DE102015005961A1 - Method for monitoring the measurement signals of at least one sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Messsignals eines Sensors (2, 3, 4) aus einem Sensorverbund mit mindestens zwei Sensoren (2, 3, 4), welche einen sich zumindest teilweise überlappenden Messraum aufweisen, und welche mit unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien dasselbe Zielobjekt (5) erfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreuzvergleich der Messsignale der einzelnen Sensoren (2, 3, 4) des Sensorverbunds vorgenommen wird, wobei die Mittelwerte der Abweichungen der Messsignale zueinander erfasst werden, und wobei bei einer dauerhaften Abweichung der Mittelwerte von Null auf eine relative Dekalibrierung eines der Sensoren (2, 3, 4) geschlossen wird. Die bevorzugte Verwendung liegt im Bereich der Umfelderfassung zum autonomen Fahren.The invention relates to a method for monitoring the measuring signal of a sensor (2, 3, 4) from a sensor network having at least two sensors (2, 3, 4) which have an at least partially overlapping measuring space, and which have the same target object with different physical measuring principles (5) record. The inventive method is characterized in that a cross comparison of the measurement signals of the individual sensors (2, 3, 4) of the sensor network is carried out, wherein the mean values of the deviations of the measurement signals are detected to each other, and wherein in a permanent deviation of the average values from zero to a relative decalibration of one of the sensors (2, 3, 4) is closed. The preferred use is in the field of environment detection for autonomous driving.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Messsignale wenigstens eines Sensors nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Anspruch 8.The invention relates to a method for monitoring the measurement signals of at least one sensor according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1. The invention also relates to the use of such a method according to claim 8.
Die sichere Funktion von Sensoren ist für vielfältige Anwendungen unabdingbar. Die meisten eingesetzten Sensoren verfügen über Diagnosefunktionen für eine Selbstüberwachung. Hierdurch können einige der potenziellen Fehlerquellen innerhalb des Sensors zuverlässig ausgeschlossen werden. Daneben können Sensoren außerdem mehrfach vorhanden sein, um durch diese Redundanz eine höhere Sicherheit zu erzielen.The safe function of sensors is indispensable for a variety of applications. Most sensors used have diagnostic features for self-monitoring. This can reliably exclude some of the potential sources of error within the sensor. In addition, sensors can also be present several times in order to achieve a higher level of security through this redundancy.
Nun ist es in der Praxis so, dass von einem Sensor auch Messsignale erzeugt werden können, welche beispielsweise durch eine Fehljustage des Sensors, insbesondere auch aufgrund beispielsweise einer Beeinträchtigung seiner mechanischen Aufhängung, auftreten. Für diesen Fall kann die Selbstdiagnose des Sensors einen Fehler nicht erkennen, sodass potenziell auf der Basis von fehlerhaften Messsignalen operiert wird. Beispielsweise im Falle von sicherheitskritischen Anwendungen, insbesondere von Anwendungen im Bereich des autonomen Fahrens von Logistikfahrzeugen, Nutzfahrzeugen oder Personenkraftwagen kann dies ein erhebliches Risiko darstellen.It is now the case in practice that measurement signals can also be generated by a sensor which occur, for example, as a result of a misalignment of the sensor, in particular due to, for example, an impairment of its mechanical suspension. In this case, the self-diagnosis of the sensor can not detect an error, potentially operating on the basis of erroneous measurement signals. For example, in the case of safety-critical applications, in particular of applications in the field of autonomous driving of logistics vehicles, commercial vehicles or passenger cars, this can represent a considerable risk.
In der Veröffentlichung
Aus der
Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik wird außerdem auf die US-Patentanmeldung
Nun ist es so, dass insbesondere für die Anwendung beim autonomen Fahren von Fahrzeugen höchste Sicherheitsanforderungen für die Sensoren gelten und eine hohe Zuverlässigkeit der detektierten Sensordaten gewährleistet werden muss, da dies ansonsten sehr schnell mit einem erheblichen Risiko hinsichtlich der Sicherheit des autonom gefahrenen Fahrzeuges einhergehen kann.Now it is the case, in particular for the application in the autonomous driving of vehicles, that the highest safety requirements apply to the sensors and a high reliability of the detected sensor data has to be ensured, since otherwise this can very quickly be associated with a considerable risk with regard to the safety of the autonomously driven vehicle ,
Aus diesem Grund ist es heute schon üblich, dass die Sensoren in derartigen Systemen entsprechend hochwertig ausgebildet sind, und dass diese so eingesetzt werden, dass eine Selbstdiagnose der Sensoren, insbesondere beim Start des Systems, durchgeführt wird. Über eine solche Selbstdiagnose der Sensoren kann insbesondere die zuverlässige Funktionalität des Sensors selbst, sowie das Funktionieren der eingesetzten Erfassungseinrichtungen des Sensors verifiziert werden. Allerdings ist es ein ernst zu nehmendes Problem, dass eine Verschiebung von Teilen der Sensoren untereinander bzw. der Sensoren selbst gegeneinander durch eine solche Selbstdiagnose des Sensors nicht immer vollständig erfasst und damit korrigiert werden kann. Ist beispielsweise ein Kamerasensor gegenüber einem Radarsensor und/oder einem Laserscanner bzw. LIDAR entsprechend dejustiert, kann es schlimmstenfalls dazu kommen, dass dasselbe Zielobjekt nicht mehr als dasselbe Zielobjekt bei der Erfassung der Sensorsignale erkannt werden kann, sondern dass von unterschiedlichen Zielobjekten ausgegangen wird. Dies kann im Zweifel zu sicherheitskritischen Situationen, insbesondere bei der Anwendung für autonome Fahrsysteme führen. Dabei ist es außerdem so, dass eine solche Dejustage der Sensoren durch eine mechanische Verschiebung der Position der Sensoren untereinander auch während des Betriebs auftreten kann, insbesondere durch Temperatureffekte und die damit einhergehenden unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen. Auch eine Beeinträchtigung aufgrund sich lösender Befestigungen der Sensoren und/oder einer Deformierung, beispielsweise aufgrund einer Kollision oder dergleichen, sind als mögliche Ursachen denkbar. Keines der bekannten Verfahren kann eine solche Beeinträchtigung, insbesondere wenn sie während des Betriebs eines mit den Sensoren ausgestatten Fahrzeugs auftritt, sicher und zuverlässig erkennen.For this reason, it is already customary today for the sensors in such systems to be of correspondingly high quality, and for these to be used in such a way that self-diagnosis of the sensors is carried out, in particular when starting the system. About such a self-diagnosis of the sensors, in particular the reliable functionality of the sensor itself, as well as the functioning of the detection devices used of the sensor can be verified. However, it is a serious problem that a shift of parts of the sensors with each other or the sensors themselves against each other by such a self-diagnosis of the sensor can not always be completely detected and thus corrected. If, for example, a camera sensor is correspondingly misadjusted in relation to a radar sensor and / or a laser scanner or LIDAR, it can in the worst case happen that the same target object can no longer be recognized as the same target object during the detection of the sensor signals, but that different target objects are assumed. In case of doubt, this can lead to safety-critical situations, in particular when used for autonomous driving systems. It is also the case that such a misalignment of the sensors by a mechanical displacement of the position of the sensors can also occur during operation, in particular by temperature effects and the associated different thermal Expansions. An impairment due to releasing fastenings of the sensors and / or a deformation, for example due to a collision or the like, are conceivable as possible causes. None of the known methods can reliably and reliably detect such an impairment, in particular if it occurs during the operation of a vehicle equipped with the sensors.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches in der Lage ist, eine solche Dekalibrierung eines Sensors aus einem Verbund von wenigstens zwei Sensoren sicher und zuverlässig zu erkennen, sodass geeignete Maßnahmen ergriffen werden können.It is therefore an object of the present invention to provide a method which is able to detect such a decalibration of a sensor from a composite of at least two sensors safely and reliably, so that appropriate measures can be taken.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist im Anspruch 8 eine besonders bevorzugte Verwendung des Verfahrens angegeben. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus den abhängigen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a method having the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and further developments emerge from the subclaims dependent thereon. In addition, a particularly preferred use of the method is specified in claim 8. Again, advantageous embodiments and developments of the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Messsignale von wenigstens zwei Sensoren eines Sensorverbunds, um über einen Kreuzvergleich die Mittelwerte der Abweichung der Messsignale zueinander zu erfassen. Bei einer dauerhaften Abweichung der Mittelwerte von Null kann dann auf eine relative Dekalibrierung eines der Sensoren geschlossen werden. Über dieses Verfahren lässt sich somit eine Dekalibrierung eines der Sensoren, beispielsweise einer hinsichtlich ihrer optischen Achsen zueinander dejustierten, schielenden Stereokamera, sicher und zuverlässig erfassen, während ein solcher Fehler bei des Selbstdiagnose des Sensors nicht erfasst werden könnte. Hierdurch kann auch während des Betriebs schnell und zuverlässig die Dekalibrierung eines Sensors erfasst werden. Dies umfasst sowohl zeitlich schnelle Änderungen als auch ein Driftverhalten über längere Zeiträume, welches zuverlässig erkannt werden kann. Eventuell erforderliche Gegenmaßnahmen, beispielsweise eine Notabschaltung des Betriebs oder dergleichen, können ergriffen werden.The method according to the invention uses the measurement signals from at least two sensors of a sensor network in order to detect the mean values of the deviation of the measurement signals from one another via a cross comparison. With a permanent deviation of the mean values from zero, it is then possible to conclude that a relative decalibration of one of the sensors is involved. By means of this method, a decalibration of one of the sensors, for example a squinting stereo camera which is mutually misaligned with respect to its optical axes, can thus be detected reliably and reliably, whereas such an error could not be detected during the self-diagnosis of the sensor. As a result, the decalibration of a sensor can be detected quickly and reliably during operation. This includes rapid changes as well as drift behavior over longer periods, which can be reliably detected. Any necessary countermeasures, such as an emergency shutdown of the operation or the like, can be taken.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee ist es ferner vorgesehen, dass der Sensorverbund wenigstens drei Sensoren mit unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien umfasst. Bei einem solchen besonders vorteilhaften Aufbau des Sensorverbundes aus wenigstens drei Sensoren mit unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien lässt sich neben der prinzipiellen Erkennung einer in dem Sensorverbund vorliegenden Dekalibrierung auch darauf rückschließen, welcher der Sensoren dekalibriert ist, um so den im Verbund der Sensordaten aufgetretenen Fehler konkret einem der Sensoren zuordnen zu können.According to a very advantageous development of the idea, it is further provided that the sensor network comprises at least three sensors with different physical measurement principles. In such a particularly advantageous construction of the sensor network comprising at least three sensors with different physical measurement principles, in addition to the basic recognition of a decalibration present in the sensor network, it can also be deduced which of the sensors has been decalibrated so that the error occurring in the sensor data group is concretely one of the errors Assign sensors.
Gemäß einer sehr einfachen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden hierfür die Messsignale aller Sensoren paarweise zuerst mit den Messdaten des einen und dann jeweils mit den Messdaten des jeweils nächsten Sensors verglichen, wonach ermittelt wird, welcher der Sensoren die Dekalibrierung aufweist. Eine minimale bis leichte Dekalibrierung eines Sensors kann dann, sofern diese entsprechend bekannt ist und das Messprinzip des Sensors nicht sicherheitskritisch beeinflusst, gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee ausgeglichen werden. Dies kann insbesondere seitens der Software erfolgen, indem eine Nachkalibrierung des dekalibrierten Sensors vorgenommen wird, solange die Abweichung seiner Messsignale im Mittel kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist. Hierdurch kann der Sensorverbund weiterhin sicher und zuverlässig betrieben werden. Kommt es zu zunehmenden Nachkalibrierungen, beispielsweise im Bereich eines Sensors während des Betriebs, dann wird dies entsprechend erkannt und kann aufgezeichnet werden. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise eine „Vorwarnung” zu generieren und so dem Betreiber des Systems mit dem Sensorverbund, beispielsweise eines Fahrzeugs, die Möglichkeit zu geben, den Sensorverbund überprüfen zu lassen, um schwerwiegenderen Fehlern vorzubeugen.According to a very simple and advantageous further development of the method according to the invention, the measurement signals of all sensors are compared in pairs first with the measurement data of the one and then respectively with the measurement data of the next sensor, after which it is determined which of the sensors has the decalibration. A minimal to slight decalibration of a sensor can then be compensated according to a very advantageous development of the idea, provided that it is known accordingly and does not have a safety-critical influence on the measuring principle of the sensor. This can be done in particular by the software by a recalibration of the decalibrated sensor is made as long as the deviation of its measurement signals is on average smaller than a predetermined limit. As a result, the sensor network can continue to be operated safely and reliably. If there are increasing recalibrations, for example in the region of a sensor during operation, then this is recognized accordingly and can be recorded. This makes it possible, for example, to generate a "warning" and to give the operator of the system with the sensor network, such as a vehicle, the opportunity to have the sensor network checked to prevent more serious errors.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es auch vorgesehen sein, eine Warnmeldung, und insbesondere eine Notabschaltung, auszulösen, wenn der Mittelwert der Abweichung der Messsignale größer als ein vorgegebener Grenzwert ist bzw. einen solchen länger als eine definierte maximale vorgegebene Dauer überschreitet. Dies kann in jedem Fall, unabhängig von der Zahl der Sensoren, und unabhängig davon, ob durch das Verfahren selbst ermittelt werden kann, welcher der Sensoren betroffen ist, vorgenommen werden. In vorteilhafter Art und Weise ist die Größe des Grenzwerts dabei bei Systemen, welche keine Nachkalibrierung erlauben, da sie den betroffenen Sensor nicht detektieren können, kleiner als bei Systemen, welche eine Nachkalibrierung erlauben und deshalb im geringen Maße eine Dekalibrierung noch ausgleichen können.According to a further embodiment of the method according to the invention, it may also be provided to trigger a warning message, and in particular an emergency shutdown, when the mean value of the deviation of the measurement signals is greater than a predetermined limit value or exceeds such longer than a defined maximum predetermined duration. This can be done in any case, regardless of the number of sensors, and regardless of whether the method itself can determine which of the sensors is affected. In an advantageous manner, the size of the limit value is smaller in systems which do not permit recalibration, since they can not detect the affected sensor, than in the case of systems which permit recalibration and therefore can even to a lesser extent compensate for decalibration.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es nun ferner vor, dass die Messsignale vor dem Kreuzvergleich einer Aufbereitung mittels eines Rauschfilters und/oder eines Kalmanfilters unterzogen werden. Hierdurch lässt sich ein prinzipbedingt nicht zu vermeidendes Rauschen unterdrücken beziehungsweise herausfiltern beziehungsweise ein Mittelwert, auf welchen sich die Sensorsignale einschwingen, schnell und zuverlässig detektieren. Hierdurch kann vermieden werden, dass durch Rauschen bedingte Extremwerte in dem Kreuzvergleich herangezogen werden und deshalb zu falschen Fehlern, Nachjustierungen und/oder Warnmeldungen führen.A further advantageous embodiment of the method according to the invention now also provides that the measurement signals are subjected to a preparation by means of a noise filter and / or a Kalman filter before the cross comparison. This makes it possible to suppress or filter out a noise which can not be avoided in principle, or an average value on which the sensor signals settle, quickly and reliably detect. In this way it can be avoided that noise-related extreme values are used in the cross comparison and therefore lead to false errors, readjustments and / or warning messages.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei den Kreuzvergleich der Messsignale im Betrieb fortlaufend vornehmen. Es ist damit in der Lage, eine eventuelle Dekalibrierung und/oder Fehlfunktion eines der Sensoren außerordentlich schnell zu erkennen, insbesondere schneller als es dies durch die Selbstdiagnose eines Sensors, welche typischerweise beim Einschalten und dann gegebenenfalls von Zeit zu Zeit vorgenommen wird, könnte. insbesondere kann über den fortlaufenden Kreuzvergleich der Sensoren eine graduelle Änderung entdeckt werden, welche anders als die Selbstdiagnose der Sensoren außerordentlich schnell die (beginnende) Fehlfunktion eines Sensors andeutet, z. B. eine sich auf einen Radarsensor aufbauende Eisschicht oder ähnliches.In this case, the method according to the invention can continuously carry out the cross comparison of the measurement signals during operation. It is thus able to detect a possible decalibration and / or malfunction of one of the sensors extremely quickly, in particular faster than it could by the self-diagnosis of a sensor, which is typically done at power and then optionally from time to time. In particular, a gradual change can be detected via the continuous cross-comparison of the sensors, which, unlike the self-diagnosis of the sensors, indicates extremely quickly the (incipient) malfunction of a sensor, eg. B. a self-building on a radar sensor ice layer or the like.
Wie bereits eingangs erwähnt kann das erfindungsgemäße Verfahren nun insbesondere zur Umfelderfassung in einem mobilen System eingesetzt werden. Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Verwendung kann es ferner vorgesehen sein, dass das mobile System die Umfeldertassung zur autonomen Fortbewegung nutzt. In derartigen mobilen Systemen, beispielsweise Fahrzeugen, selbstfahrenden Logistiksystemen oder ähnlichem, ist die Umfeldertassung wichtig, um ein sicheres und zuverlässiges Bewegen bzw. Fahren des mobilen Systems im Raum zu gewährleisten, ohne dass es zu Kollisionen mit Gegenständen, anderen mobilen Systemen oder dergleichen kommt.As already mentioned, the method according to the invention can now be used in particular for detecting the surroundings in a mobile system. According to a very advantageous development of the use, it may further be provided that the mobile system uses the environment version for autonomous locomotion. In such mobile systems, such as vehicles, self-propelled logistics systems, or the like, the environment socket is important to ensure safe and reliable movement of the mobile system in space without collisions with objects, other mobile systems, or the like.
Insbesondere kann es sich bei dem mobilen System, welches unter Zuhilfenahme der Umfeldertassung autonom fortbewegt wird, um ein Fahrzeug, insbesondere ein Personenfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug, handeln. Vor allem in einer solchen Anwendung zum autonomen Fahren eines Fahrzeuges spielt die sichere und zuverlässige Funktion der Sensoren und eine sichere und zuverlässige Beurteilung ihrer korrekten Ausrichtung eine ganz entscheidende Rolle. Beispielsweise kann durch Temperaturunterschiede, wie sie einer Sonneneinstrahlung über einen längeren Zeitraum hinweg auf lediglich einer Seite des Fahrzeuges auftreten können, eine erhebliche Verschiebung bzw. Verdrehung der einzelnen Sensoren, von Teilen der Sensoren oder von deren mechanischer Befestigung zueinander verursachen. Hierdurch können beispielsweise Stereokameras schielen und/oder die Achse eines Radarsystems gegenüber der Achse einer Kamera verdreht sein. In diesem Fall ist eine sichere und zuverlässige Abstandserkennung nicht mehr möglich. Da diese jedoch eine grundlegende sicherheitsrelevante Funktion für den Einsatz beim autonomem Fahren darstellt, muss in diesen Fällen das Problem einerseits sehr schnell erkannt und andererseits entsprechend schnell reagiert werden. Bei kleineren Abweichungen kann dies durch die angesprochene Nachkalibrierung erfolgen, wenn aufgrund einer größeren Zahl von Sensoren exakt bekannt ist, welcher Sensor in welchem Maße dekalibriert ist.In particular, in the case of the mobile system, which is moved autonomously with the aid of the environment version, it may be a vehicle, in particular a passenger vehicle or a commercial vehicle. Especially in such an autonomous vehicle driving application, the safe and reliable operation of the sensors and a safe and reliable assessment of their correct orientation play a crucial role. For example, can cause a significant shift or rotation of the individual sensors, parts of the sensors or their mechanical attachment to each other by temperature differences, as they can occur over a longer period of time on only one side of the vehicle. As a result, for example, stereo cameras can squint and / or the axis of a radar system can be rotated relative to the axis of a camera. In this case, reliable and reliable distance detection is no longer possible. However, since this is a fundamental safety-relevant function for use in autonomous driving, in these cases, the problem must be recognized very quickly on the one hand, and on the other hand responding quickly. For smaller deviations, this can be done by the mentioned recalibration, if it is exactly known due to a larger number of sensors, which sensor is dekalibriert to what extent.
Anderenfalls, insbesondere wenn eine Warnmeldung gemäß dem Anspruch 5 des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelöst wird, kann gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Verwendung das autonome Fahren dann abgebrochen werden. Ein solches „abbrechen” des autonomen Fahrens bedeutet, dass einem Nutzer des Fahrzeuges signalisiert wird, dass er, typischweise nach einer gewissen definierten Zeitspanne als Übernahmezeit, wieder in der Verantwortung ist, das Fahrzeug selbst zu führen. Falls der Fahrer die Übernahme nicht aktiv quittiert, kann auch eine Notabschaltung mit einem Stopp des Fahrzeug vorgesehen sein. So können sicherheitskritische Situationen, aufgrund des autonomen Fahrens in jedem Fall sicher und zuverlässig durch eine frühzeitige Notabschaltung des autonomen Fahrens verhindert werden.Otherwise, especially when a warning message is triggered according to
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie seiner Verwendung ergibt sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die einzige beigefügte Figur näher beschrieben ist.A further advantageous embodiment of the method according to the invention and its use results from the exemplary embodiment, which is described in more detail below with reference to the single attached figure.
Die einzige Figur zeigt die beispielhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Fahrzeug zum autonomen Fahren.The sole figure shows the exemplary use of the method according to the invention in a vehicle for autonomous driving.
Das der Figur zugrundeliegende Szenario zeigt ein Fahrzeug
Das Verfahren ermöglicht also eine sehr sichere und zuverlässige Überwachung der Messsignale wenigstens eines Sensors
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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