DE102015012246A1

DE102015012246A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Einbauorientierung eines Radarsensors

Info

Publication number: DE102015012246A1
Application number: DE102015012246.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Hahn
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Einbauorientierung zumindest eines an einem Fahrzeug (1) angeordneten Radarsensors (2). Erfindungsgemäß werden zur Bestimmung der Einbauorientierung ein Azimut-Einbauwinkel (Θaz) und ein Elevations-Einbauwinkel (Θel) ermittelt, wobei in einem Verfahrensschritt (S1) anhand erfasster Eingangsgrößen eine Online-Grobkalibrierung des Azimut-Einbauwinkels (Θaz) durchgeführt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt (S2) wird eine Spurbildung mittels des Radarsensors in einer Umgebung erfasster sich relativ zum Fahrzeug (1) bewegender Objekte (O1 bis O8) durchgeführt und jeweils eine Höhe (h) der Objekte (O1 bis O8) ermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt (S3) wird eine Eigenbewegung des Radarsensors (2) mit einer Langzeit-Eigenbewegung des Fahrzeugs (1) abgeglichen, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt (S4) jeweils eine Höhe (h) von sich in einem vorgegeben Nahbereich des Radarsensors (2) befindlichen und von diesem erfassten Objekten (O1 bis O8) ermittelt wird. Anhand in den Verfahrensschritten (S1 bis S4) ermittelter Ergebnisse wird eine Fusion der zu bestimmenden Einbauorientierung in Azimut und Elevation durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Einbauorientierung zumindest eines an einem Fahrzeug angeordneten Radarsensors.
Aus der DE 10 2013 021 401 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer durch einen Azimut-Einbauwinkel gekennzeichneten Einbauorientierung zumindest eines an einem Fahrzeug angeordneten Radarsensors bekannt, wobei eine Bewegung des Radarsensors und eine Gierrate des Fahrzeugs ermittelt werden. Es werden automatisch nur solche Messwerte der Bewegung des Radarsensors und der Gierrate des Fahrzeugs zur Bestimmung der Einbauorientierung des Radarsensors berücksichtigt, die bei einer Geradeausfahrt oder einer Kurvenfahrt ohne Schwimmen erfasst werden, wobei hierbei zumindest ein Parameter direkt aus den Messwerten bestimmt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Einbauorientierung zumindest eines an einem Fahrzeug angeordneten Radarsensors anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem Verfahren zur Bestimmung einer Einbauorientierung zumindest eines an einem Fahrzeug angeordneten Radarsensors werden erfindungsgemäß zur Bestimmung der Einbauorientierung ein Azimut-Einbauwinkel und ein Elevations-Einbauwinkel ermittelt. Dabei wird in einem Verfahrensschritt anhand erfasster Eingangsgrößen eine Online-Grobkalibrierung des Azimut-Einbauwinkels durchgeführt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Spurbildungmittels des Radarsensors in einer Umgebung erfasster, sich relativ zum Fahrzeug bewegender Objekte durchgeführt und jeweils eine Höhe der Objekte ermittelt, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt eine Eigenbewegung des Radarsensors mit einer Langzeit-Eigenbewegung des Fahrzeugs abgeglichen wird. In einem weiteren Verfahrensschritt wird jeweils eine Höhe von sich in einem vorgegeben Nahbereich des Radarsensors befindlichen und von diesem erfassten Objekten ermittelt und anhand in den Verfahrensschritten ermittelter Ergebnisse wird eine Fusion der zu bestimmenden Einbauorientierung in Azimut und Elevation durchgeführt.
Hierdurch wird eine hochpräzise Online-Bestimmung der Einbauorientierung in Elevation und Azimut eines beliebig angeordneten Radarsensors ermöglicht. Die Einbauorientierung wird dabei direkt gemessen, wobei eine Abweichung zu einer vorgegebenen groben Orientierung bestimmt oder diese überprüft werden kann. Hierbei besteht keine direkte Abhängigkeit von einer Winkelauflösung des Radarsensors, da keine exakt positionierten Referenzobjekte vermessen werden müssen. Eine relative Bewegung des Radarsensors zu dessen Umgebung kann beispielsweise auch auf einem Beförderungssystem des Fahrzeugs, wie beispielsweise Schienen oder einem Förderband am Ende einer Montage des Fahrzeugs, erfolgen. Dieses Beförderungssystem kann zusätzlich als Referenz integriert werden.
Eine Kenntnis der Einbauorientierung in Elevation und Azimut ist erforderlich für eine Durchführung einer Kalibrierung, insbesondere einer automatischen Kalibrierung, auch als Autoalignment bezeichnet. Eine solche Online-Kalibrierung ist kostengünstig durchführbar, ermöglicht eine Ermittlung von Orientierungswinkeln und deren Änderungen während der Lebenszeit des Radarsensors und zusätzliche Prüfstände mit Kalibrierungs- und Justageeinrichtungen in einem Werk können entfallen. Weiterhin ermöglicht eine solche Online-Kalibrierung, dass die relative Position des Radarsensors zum Fahrzeug bekannt ist. Somit wird eine Höhenvermessung über- oder unterfahrbarer stehender Hindernisse ermöglicht.
Ferner ermöglicht das Verfahren eine Ermittlung der Einbauorientierung ohne Wissen einer groben Einbauorientierung und ist damit für beliebige Orientierungswinkel anwendbar. Das Verfahren eignet sich deshalb auch als unabhängige Routine in so genannten Radarnetzwerken, in welchen der gleiche Radarsensor an unterschiedlichen Positionen montiert wird.
Unter dem Begriff ”online” wird hierbei verstanden, dass die diesem Begriff nachgestellte Tätigkeit während einer Bewegung des Fahrzeugs, beispielsweise während dessen Betrieb oder bei einer Bewegung auf Schienen oder einem Förderband, durchgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer ersten Fahrzeugumgebung,
2 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer zweiten Fahrzeugumgebung,
3 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer dritten Fahrzeugumgebung,
4 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer vierten Fahrzeugumgebung,
5 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer fünften Fahrzeugumgebung,
6 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer sechsten Fahrzeugumgebung,
7 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Bestimmung einer Einbauorientierung eines Radarsensors,
8 schematisch eine Anordnung eines Fahrzeugs mit einem Radarsensor und in dessen Umgebung befindlicher Objekte sowie eine Darstellung einer Online-Grobkalibrierung eines Azimut-Einbauwinkels des Radarsensors,
9 schematisch ein Blockschaltbild einer ersten Anordnung zur Ermittlung eines Elevations-Einbauwinkels des Radarsensors,
10 schematisch einen Verlauf eines Elevations-Einbauwinkels des Radarsensors in Abhängigkeit eines Abstands zu einem erfassten Objekt,
11 schematisch ein Blockschaltbild einer zweiten Anordnung zur Ermittlung eines Elevations-Einbauwinkels des Radarsensors,
12 schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeugs und einen Erfassungsbereich eines an dem Fahrzeug angeordneten Radarsensors,
13 schematisch eine Seitenansicht des Fahrzeugs gemäß 12 und geometrische Verhältnisse zwischen dem Radarsensor und einem Objekt,
14 schematisch ein Blockschaltbild einer Anordnung zum Abgleich einer Eigenbewegung des Radarsensors mit einer Langzeit-Eigenbewegung des Fahrzeugs, und
15 schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeugs und einen Erfassungsbereich eines an dem Fahrzeug angeordneten Radarsensors sowie ein in einem Nahbereich des Radarsensors befindliches Objekt.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In den 1 bis 6 sind unterschiedliche Umgebungen eines in 8 gezeigten Fahrzeugs 1 mit unterschiedlichen Objekten O1 bis O8 dargestellt, wobei das Objekt O1 in 1 ein überfahrbarer Temposchweller ist, die Objekte O2, O3 in 2 nicht überfahrbare Abgrenzungen sind, das Objekt O4 in 3 ein Bordstein ist, das Objekt O5 in 4 eine Absperrvorrichtung für einen Parkplatz P ist, die Objekte O6, O7 in 5 unterfahrbare Stützträger und Rohrleitungen in einem Parkhaus sind und das Objekt O8 in 6 eine Abdeckung für eine Regenrinne ist.
Das Fahrzeug 1 umfasst in einem möglichen Ausführungsbeispiel in nicht näher dargestellter Weise ein Fahrerassistenzsystem zur Unterstützung eines Fahrers des Fahrzeugs 1 beim Einparken desselben. Ein solches Fahrerassistenzsystem ist beispielsweise als selbstlernendes System zum hoch-automatisierten Anfahren und Abfahren von häufig genutzten, nicht vermessbaren Parkplätzen P, wie beispielsweise einer eigenen Garage, ausgebildet.
Für eine solche Unterstützung des Fahrers ist es erforderlich, dass in der Fahrzeugumgebung vorhandene Objekte O1 bis O8 erkannt und in Abhängigkeit ihrer in 12 näher dargestellten Höhe h als Hindernisse erkannt werden.
Vom Fahrzeug 1 über- oder unterfahrbare Objekte O1 bis O8 können ohne Schaden für das Fahrzeug 1, insbesondere für dessen Reifen, überfahren werden, sind aber ohne zusätzliche Information über die Höhe h des Objekts O1 bis O8 sehr schwierig zu identifizieren. Die Objekte O1 bis O8 werden mittels zumindest eines am Fahrzeug 1 angeordneten und ebenfalls in 8 näher dargestellten Radarsensors 2 erfasst und beispielsweise in Belegungsgittern, auch als Occupancy-Grids, dargestellt. Ohne zusätzliche Information über die Höhe h des jeweiligen Objekts O1 bis O8 ist dieses nur schwierig zu identifizieren und wird deshalb im Occupancy-Grid als Hindernis markiert. Während eines Betriebs des Fahrerassistenzsystems kann es aufgrund dieser als Hindernis gekennzeichneten, jedoch über- oder unterfahrbaren Objekte O1 bis O8 zu falsch-positiven Bremsungen oder einer falschen Querführung des Fahrzeugs 1 während eines autonomen oder teilautonomen Betriebs des Fahrzeugs 1 kommen, um Kollisionen mit den Objekten O1 bis O8 zu vermeiden oder den Objekten O1 bis O8 auszuweichen.
Zu einer sicheren Ermittlung der Höhe h der Objekte O1 bis O8 ist eine genaue Kalibrierung einer Einbauorientierung des Radarsensors 2 erforderlich.
In 7 ist ein Ablauf eines Verfahrens zur Bestimmung der Einbauorientierung des Radarsensors 2 dargestellt, wobei zur Bestimmung der Einbauorientierung ein Azimut-Einbauwinkel Θ_az und ein in 10 näher dargestellter Elevations-Einbauwinkel Θ_el des Radarsensors 2 online, das heißt während einer Bewegung des Fahrzeugs 1 und des Radarsensors 2, ermittelt werden.
Hierzu wird in einem Verfahrensschritt S1 anhand erfasster Eingangsgrößen eine Online-Grobkalibrierung des Azimut-Einbauwinkels Θ_az durchgeführt. Als erfasste Eingangsgrößen wird eine Einbauposition des Radarsensors in longitudinaler und lateraler Richtung am Fahrzeug 1 berücksichtigt, wobei diese Einbauposition beispielsweise aus Konstruktionsplänen des Fahrzeugs 1 bekannt ist. Weiterhin werden eine in 8 näher dargestellte Fahrzeugeigengeschwindigkeit v sowie eine Fahrzeuggierrate, eine beispielsweise mittels eines GPS-Signals ermittelte Fahrzeugposition und mittels des Radarsensors 2 erfasste Daten berücksichtigt. Die mittels des Radarsensors 2 erfassten Daten umfassen dabei insbesondere Radardetektionen mit einer so genannten Range in einer in 9 näher dargestellten Radar-Ziel-Liste 3, auch als Radar-Target-List bezeichnet, eine anhand des Dopplereffekts ermittelte radiale Geschwindigkeit, den Elevations-Einbauwinkel Θ_el und den Azimut-Einbauwinkel Θ_az.
In einem weiteren Verfahrensschritt S2 wird eine Spurbildung, auch als Tracking bezeichnet, der mittels des Radarsensors 2 in einer Umgebung erfassten, sich relativ zum Fahrzeug 1 bewegenden Objekte O1 bis O8 durchgeführt und jeweils eine Höhe h der Objekte O1 bis O8 ermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt S3 erfolgt ein Abgleich einer Eigenbewegung des Radarsensors 2 mit einer Langzeit-Eigenbewegung des Fahrzeugs 1, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt S4 jeweils eine Höhe h von sich in einem vorgegebenen Nahbereich des Radarsensors 2 befindlichen und von diesem erfassten Objekten O1 bis O8 ermittelt wird und anhand in den Verfahrensschritten S1 bis S4 ermittelter Ergebnisse in einem weiteren Verfahrensschritt S5 eine Fusion der zu bestimmenden Einbauorientierung in Azimut und Elevation durchgeführt wird.
8 zeigt eine Anordnung des Fahrzeugs 1 mit dem Radarsensor 2 und in dessen Umgebung befindlicher Objekte O1 bis O7 sowie eine Darstellung der Online-Grobkalibrierung des Azimut-Einbauwinkels Θ_az des Radarsensors 2 gemäß Verfahrensschritt S1.
Hierbei bewegen sich das Fahrzeug 1 und der Radarsensor 2 mit der Fahrzeugeigengeschwindigkeit v. Dadurch bewegen sich die Objekte O1 bis O7 jeweils mit einer Relativgeschwindigkeit v₁ bis v₇ und einer radialen Relativgeschwindigkeit v_r1 bis v_r7 auf das Fahrzeug 1 und den Radarsensor 2 zu. Die Relativgeschwindigkeiten v₁ bis v₇ und die radialen Relativgeschwindigkeiten v_r1 bis v_r7 sind dabei in Bezug auf einen jeweiligen Richtungswinkel Θ_-3 bis Θ₃ dargestellt.
Bei dieser Bewegung wird eine Bewegungsrichtung des Radarsensors 2 bestimmt und eine Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 aufgezeichnet. Betrachtet werden hierbei alle stehenden Ziele, d. h. die Objekte O1 bis O7, welche sich auf das Fahrzeug 1 zubewegen.
Eine absolute Sensorgeschwindigkeit, welche der absoluten Fahrzeugeigengeschwindigkeit v entspricht, und eine Bewegungsrichtung des Radarsensors 2 ergeben sich anhand eines robusten Fits einer Kosinusfunktion, welche im unteren Abschnitt der 8 dargestellt ist. Der Fit wird beispielsweise mittels eines so genannten RANSAC-Algorithmus durchgeführt. Hierbei werden alle radialen Relativgeschwindigkeiten v_r1 bis v_r7 der Objekte O1 bis O7 über dem Richtungswinkel Θ_-3 bis Θ₃ abgetragen. Aus der entstehenden Kosinusfunktion geht eine Eigenbewegung des Radarsensors 2 hervor, wobei sich die Bewegungsrichtung des Radarsensors 2 bezogen auf eine Fahrzeuglängsachse y aus einer Extremstelle der Kosinusfunktion, im dargestellten Ausführungsbeispiel am Richtungswinkel Θ_-2 ergibt. Diese Bewegungsrichtung des Radarsensors 2 wird gespeichert.
Die gespeicherte Bewegungsrichtung des Radarsensors 2 bezogen auf die Fahrzeuglängsachse y wird bereits am Anfang der Bewegung von Fahrzeug 1 und Radarsensor 2, insbesondere nach den ersten Metern, an Zeitpunkten ausgewertet und statistisch erfasst, an welchen das Fahrzeug 1 weitestgehend geradeaus fährt und eine offsetkompensierte Gierrate des Fahrzeugs 1 nahe dem Wert Null ist.
Mittels einer statistischen Auswertung der geschätzten Bewegungsrichtungen zu diesen Zeitpunkten ergibt sich eine mittlere Bewegungsrichtung des Radarsensors 2. Dadurch, dass nur Zeitpunkte verwendet werden, zu denen das Fahrzeug 1 weitestgehend geradeaus fährt, ergibt sich aus der geschätzten mittleren Bewegungsrichtung des Radarsensors 2 eine erste grobe Einbauorientierung in Azimut, welche zunächst eine Basis für alle weiteren Betrachtungen bildet. Die Einbauorientierung in Elevation wird zunächst auf einen definierten Standardwert gesetzt, beispielsweise 0°.
In 9 ist ein Blockschaltbild einer ersten Anordnung zur Ermittlung des Elevations-Einbauwinkels Θ_el des Radarsensors 2 dargestellt, mittels welcher der zweite Verfahrensschritt S2 durchgeführt wird.
Nachdem die erste grobe Einbauorientierung in Azimut geschätzt wurde, werden sich relativ zum Fahrzeug 1 bewegende Objekte O1 bis O8 aus der Radar-Ziel-Liste 3 in der Umgebung mit so genannten Trackingverfahren TV, beispielsweise mittels eines Kalman-Filters, getrackt bzw. es erfolgt eine Spurbildung. Dabei werden in einem Zustandsvektor auch die Höhe h der Objekte O1 bis O8 und somit der Elevations-Einbauwinkel Θ_el des Radarsensors 2 mitgeschätzt.
Der geschätzte Elevations-Einbauwinkel Θ_el des Radarsensors 2 wird bezogen auf alle getrackten Objekte O1 bis O8 mit einer Entfernung von beispielsweise mehr als 20 m in einer Datenbank 4 gespeichert und in einer statistischen Analyse STA ausgewertet. Aufgrund dessen, dass sich im Mittel über längere Zeiträume alle weiter entfernten getrackten Objekte O1 bis O8 immer oder nahezu auf Sensorhöhe bewegen und eine Straßenoberfläche im Mittel eben ist, ist eine Schätzung des Elevations-Einbauwinkels Θ_el des Radarsensors 2 in einer Online-Kalibrierung OKA möglich.
Das heißt, es wird angenommen, dass die Straßenoberfläche im Mittel eben ist und dass getrackte Radarreflexe in der Höhe über verschiedene Fahrzeuge variieren.
Dieser Umstand ist in 10 anhand eines Verlaufs des Elevations-Einbauwinkels Θ_el des Radarsensors 2 in Abhängigkeit eines Abstands d zu einem erfassten Objekt O1 bis O8 dargestellt.
Es wird an einer Kurve K1 deutlich, dass sich bei einer Höhenvariation der Radarreflexe von +/–0,6 m zur Sensorhöhe bei einem Abstand d zum Objekt O1 bis O8 von 150 m sich ein Elevations-Einbauwinkel Θ_el von 0,22° ergibt. Dies erlaubt eine Schätzung der Einbauorientierung in Elevation mit einer Genauigkeit von ca. 0,2°.
Unter der Annahme einer Schwankung von 0,2 m gemäß einer Kurve K3 ergibt sich eine Genauigkeit der Schätzung der Einbauorientierung in Elevation von ca. 0,1°.
Kurve K2 zeigt den Verlauf des Elevations-Einbauwinkels Θ_el des Radarsensors 2 in Abhängigkeit des Abstands d zum erfassten Objekt O1 bis O8 bei einer Höhenvariation der Radarreflexe von +/–0,4 m zur Sensorhöhe.
In 11 ist ein Blockschaltbild einer zweiten Anordnung zur Ermittlung des Elevations-Einbauwinkels Θ_el des Radarsensors 2 dargestellt, mittels welcher der Verfahrensschritt S2 durchgeführt wird. Im Unterschied zu der in 9 dargestellten ersten Anordnung erfolgt zusätzlich ein Abgleich AGL der mittels des Radarsensors 2 gemessenen Daten mit in einer weiteren Datenbank 5, insbesondere einer so genannten Grund-Truth-Datenbank, hinterlegten Daten.
Hierbei werden insbesondere alle anhand aller getrackten Objekte O1 bis O8 mit einem Abstand d von mehr als 20 m ermittelten Elevations-Einbauwinkel Θ_el des Radarsensors 2 mit den Daten der weiteren Datenbank 5 abgeglichen. Diese in der weiteren Datenbank 5 hinterlegten Daten wurden mittels eines ideal verbauten Radarsensors 2 vorberechnet und innerhalb der weiteren Datenbank 5 gespeichert.
12 zeigt eine Seitenansicht des Fahrzeugs 1 und einen Erfassungsbereich E des an dem Fahrzeug 1 angeordneten Radarsensors 2.
Zur Durchführung des Verfahrensschritts S3, d. h. dem Abgleich der Eigenbewegung des Radarsensors 2 mit einer Langzeit-Eigenbewegung des Fahrzeugs 1, bewegt sich das Fahrzeug 1 mit einer Fahrzeugeigengeschwindigkeit v auf das Objekt O1 zu, welches von einer Fahrbahnoberfläche erhaben ist und eine Höhe h aufweist.
Der Erfassungsbereich E ist im Querschnitt trichterförmig ausgebildet und weist einen Öffnungswinkel Θ sowie mehrere vertikale Auflösungszellen δcr auf. Bei einer Annäherung des Fahrzeugs 1 an das Objekt O1 ändert sich eine Positionierung des Objekts O1 innerhalb des Erfassungsbereichs E des Radarsensors 2. Das die Radarsignale reflektierende Objekt O1 erzeugt dabei Dopplerfrequenzen f_d, f_d1 bis f_d5 im empfangenen Radarsignal, deren radiale Relativgeschwindigkeit v_r, v_r1 bis v_r5 sich bei der Änderung der Positionierung des Objekts O1 innerhalb des Erfassungsbereichs E ändert. Je geringer die Höhe h des Objekts O1 ist, umso größer ist ein Abstand des Objekts O1 von einer Radarantennenachse, auch als Radar- oder Sensor-Boresight bezeichnet. Mit wachsendem Abstand von der Radarantennenachse, d. h. mit sinkender Höhe h und/oder geringerem Abstand d zum Fahrzeug 1, sinkt die radiale Relativgeschwindigkeit v_r, v_r1 bis v_r5, was für verschiedene Auflösungszellen δcr und deren zugehörige Richtungswinkel Θ₁ bis Θ₅ dargestellt ist. Somit ist unter Kenntnis der Fahrzeugeigengeschwindigkeit v und des Abstands d zwischen Objekt O1 und Fahrzeug 1 die Höhe h des Objekts O1 ermittelbar.
Dabei wird die Höhe h aus einem Verhältnis der radialen Relativgeschwindigkeit v_r, v_r1 bis v_r5 der Fahrzeugeigengeschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 an das Objekt O1 und einer Längsgeschwindigkeitskomponente der Fahrzeugeigengeschwindigkeit v (die Längsgeschwindigkeitskomponente entspricht der dargestellten, mit dem Bezugszeichen v gekennzeichneten Fahrzeugeigengeschwindigkeit v) unter Berücksichtigung des Abstands d des Fahrzeugs 1 zum Objekt O1 ermittelt.
Diese Ermittlung erfolgt insbesondere gemäß folgender Gleichungen: ΔH = H – h (1) tan(α) = ΔH / d (2) ν_r = νcos(α) = νcos(arctan( ΔH / d)) (3)
Die Höhe des Objekts O1 wird gemäß
zu jedem Zeitpunkt berechnet.
Somit ist eine in 14 dargestellte Korrektur KOR der radialen Relativgeschwindigkeit v_r, v_r1 bis v_r5 bezüglich aller gemessenen Elevations-Einbauwinkel Θ_el zum Objekt O1 bei verschiedenen Abständen d möglich.
Geometrische Verhältnisse zwischen dem Radarsensor 2 und dem Objekt O1 sind, dabei in 13 dargestellt, wobei sich ein Höhenunterschied ΔH gemäß Gleichung (1) aus einer Differenz zwischen einer Einbauhöhe H des Radarsensors 2 und der Höhe h des Objekts O1 ergibt. Gemäß den Gleichungen (2) und (3) ergibt sich die radiale Relativgeschwindigkeit v_r aus der Längsgeschwindigkeitskomponente der Fahrzeugeigengeschwindigkeit v, einem Winkel α zwischen der radialen Relativgeschwindigkeit v_r und Längsgeschwindigkeitskomponente der Fahrzeugeigengeschwindigkeit v sowie dem Höhenunterschied ΔH und dem Abstand d zwischen Fahrzeug 1, d. h. dem Radarsensor 2, und dem Objekt O1.
14 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrensschritts S3, d. h. zum Abgleich der Eigenbewegung des Radarsensors 2 mit der Langzeit-Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 sowie die radiale Relativgeschwindigkeit v_r in Abhängigkeit des Öffnungswinkels Θ
Hierbei erfolgt die beschriebene Korrektur KOR der radialen Relativgeschwindigkeit v_r bezüglich des jeweils gemessenen Elevations-Einbauwinkels Θ_el für alle in der Radar-Ziel-Liste 3 enthaltenen Objekte O1 bis O8.
Anschließend werden in einem ersten Verfahrensschritt RS1 eines RANSAC-Algorithmus zwei beliebige Punkte P1 bis Pn ausgewählt und in einem zweiten Verfahrensschritt RS2 des RANSAC-Algorithmus wird eine Kosinusfunktion durch diese Punkte P1 bis Pn bestimmt. Anschließend wird in einem dritten Verfahrensschritt RS3 des RANSAC-Algorithmus ein Abstand der radialen Relativgeschwindigkeit v_r aller Punkte P1 bis Pn zu dieser Kosinusfunktion bestimmt, bevor in einem vierten Verfahrensschritt RS4 des RANSAC-Algorithmus eine Bewertung des Fits der Kosinusfunktion durch Bildung eines Korridors und Durchführung einer Gewichtung durchgeführt wird.
Anschließend erfolgt in einem Schritt SR1 eine Ermittlung einer besten Kosinus-Approximation sowie in einem Schritt SR2 die Durchführung von Detektionen statischer Punkte P1 bis Pn innerhalb des festgelegten Korridors der Kosinusfunktion und in einem Schritt SR3 die Ermittlung der Eigenbewegung des Radarsensors 2. Bei dieser Ermittlung werden die Punkte P1 bis Pn berücksichtigt, welche sich innerhalb des festgelegten Korridors der Kosinusfunktion befinden (dargestellt durch gefüllte Kreise). Punkte P1 bis Pn, welche sich außerhalb des festgelegten Korridors der Kosinusfunktion befinden und so genannte Ausreißer oder Outlier bilden (dargestellt durch ungefüllte Kreise), werden dagegen nicht berücksichtigt.
Zum Abgleich der Eigenbewegung des Radarsensors 2 mit der Langzeit-Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 wird beispielsweise auf einer längeren Autobahn- oder Landstraßenfahrt anhand der mittels des Radarsensors 2 erfassten Daten, wie zuvor beschrieben, die Eigenbewegung des Radarsensors 2 berechnet und über die Zeit integriert. Weiterhin wird ein zurückgelegter Weg berechnet.
Zusätzlich wird eine geografische Position, beispielsweise eine GPS-Position, der Autobahn- oder Landstraßenstrecke über die Zeit aufgezeichnet und daraus ebenfalls der zurückgelegte Weg berechnet.
Die GPS-Position hat eine Genauigkeit von ungefähr 5 m und wird absolut gemessen. Nach größeren zurückgelegten Distanzen ist daher die Genauigkeit der Berechnung des zurückgelegten Wegs deutlich höher als bei der Berechnung über die integrierte Eigenbewegung des Radarsensors 2.
Ist die Einbauorientierung des Radarsensors 2 in Elevation falsch, dann liefert die Korrektur der radialen Relativgeschwindigkeit v_r bezüglich des Elevations-Einbauwinkels Θ_el zu kleine Geschwindigkeitswerte und somit ist auch der aus der Eigenbewegung des Radarsensors 2 ermittelte zurückgelegte Weg zu kurz.
Mittels eines Schätzverfahrens wird die Einbauorientierung des Radarsensors 2 in Elevation ermittelt, indem eine Differenz zwischen dem anhand der geografischen Position ermittelten zurückgelegten Weg und dem anhand der Eigenbewegung des Radarsensors 2 zurückgelegten Weg ermittelt und minimiert wird.
Die gespeicherte Bewegungsrichtung des Radarsensors 2 bezogen auf die Fahrzeuglängsachse y wird dauerhaft ausgewertet und statistisch erfasst, an denen das Fahrzeug 1 weitestgehend geradeaus fährt, d. h. die offsetkompensierte Gierrate des Fahrzeugs 1 nahe dem Wert Null ist. Damit wird mittels eines Schätzverfahrens auf die Einbauorientierung in Azimut geschlossen.
In 15 ist eine Seitenansicht des Fahrzeugs 1 und des Erfassungsbereichs E des an dem Fahrzeug 1 angeordneten Radarsensors 2 sowie ein in einem Nahbereich des Radarsensors 2 befindliches Objekt O2 dargestellt, wobei das Objekt O2 eine ebene Wand ist, deren Flachseite sich senkrecht zur optischen Achse des Radarsensors 2 erstreckt.
Zur Durchführung des Verfahrensschritts S4, d. h. zur Ermittlung der Höhe h des sich in dem Nahbereich des Radarsensors 2 befindlichen und von diesem erfassten Objekt O2 wird davon ausgegangen, dass das als Wand ausgebildete Objekt O2 nur die vom Radarsensor 2 ausgesendeten Wellen an diesen zurück reflektiert, welche in Elevation mit einem Winkel von 90° auf dieses treffen.
Dieser Ansatz findet insbesondere dann Anwendung, wenn sich das Fahrzeug 1 an im Nahbereich befindliche Garagen oder Parkplätzen annähert, bei welchen dieses nah an eine Wand fährt oder nah an Wänden vorbeifährt. Aus dem Reflexionsgesetz ergibt sich, dass der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist, d. h. bei einer glatten Wand werden vom Radarsensor 2 häufig nur reflektierte Wellen empfangen, welche ursprünglich mit einem Winkel von 90° auf die Wand getroffen sind. Der mit den Radar-Targets bzw. dem Objekt O2 oder mehreren Punkten P1 bis Pn auf dem Objekt O2 ermittelte Elevations-Einbauwinkel Θ_el gibt bei einer nahen Wand negiert die Einbauorientierung in Elevation wieder. Für jede Parkplatz- oder Garagenanfahrt wird nun eine Einbauorientierung in Elevation berechnet und über mehrere Fahrten gemittelt.
Zu einer genauen Ermittlung der Einbauorientierung des Radarsensors 2 werden die in den Verfahrensschritten S1 bis S4 ermittelten Ergebnisse in dem Verfahrensschritt S5 fusioniert.
In jeder in den Verfahrensschritten S1 bis S4 durchgeführten Ermittlung wird eine Konfidenz mit einem Wertebereich von 0 bis 1 ermittelt, welche angibt, wie sicher die Schätzung der Ergebnisse ist. Ist aufgrund fehlender Voraussetzungen eine Schätzung nicht möglich, dann ist die Konfidenz 0. Die Einbauorientierungen in Elevation und Azimut werden durch eine gewichtete Fusion bestimmt, wobei sich das Gewicht aus der Konfidenz der Schätzung ergibt.
Die fusionierten Einbauorientierungen werden in einer möglichen Ausgestaltung zusätzlich mit einem zeitlichen Filter geglättet und/oder die Fusion wird direkt mit diesem Filter durchgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Radarsensor
3: Radar-Ziel-Liste
4: Datenbank
5: Datenbank
AGL: Abgleich
E: Erfassungsbereich
d: Abstand
f_d, f_d1 bis f_d5: Dopplerfrequenz
h: Höhe
H: Einbauhöhe
KOR: Korrektur
K1 bis K3: Kurve
OKA: Online-Kalibrierung
O1 bis O8: Objekt
P: Parkplatz
P1 bis Pn: Punkt
RS1 bis RS4: Verfahrensschritt
S1 bis S5: Verfahrensschritt
SR1 bis SR3: Schritt
STA: statistische Analyse
TV: Trackingverfahren
v: Fahrzeugeigengeschwindigkeit
v₁ bis v₇: Relativgeschwindigkeit
v_r,v_r1 bis v_r7: radiale Relativgeschwindigkeit
y: Fahrzeuglängsachse
α: Winkel
δcr: Auflösungszelle
ΔH: Höhenunterschied
Θ: Öffnungswinkel
Θ_-3 bis Θ₅: Richtungswinkel
Θ_az: Azimut-Einbauwinkel
Θ_el: Elevations-Einbauwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013021401 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Einbauorientierung zumindest eines an einem Fahrzeug (1) angeordneten Radarsensors (2), dadurch gekennzeichnet, dass – zur Bestimmung der Einbauorientierung ein Azimut-Einbauwinkel (Θ_az) und ein Elevations-Einbauwinkel (Θ_el) ermittelt werden, wobei – in einem Verfahrensschritt (S1) anhand erfasster Eingangsgrößen eine Online-Grobkalibrierung des Azimut-Einbauwinkels (Θ_az) durchgeführt wird, – in einem weiteren Verfahrensschritt (S2) eine Spurbildung mittels des Radarsensors in einer Umgebung erfasster sich relativ zum Fahrzeug (1) bewegender Objekte (O1 bis O8) durchgeführt und jeweils eine Höhe (h) der Objekte (O1 bis O8) ermittelt wird, – in einem weiteren Verfahrensschritt (S3) eine Eigenbewegung des Radarsensors (2) mit einer Langzeit-Eigenbewegung des Fahrzeugs (1) abgeglichen wird, – in einem weiteren Verfahrensschritt (S4) jeweils eine Höhe (h) von sich in einem vorgegeben Nahbereich des Radarsensors (2) befindlichen und von diesem erfassten Objekten (O1 bis O8) ermittelt wird und – anhand in den Verfahrensschritten (S1 bis S4) ermittelter Ergebnisse eine Fusion der zu bestimmenden Einbauorientierung in Azimut und Elevation durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgröße eine Einbauposition des Radarsensors (2) am Fahrzeug (1), eine Fahrzeugeigengeschwindigkeit (v), eine Fahrzeuggierrate, eine Fahrzeugposition und/oder mittels des Radarsensors (2) erfasste Daten berücksichtigt werden bzw. wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fusion mittels eines zeitlichen Filters durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fusion bestimmten Ergebnisse der Einbauorientierung in Azimut und Elevation mittels eines zeitlichen Filters geglättet werden.