation berechnet werden. Damit kann deutlich Rechenzeit eingespart werden. Beispielsweise kann die eigentliche Simulation beziehungsweise Simulationsschritte innerhalb einer vorbestimmten Rechenzeit, beispielsweise innerhalb einer Millisekunde, durchgeführt werden. Auf diese Weise kann die Simulation quasi in Echtzeit durchgeführt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung beschreibt die Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften jeweils eine virtuelle Ausbreitung des ausgesendeten Sensorsignals von der Eintrittsauftreffstelle zu einer Konturstelle der Außenkontur und/oder eine virtuelle Reflexion des Sensorsignals an der Konturstelle und/oder eine Ausbreitung des virtuell reflektierten Sensorsignals von der Konturstelle zu der Austrittsauftreffstelle. Die Zuordnungsvorschrift kann also einerseits die Ausbreitung des ausgesendeten Sensorsignals und/oder die Ausbreitung des virtuell reflektierten Sensorsignals innerhalb der Hülle beschreiben. Hierbei können beispielsweise die Freiraum-Luftdämpfung oder sonstige Dämpfungseigenschaften, welche die Ausbreitung des ausgesendeten Sensorsignals beziehungsweise des virtuell reflektierten Sensorsignals beschreiben, berücksichtigt werden. Die Zuordnungsvorschriften können durch entsprechende Funktionen bereitgestellt werden, welche die Dämpfung des ausgesendeten Sensorsignals an der Eintrittsauftreffstelle für unterschiedliche Einfallswinkel beschreiben. Zudem kann die eigentliche Reflexion des ausgesendeten Sensorsignals an einer Konturstelle der Außenkontur durch die Zuordnungsvorschrift beschrieben sein. Hierzu können jeder der Konturstellen entsprechende Reflexionseigenschaften zugeordnet sein. Beispielsweise kann die Reflexionsdämpfung unter Berücksichtigung von Materialeigenschaften bei der Berechnung der Reflexion verwendet werden. Ebenso können der Einfallswinkel auf die Konturstelle und/oder der Austrittswinkel des reflektierten Sensorsignals von der Konturstelle berücksichtigt werden. Weiterhin können die Dispersion oder etwaige Interferenzen berücksichtigt werden. Somit können die jeweiligen Zuordnungsvorschriften den Verlauf des ausgesendeten Sensorsignals und des virtuelle reflektierten Sensorsignals innerhalb der Hülle vollständig beschreiben.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass zumindest eine Zuordnungsvorschrift der Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften die virtuelle Reflexion des ausgesendeten Sensorsignals an einer ersten Konturstelle der Außenkontur und eine Reflexion des an der ersten Konturstelle reflektierten Sensorsignals an einer zweiten Konturstelle beschreibt. Zumindest eine oder mehrere der Zuordnungsvorschriften können also den Fall beschreiben, dass das ausgesendete Sensorsignal zunächst an einer Konturstelle der Außenkontur reflektiert wird und anschließend dieses reflektierte Sensorsignal an einer weiteren Konturstelle reflektiert wird. In diesem Fall wird also das Sensorsignal mehrfach an der Außenkontur des Objekts reflektiert. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass die Hülle beispielsweise zusätzlich zu dem Objekt beziehungsweise der Außenkontur des Objekts einen Teil der Fahrbahnoberfläche, auf welchem sich das Objekt befindet, einschließt. Auf diese Weise können zudem Mehrfachreflexionen des Sensorsignals berücksichtigt werden. Beispielsweise können eine oder mehrere Zuordnungsvorschriften den Fall beschreiben, dass das Sensorsignal zunächst an der Außenkontur reflektiert wird und anschließend von der Fahrbahnoberfläche wieder reflektiert wird. Somit können zusätzlich Mehrfachreflexionen des Sensorsignals berücksichtigt werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Hülle in eine Mehrzahl von Teilelementen unterteilt wird und die Eintrittsauftreffstelle und/oder die Austrittsauftreffstelle jeweils einem Teilelement der Mehrzahl von Teilelementen zugeordnet wird. Die Hülle kann beispielsweise mittels eines entsprechenden Gitters in eine Mehrzahl von Teilelementen beziehungsweise Teilwänden eingeteilt werden. Jedem dieser Teilelemente kann beispielsweise eine Eintrittsauftreffstelle und/oder eine Austrittsauftreffstelle zugeordnet werden. So kann beispielsweise während der Simulation bestimmt werden, auf welches der Teilelemente das ausgesendete Sensorsignal auftrifft und unter welchem Einfallswinkel das ausgesendete Sensorsignal auf das Teilelement auftrifft. Anhand der Auswahl der Zuordnungsvorschrift für dieses Teilelement und für diesen Einfallswinkel kann dann bestimmt werden, aus welchem der Teilelemente das virtuell reflektierte Sensorsignal wieder aus der Hülle austritt. Zudem kann bestimmt werden, unter welchem Winkel das virtuell reflektierte Sensorsignal aus diesem Teilelement austritt. Auf diese Weise kann die Rechenzeit bei dem simulativen Ermitteln der Interaktion zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt deutlich verkürzt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird das von dem Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal in mehreren zeitlich aufeinander folgenden Simulationsschritten bestimmt. Bei dem simulativen Bestimmen der Interaktion zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt kann der Fall berücksichtig werden, dass der Sensor und das virtuelle Objekt statisch sind. In diesem Fall bewegen sich der Sensor und das virtuelle Objekt nicht relativ zueinander. Es kann aber auch der Fall simuliert werden, bei welchem der Sensor, der beispielsweise an einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, oder das virtuelle Objekt in dem virtuellen Umgebungsbereich bewegt wird. Es kann auch der Fall sein, dass sowohl der Sensor als auch das virtuelle Objekt bewegt werden. Bei solchen dynamischen Simulationen können mehrere Simulationsschritte vorgesehen sein. Durch die Verwendung der Hülle, welche die Außenkontur des virtuellen Objekts umgibt und der jeweiligen Zuordnungsvorschrift können die einzelnen Simulationsschritte gegebenenfalls in Echtzeit durchgeführt werden. Somit können auch dynamische Fahrsituationen mit einer geringen Rechenzeit simuliert werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zeitlich aufeinanderfolgenden Simulationsschritte für unterschiedliche Relativpositionen zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt durchgeführt werden. Hierbei kann beispielsweise während des simulativen Bestimmens der Interaktion zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt berücksichtigt werden, dass eine Relativbewegung zwischen dem Sensor und dem Objekt vorliegt. Hierbei kann zwischen einzelnen Simulationsschritten die relative Lage zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt verändert werden. Beispielsweise kann der Abstand zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt verändert werden. Ebenso kann eine Ausrichtung beziehungsweise Orientierung zwischen dem Sensor und dem Objekt verändert werden. Hier kann beispielsweise das virtuelle Objekt beziehungsweise die Außenkontur samt der dazugehörigen Hülle verschoben und/oder gedreht werden. Ebenso kann der Sensor beziehungsweise das Kraftfahrzeug, an welchem der Sensor angeordnet ist, zwischen den Simulationsschritten verschoben und/oder gedreht werden. Somit können auf einfache Weise unterschiedliche Fahrsituationen simulationstechnisch nachgebildet werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden die zeitlich aufeinander folgenden Simulationsschritte mit zumindest einem weiteren virtuellen Objekt durchgeführt. Hierzu können beispielsweise entsprechende virtuelle Objekte verwendet werden, welche das Objekt in unterschiedlichen Ausrichtungen beschreiben. Weiterhin können die unterschiedlichen virtuellen Objekte verschiedene Bewegungsphasen des Objekts darstellen. Es können also mehrere virtuelle Objekte bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann die Bewegung des Objekts nachgebildet werden. Dies eignet sich insbesondere, wenn das Objekt beispielsweise ein Fußgänger ist, der bei seiner Bewegung unterschiedliche Körperhaltungen annimmt. Dabei kann jedes der Objekte eine unterschiedliche Körperhaltung des Fußgängers darstellen. Dies kann auch für Objekte gelten, welche eine Person beschreiben, die sich auf einem Zweirad befindet. Somit können insbesondere Lebewesen, beispielsweise Personen und/oder Tiere, die sich in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs befinden und welche mit dem Sensor erfasst werden, simulationstechnisch nachgebildet werden.
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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 Sensors simulationstechnisch nachgebildet. Dabei kann die Ausbreitung des ausgesendeten Sensorsignals mit einer entsprechenden Richtcharakteristik nachgebildet werden. Es kann beispielsweise eine zweidimensionale oder eine dreidimensionale Richtcharakteristik berücksichtigt werden. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass anhand der Richtcharakteristik entsprechende Teilsignale beziehungsweise Strahlen bestimmt werden, welche das ausgesendete Sensorsignal beschreiben. Zudem kann anhand des virtuell reflektierten Sensorsignals, das anhand des virtuellen Objekts und der Zuordnungsvorschriften bestimmt wird, eine Interaktion zwischen dem virtuell reflektierten Sensorsignal und dem virtuellen Sensor bestimmt werden. Somit kann simulativ bestimmt werden, wie das reflektierte Sensorsignal auf den virtuellen Sensor auftrifft. Dabei können der Auftreffwinkel und/oder die Energie des reflektierten Sensorsignals beim Auftreffen auf den Sensor bestimmt werden.
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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 elektronische Komponenten aufweisen kann. 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. 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 einem sogenannten Hardware-in-the-Loop-Prüfstand eingebunden werden.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Die Recheneinrichtung kann beispielsweise ein Computer sein. Ferner kann die Recheneinrichtung ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein, vorzugsweise auf einem Speichermedium gespeichertes, Computerprogrammprodukt, welches dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn es auf einer Recheneinrichtung, insbesondere einem Computer, ausgeführt wird.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen sowie deren Vorteile gelten entsprechend für die Recheneinrichtung sowie für das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die 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.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 ein virtuelles Objekt in einem virtuellen Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs, welches von einer Hülle umgeben ist; und
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2 die Hülle gemäß 1 und einen virtuellen Sensor.
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Vorliegend soll die Interaktion zwischen einem Sensor 1 (in 1 nicht dargestellt) und einem virtuellen Objekt 2 in einem virtuellen Umgebungsbereich 3 eines Kraftfahrzeugs simulativ bestimmt werden. Ein solcher Sensor 1 kann beispielsweise an dem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Der Sensor 1 ist insbesondere dazu ausgebildet, das Objekt 2 in einem Umgebungsbereich 3 des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Ein solcher Sensor 1 kann beispielsweise ein Ultraschallsensor, ein Radarsensor oder ein Laserscanner sein. Vorliegend wird also in einem Simulationsverfahren das von dem Sensor 1 ausgesendete Sensorsignal T und das von dem virtuellen Objekt 2 reflektierte Sensorsignal R bestimmt.
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Hierzu wird eine Außenkontur 4 des virtuellen Objekts 2 bestimmt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das virtuelle Objekt 2 ein Kraftfahrzeug. Die Außenkontur 4 beschreibt die äußeren Abmessungen des Kraftfahrzeugs. Die Außenkontur 4 des virtuellen Objekts 2 kann beispielsweise aus einem CAD-Modell abgeleitet werden. Zudem ist eine Hülle 5 vorgesehen, welche das virtuelle Objekt 2 zumindest bereichsweise umgibt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umgibt die Hülle 5 das virtuelle Objekt 2 vollständig. Vorliegend ist die Hülle 5 quaderförmig ausgebildet. Die Hülle 5 erstreckt sich entlang der drei Raumrichtungen i, j und k. Ferner ist die Hülle 5 in eine Mehrzahl von Teilelementen 6 beziehungsweise Teilwänden unterteilt. Um die Ausbreitung des ausgesendeten Sensorsignals T und des virtuell reflektierten Sensorsignals R innerhalb der Hülle 5 zu beschreiben, wird eine Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften bestimmt.
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Diese Zuordnungsvorschriften beschreiben einerseits die Positionszuordnung von der Außenkontur 4 zu der Hülle 5. Zudem wird auf der Hülle 5 eine Mehrzahl von Eintrittsauftreffstellen 7 definiert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Eintrittsauftreffstelle 7 beispielhaft dargestellt. Hier ist die Eintrittsauftreffstelle 7 ein Punkt innerhalb eines Teilelements 6. Die Eintrittsauftreffstelle 7 beschreibt eine mögliche Auftreffstelle für das ausgesendete Sensorsignal T. Für jede der Eintrittsauftreffstellen 7 wird für eine Mehrzahl von Einfallswinkeln α jeweils eine Zuordnungsvorschrift bestimmt. In Abhängigkeit von dem Einfallswinkel α ergibt sich jeweils eine unterschiedliche Ausbreitungsrichtung für das ausgesendete Sensorsignal T innerhalb der Hülle 5. Dies ist vorliegend durch die Pfeile 9 verdeutlicht.
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Jede der Zuordnungsvorschriften beschreibt den Verlauf des ausgesendeten Sensorsignals T von der Eintrittsauftreffstelle 7 zu der Außenkontur 4 des virtuellen Objekts 2. Zudem beschreibt jede der Zuordnungsvorschriften die Reflexion des ausgesendeten Sensorsignals T an der Außenkontur 4. Ferner beschreibt jede der Zuordnungsvorschriften die Ausbreitung des virtuell reflektierten Sensorsignals R von der Außenkontur 4 zu einer Austrittauftreffstelle 8. An der Austrittsauftreffstelle 8 kann zusätzlich der Austrittswinkel β zwischen dem virtuell reflektierten Sensorsignal R und dem Teilelement 6 der Hülle 5 bestimmt werden. Bei dem Berechnen der Zuordnungsvorschrift wird bei der Reflexion des ausgesendeten Sensorsignals T beispielsweise die Reflexionseigenschaft der Außenkontur 4 berücksichtigt. Zudem kann die Reflexionsdämpfung unter Berücksichtigung von Materialeigenschaften berechnet werden. Bei der Ausbreitung des ausgesendeten Sensorsignals T beziehungsweise des reflektierten Sensorsignals R kann die Freiraum-Luftdämpfung oder andere Dämpfungseigenschaften berücksichtigt werden.
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Die einzelnen Zuordnungsvorschriften für die Mehrzahl von Eintrittsauftreffstellen 7 können in einem sogenannten Pre-Processing berechnet werden, da diese üblicherweise sehr zeitaufwendig sind. Auf die bestimmten Zuordnungsvorschriften kann dann während der eigentlichen Simulation, dem sogenannten Processing, zurückgegriffen werden. Dies ist anhand von 2 verdeutlicht.
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Hierbei wird das von dem Sensor 1 ausgesendete Sensorsignal T bestimmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das ausgesendete Sensorsignal T vereinfacht als Strahl dargestellt. Das ausgesendete Sensorsignal T kann beispielsweise anhand einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Richtcharakteristik des Sensors 1 bestimmt werden. Wenn das ausgesendete Signal, das heißt die Richtung des ausgesendeten Signals T, bekannt ist, kann die Eintrittsauftreffstelle 7 an der Hülle 5 bestimmt werden. Zudem kann der Einfallswinkel α an der Eintrittsauftreffstelle 7 bestimmt werden. Für die bestimmte Eintrittsauftreffstelle 7 und den bestimmten Einfallswinkel α kann dann die zugehörige Zuordnungsvorschrift ausgewählt werden. Anhand dieser Zuordnungsvorschrift können dann die Austrittsauftreffstelle 8 und der Ausfallswinkel β bestimmt werden. Auf diese Weise kann das virtuell reflektierte Sensorsignal R bestimmt werden. Somit bedarf es während der eigentlichen Simulation nicht mehr der Berechnung der Reflexion des ausgesendeten Sensorsignals T an der Außenkontur 4 des virtuellen Objekts 2. Während der eigentlichen Simulation werden nur die jeweiligen Zuordnungsvorschriften ausgewählt, um die Interaktion zwischen dem Sensor 1 und dem virtuellen Objekt 2 zu bestimmt. Somit kann die Simulation in Echtzeit durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10314129 A1 [0005]
- DE 102011015094 A1 [0006]
