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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors eines Kraftfahrzeugs, bei welchem während das Kraftfahrzeug relativ zu einem Objekt bewegt wird, mittels einer Recheneinrichtung von zwei Empfangseinrichtungen des Sensors fortlaufend jeweils ein Empfangssignal empfangen wird, welches ein von dem Sensor ausgesendetes und von dem Objekt reflektiertes Sensorsignal beschreibt, anhand einer Phasendifferenz der Empfangssignale einen Messwinkel zwischen dem Sensor und dem Objekt bestimmt wird und anhand der Empfangssignale fortlaufend eine relative Lage zwischen dem Sensor und dem Objekt bestimmt wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Recheneinrichtung für ein Fahrerassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem mit zumindest einem Sensor und einer derartigen Recheneinrichtung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Fahrerassistenzsystem.
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Aus dem Stand der Technik sind Fahrerassistenzsysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, mit denen ein Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden kann. Zu diesem Zweck umfasst das Fahrerassistenzsystem üblicherweise eine Mehrzahl von Sensoren, die beispielsweise verteilt an dem Kraftfahrzeug angeordnet sein können. Diese Sensoren beziehungsweise Abstandssensoren können beispielsweise ein Sensorsignal aussenden, welches dann von einem Objekt beziehungsweise einem Hindernis in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektiert wird und wieder zu dem Sensor gelangt. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Sensorsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Sensorsignals beziehungsweise des Echos des Sensorsignals kann dann der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt bestimmt werden. Derartige Sensoren können beispielsweise Ultraschallsensoren, Laserscanner, Lidar-Sensoren oder Radarsensoren sein. Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Radarsensoren für Kraftfahrzeuge. Diese Radarsensoren werden beispielsweise bei einer Frequenz von ca. 24 GHz oder ca. 79 GHz betrieben. Die Radarsensoren dienen im Allgemeinen zur Detektion eines Objekts in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs. Die Radarsensoren können Teil von unterschiedlichen Fahrerassistenzsystemen sein, die den Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs unterstützen. Radarsensoren messen einerseits den Abstand zwischen dem Objekt und dem Kraftfahrzeug. Andererseits messen die Radarsensoren auch die Relativgeschwindigkeit zu dem Objekt. Ferner messen die Radarsensoren auch einen Messwinkel beziehungsweise einen sogenannten Zielwinkel, also einen Winkel zwischen einer gedachten Verbindungslinie zu dem Objekt und einer Referenzlinie, etwa der Fahrzeuglängsachse.
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Radarsensoren werden üblicherweise hinter dem Stoßfänger platziert, beispielsweise in den jeweiligen Eckbereichen des Stoßfängers. Zur Detektion des Zielobjekts sendet der Radarsensor ein Sensorsignal in Form einer elektromagnetischen Welle aus. Dieses Sensorsignal wird dann an dem zu detektierenden Objekt reflektiert und wird wieder von dem Radarsensor als Echo empfangen. Vorliegend gilt das Interesse insbesondere den sogenannten Frequenzmodulations-Dauerstrich-Radarsensoren, die auch als Frequency Modulated Continous Wave Radar oder als FMCW-Radar bezeichnet werden. Dabei umfasst das Sensorsignal üblicherweise eine Sequenz von frequenzmodulierten Chipsignalen, welche der Reihe nach ausgesendet werden. Zum Erhalten eines Empfangssignals wird das reflektierte Sendesignal dabei zunächst in das Basisband herabgemischt und anschließend mittels eines Analog-Digital-Wandlers abgetastet. Somit kann eine Reihe von Abtastwerten bereitgestellt werden. Diese Abtastwerte des Empfangssignals werden dann mittels einer elektronischen Recheneinrichtung verarbeitet. Diese Recheneinrichtung, die beispielsweise einen digitalen Signalprozessor umfasst, ist insbesondere in den Radarsensor integriert.
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Mit dem Radarsensor wird üblicherweise in horizontaler Richtung ein relativ breiter azimutaler Winkelbereich erfasst, der beispielsweise 150° betragen kann. Der Radarsensor weist also einen relativ großen azimutalen Erfassungswinkel auf, so dass das Sichtfeld bzw. der Erfassungsbereich des Radarsensors in Azimutrichtung entsprechend breit ist. Dieser azimutale Erfassungsbereich kann in kleinere Teilbereiche unterteilt sein, welche der Reihe nach mittels des Radarsensors bestrahlt werden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise die Hauptkeule der Sendeantenne elektronisch in Azimutrichtung verschwenkt, beispielsweise nach dem Phase-Array-Prinzip.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 10 2004 046 873 A1 einen Radarsensor und ein zugehöriges Verfahren zur Abstands- und Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird eine zeitliche Veränderung eines Reflexionspunkts der Radarstrahlung auf dem Objekt ermittelt und eine Klassifikation des detektierten Objekts in Abhängigkeit der zeitlichen Veränderung des Reflexionspunkts ermittelt. Diese Objektklassifikation wird vorteilhafterweise auch wieder zur genaueren Objektpositionsvorhersage genutzt. Dabei wird insbesondere die Veränderung des Reflexionspunkts über einen vorbestimmten Zeitraum erfasst. Hierdurch ist es möglich, durch Objektwanderungen, die zeitlich veränderlich sind, auf die Größe des Objekts schließen zu können.
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Ferner ist in der
DE 10 2012 224 499 A1 ein Verfahren zum Erkennen eines Raums eines Seitenstreifens unter Verwendung eines Ultraschallwellensensors, eines Radars und einer Abbildungsvorrichtung beschrieben. Mit dem Verfahren sollen insbesondere feststehende Objekte, beispielsweise Leitplanken, und bewegliche Objekte unter Verwendung eines Dopplereffekts des Radars identifiziert werden. Beispielsweise kann überprüft werden, ob ein Abstand zwischen einem feststehenden Objekt und dem Fahrzeug für eine voreingestellte Zeit oder länger konstant ist. In diesem Fall kann dann das feststehende Objekt als Leitplanke bestimmt werden.
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Zudem beschreibt die
DE 10 2013 209 530 A1 ein Verfahren zur Bestimmung eines Evaluations-Dejustagewinkels eines Radarsensors eines Fahrzeugs. Hierzu werden Evaluationswinkel von Radarortungen in Bezug auf ein Koordinatensystem des Radarsensors bestimmt, wobei jeweils basierend auf Radarechos, die mit wenigstens zwei in Evaluationsrichtung sich unterscheidenden Antennencharakteristiken erhalten werden, ein Evaluationswinkel einer Radarortung bestimmt wird. Zudem wird der Evaluations-Dejustagewinkel auf Basis einer Häufigkeitsverteilung der Evaluationswinkel von zumindest einigen der Radarortungen bestimmt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie ein Sensor für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Radarsensor, einfacher und zuverlässiger kalibriert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Recheneinrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Kalibrieren eines Sensors eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird während das Kraftfahrzeug relativ zu einem Objekt bewegt wird, mittels einer Recheneinrichtung von zwei Empfangseinrichtungen des Sensors fortlaufend jeweils ein Empfangssignal empfangen, welches ein von dem Sensor ausgesendetes und von dem Objekt reflektiertes Sensorsignal beschreibt. Zudem wird anhand einer Phasendifferenz der Empfangssignale ein Messwinkel zwischen dem Sensor und dem Objekt bestimmt. Ferner wird anhand der Empfangssignale fortlaufend eine relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt bestimmt. Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass mittels der Recheneinrichtung ein Referenzzeitpunkt bestimmt wird, zu welchem die relative Lage einer vorbestimmten Referenzlage entspricht, für welche ein Referenzwinkel zwischen dem Sensor und dem Objekt bekannt ist. Ferner wird der Messwinkel für den Referenzzeitpunkt bestimmt und der Sensor wird anhand eines Vergleichs des Messwinkels zu dem Referenzzeitpunkt mit dem Referenzwinkel kalibriert.
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Das vorliegende Verfahren betrifft das Kalibrieren eines Sensors, welches insbesondere während der Bewegung des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann. Bei dem Sensor handelt es sich um einen Sensor, mit dem Objekte in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden können. Mit dem Sensor kann ein Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt bestimmt werden. Zudem kann mit dem Sensor ein Messwinkel zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt bestimmt werden. Der Sensor kann beispielsweise ein Radarsensor, ein Lidar-Sensor oder ein Laserscanner sein. Während das Kraftfahrzeug relativ zu dem Objekt bewegt wird, können mit dem Sensor mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Messzyklen durchgeführt werden. Bei jedem der Messzyklen kann mit einer entsprechenden Sendeeinheit des Sensors ein Sensorsignal ausgesendet werden. Dieses Sensorsignal wird dann von dem Objekt reflektiert und gelangt wieder zu dem Sensor zurück. Vorliegend umfasst der Sensor zumindest zwei Empfangseinrichtungen, mit denen jeweils ein Empfangssignal bereitgestellt werden kann. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die zumindest zwei Empfangseinrichtungen einen bekannten Abstand zueinander aufweisen. Anhand der Phasendifferenz zwischen den Empfangssignalen, die mit den Empfangseinrichtungen bereitgestellt werden, kann dann der Messwinkel zwischen dem Kraftfahrzeug beziehungsweise dem Sensor und dem Objekt bestimmt werden. Der Messwinkel zwischen dem Sensor und dem Objekt kann gemäß dem Monopulsverfahren bestimmt werden. Alternativ dazu kann es vorgesehen sein, dass das sogenannte digitale Beamforming verwendet wird, um den Messwinkel zu bestimmen. Dabei kann ein Koordinatensystem in Bezug auf den Sensor oder das Kraftfahrzeug vorgegeben werden, relativ zu dem der Messwinkel zwischen dem Sensor und dem Objekt bestimmt wird.
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Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass anhand der Empfangssignale eine relative Lage zwischen dem Sensor und dem Objekt bestimmt wird. Hierzu kann in den mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Messzyklen jeweils der Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt bestimmt werden. Der Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt kann dabei anhand der Laufzeit des mit dem Sensor ausgesendeten Sensorsignals bestimmt werden. Die Empfangssignale, die mit den Empfangseinrichtungen des Sensors bereitgestellt werden, werden zur weiteren Verarbeitung an eine Recheneinrichtung übertragen. Diese Recheneinrichtung kann beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät des Kraftfahrzeugs gebildet sein. Mittels der Recheneinrichtung können dann die Empfangssignale entsprechend ausgewertet werden. Mit der Recheneinrichtung kann sowohl der Messwinkel zwischen dem Sensor und dem Objekt als auch die relative Lage zwischen dem Sensor und dem Objekt bestimmt werden.
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Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass mittels der Recheneinrichtung ein Referenzzeitpunkt bestimmt wird, an welchem die relative Lage zwischen dem Sensor und dem Objekt einer vorbestimmten Referenzlage entspricht. Hierzu kann die Recheneinrichtung die Empfangssignale, die in den zeitlich aufeinanderfolgenden Messzyklen bestimmt wurden, entsprechend auswerten. Insbesondere kann mittels der Recheneinrichtung für jeden der Messzyklen der Abstand beziehungsweise die relative Lage zwischen dem Sensor und dem Objekt bestimmt werden. Somit kann überprüft werden, wann der Referenzzeitpunkt eintritt, an dem der Sensor und das Objekt eine vorbestimmte Referenzlage zueinander aufweisen. Für diese vorbestimmte Referenzlage ist ein Referenzwinkel zwischen dem Sensor und dem Objekt bekannt. Weiterhin ist es vorgesehen, dass für diesen Referenzzeitpunkt der Messwinkel bestimmt wird. Der Messwinkel wird, wie zuvor erläutert, anhand der Phasendifferenz der Empfangssignale bestimmt. Somit können der Messwinkel, der an dem Referenzzeitpunkt bestimmt wurde und der bekannte Referenzwinkel miteinander verglichen werden. In Abhängigkeit von dem Vergleich des Messwinkels mit dem Referenzwinkel kann dann der Sensor kalibriert werden. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich bei der Messung und insbesondere der Winkelmessung zwischen dem Sensor und dem Objekt, Fehler ergeben können, die beispielsweise durch Montagetoleranzen begründet sind. Ferner können diese durch die Eigenschaften des Fahrzeugs begründet sein. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass der Sensor verdeckt hinter einem Stoßfänger des Kraftfahrzeug angeordnet ist. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass der Sensor als Radarsensor ausgebildet ist. In diesem Fall können die Formgebung des Stoßfängers, der Lack und das Material des Stoßfängers einen Einfluss auf die Winkelmessung haben. Diese Toleranzen können vorliegend im eingebauten Zustand des Sensors und während der Fahrt des Kraftfahrzeugs korrigiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug an dem Objekt vorbeibewegt wird und hierbei die zeitlich aufeinanderfolgenden Messzyklen durchgeführt werden. Die in den Messzyklen bestimmten Empfangssignale können anschließend ausgewertet werden. Mit dem Verfahren kann ein systematischer Winkelfehler, welcher beispielsweise durch systematische Ungenauigkeiten des Sensor selbst und/oder durch Toleranzen beim Einbau des Sensors begründet ist, bestimmt werden. Damit kann der Sensor nach dem Einbau in das Kraftfahrzeug zuverlässig kalibriert werden.
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Bevorzugt wird die Referenzlage derart vorbestimmt, dass eine gedachte Verbindungslinie zwischen dem Sensor und dem Objekt senkrecht zu einer Fahrzeuglängsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, kann es sich bei dem Sensor um einen Radarsensor handeln. Dieser kann beispielsweise an einem seitlichen Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. In der Recheneinrichtung können zudem eine Solleinbaulage beziehungsweise eine Solleinbauposition des Sensors hinterlegt sein. Die Solleinbaulage kann insbesondere die Ausrichtung des Sensors zu einem Referenzpunkt des Kraftfahrzeugs beschreiben. Darüber hinaus kann in der Recheneinrichtung der Erfassungsbereich des Sensors hinterlegt sein. Der Erfassungsbereich beschreibt insbesondere den Bereich, in dem mit dem Sensor Objekte erkannt werden können. Insbesondere kann der Erfassungsbereich in Bezug auf einen azimutalen Winkelbereich vorgegeben sein. Vorliegend wird die Referenzlage derart vorbestimmt, dass eine direkte Verbindung zwischen dem Sensor und dem Objekt im Wesentlichen senkrecht zu der Fahrzeuglängsachse angeordnet ist. Mit anderen Worten wird die Referenzlage derart bestimmt, dass diese der Lage entspricht, bei der sich das Objekt direkt neben dem Sensor befindet. Eine derartige Referenzlage kann mittels der Recheneinrichtung anhand der Empfangssignale, welche eine Auskunft über den Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt liefern, einfach und zuverlässig bestimmt werden.
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In einer Ausführungsform wird zum Bestimmen des Referenzzeitpunkts anhand der Empfangssignale eine Mehrzahl von Abstandswerten, welche jeweils den Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt beschreiben, in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt. Wie bereits erläutert, können mit dem Sensor zeitlich aufeinanderfolgende Messzyklen durchgeführt werden. Für jeden der Messzyklen kann dann mit der Recheneinrichtung ein Abstandswert bestimmt werden, welcher den Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt beschreibt. Dieser kann anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Sensorsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Sensorsignals bestimmt werden. Somit kann in Abhängigkeit von der Zeit die relative Lage zwischen dem Sensor und dem Objekt bestimmt werden. Somit kann ermittelt werden, ob sich das Kraftfahrzeug auf das Objekt zubewegt oder ob sich das Kraftfahrzeug von dem Objekt wegbewegt. Zudem kann bestimmt werden, ob das Kraftfahrzeug aktuell die vorbestimmte Referenzlage erreicht hat. Der Zeitpunkt, an dem das Kraftfahrzeug die Referenzlage erreicht hat, kann dann als der Referenzzeitpunkt ausgegeben werden, zu welchem auch der Messwinkel bestimmt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform wird zum Bestimmen des Referenzzeitpunkts ein erster Abstandswert bestimmt, welcher einem minimalen Abstandswert der Mehrzahl von Abstandswerten entspricht. Der Zeitpunkt, an dem dieser minimale Abstandswert erreicht wird, wird dann als der Referenzzeitpunkt betrachtet. Wenn das Objekt beispielsweise statisch ist, sich also nicht bewegt, und das Kraftfahrzeug relativ zu dem Objekt bewegt wird, nimmt in diesem Fall der Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt zunächst ab. Nachdem die kürzeste Entfernung zwischen dem Sensor und dem Objekt beziehungsweise der minimale Abstandswert erreicht wurde, nimmt der Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt wieder zu. Dies spiegelt sich in dem zeitlichen Verlauf der Abstandswerte in Abhängigkeit von der Zeit wider. Der zeitliche Verlauf der Abstandswerte in Abhängigkeit von der Zeit weist zunächst einen fallenden Verlauf, anschließend ein Minimum und dann einen steigenden Verlauf auf. Somit kann auf einfache Weise anhand der Abstandswerte bestimmt werden, wann die Referenzlage erreicht ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn anhand des Vergleichs des Messwinkels für den Referenzzeitpunkt mit dem Referenzwinkel eine fehlerhafte Einbaulage des Sensors bestimmt wird und der Sensor anhand der bestimmten, fehlerhaften Einbaulage kalibriert wird. Vorliegend können also der Messwinkel, der an dem Referenzzeitpunkt bestimmt wird, und der bekannte Referenzwinkel miteinander verglichen werden. Insbesondere kann die fehlerhafte Einbaulage bezüglich eines azimutalen Winkelbereichs bestimmt werden. Wenn der Sensor eine fehlerhafte Einbaulage aufweist, wirkt sich diese auf alle Winkelmessungen in dem gesamten Erfassungsbereich aus. Dies kann bei der Kalibrierung des Sensors berücksichtigt werden. Hierzu kann beispielsweise zu dem jeweils ermittelten Messwert ein Offset beziehungsweise ein Korrekturwert bestimmt werden. Auf diese Weise kann der Messwinkel zwischen dem Sensor und dem Objekt besonders präzise bestimmt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird zu mindestens einem weiteren Zeitpunkt ein Sollwinkel zwischen dem Sensor und dem Objekt anhand des Referenzwinkels bestimmt, der Sollwinkel wird mit dem Messwinkel für den zumindest einen weiteren Zeitpunkt verglichen und der Sensor wird anhand des Vergleichs des Sollwinkels mit dem Messwinkel für den zumindest einen weiteren Zeitpunkt kalibriert. Der weitere Zeitpunkt kann beispielsweise zeitlich nach dem Referenzzeitpunkt liegen. Für diesen weiteren Zeitpunkt wird ein Sollwinkel zwischen dem Sensor und dem Objekt bestimmt. Dabei kann der Sollwinkel insbesondere in Abhängigkeit von dem Referenzwinkel bestimmt werden. Für den weiteren Zeitpunkt wird zudem anhand der Empfangssignale beziehungsweise anhand der Phasendifferenz zwischen den Empfangssignalen der Messwinkel bestimmt. Dieser Messwinkel wird dann mit dem Sollwinkel verglichen. Falls ein Unterschied zwischen dem Messwinkel für den Zeitpunkt und dem Sollwinkel vorliegt, kann der Sensor entsprechend kalibriert werden. Insbesondere ist es vorgesehen, dass für eine Mehrzahl von Zeitpunkten jeweils ein Sollwert bestimmt wird und der jeweilige Messwinkel für die Zeitpunkte bestimmt wird. Somit kann eine besonders präzise Kalibrierung des Sensors durchgeführt werden. Insbesondere können die Zeitpunkte derart gewählt werden, dass die Kalibrierung für unterschiedliche Winkel innerhalb des Erfassungsbereichs durchgeführt wird. Somit kann sichergestellt werden, dass der Sensor über den gesamten Erfassungsbereich, insbesondere den gesamten azimutalen Erfassungsbereich, hinweg eine genaue Messung liefert.
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In einer Ausführungsform wird zum Bestimmen des Sollwinkels der erste Abstandswert, welcher den Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt an dem Referenzzeitpunkt beschreibt, und ein zweiter Abstandswert, welcher den Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt an dem weiteren Zeitpunkt beschreibt, bestimmt werden. Hierbei kann zudem bestimmt werden, ob das Objekt statisch ist oder sich beim Bewegen des Kraftfahrzeugs zwischen dem Referenzzeitpunkt und dem weiteren Zeitpunkt bewegt. Wenn das Objekt statisch ist und das Kraftfahrzeug zwischen dem Referenzzeitpunkt und dem weiteren Zeitpunkt im Wesentlichen parallel zu dem Objekt bewegt wird, kann der Sollwinkel anhand eines rechtwinkligen Dreiecks bestimmt werden. Dabei entspricht der erste Abstandswert der Ankathete und der zweite Abstandswert entspricht der Hypotenuse des Dreiecks. Somit kann anhand der geometrischen Beziehungen der Sollwinkel auf einfache Weise bestimmt werden.
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Vorzugsweise wird zum Bestimmen des Sollwinkels ein Streckenwert, welcher einen mit dem Kraftfahrzeug zwischen dem Referenzzeitpunkt und dem weiteren Zeitpunkt zurückgelegten Weg beschreibt, bestimmt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der mit dem Kraftfahrzeug zurückgelegte Weg mittels Odometrie bestimmt wird. Anhand der geometrischen Beziehung kann dann der Sollwinkel anhand des ersten Abstandswerts und des zweiten Abstandswerts bestimmt werden. Mit anderen Worten wird der Streckenwert anhand von Odometriedaten bestimmt. Zu diesem Zweck können während des Bewegens des Kraftfahrzeugs zwischen dem Referenzzeitpunkt und dem weiteren Zeitpunkt die Umdrehungen zumindest eines Rades mit einem entsprechenden Sensor erfasst werden. Zudem können ein aktueller Lenkwinkel und/oder eine Drehrate des Kraftfahrzeugs bestimmt werden, um die Fahrtrichtung zu bestimmen. Diese Daten können der Recheneinrichtung zur Verfügung gestellt werden. Somit kann diese anhand der Sensordaten mittels Odometrie die Bewegung des Kraftfahrzeugs und somit den Streckenwert bestimmen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird der Messwinkel aus den Empfangssignalen anhand einer vorbestimmten Phasenkurve bestimmt und die Phasenkurve wird zum Kalibrieren des Sensors korrigiert. Die beiden Empfangseinrichtungen des Sensors weisen einen vorbestimmten Abstand zueinander auf. Von dem Sensorsignal, das von dem Objekt reflektiert wird, gelangen jeweilige Anteile zu den beiden Empfangseinrichtungen. Infolge des Abstands zwischen den Empfangseinrichtungen weisen die Anteile des reflektierten Sensorsignals und somit auch die Empfangssignale, die die jeweiligen Anteile des Sensorsignals beschreiben, einen Phasenversatz zueinander auf. Anhand einer entsprechenden Phasenkurve, welche beschreibt, welchem Messwinkel welche Phasendifferenz zugeordnet ist, kann dann der Messwinkel bestimmt werden. Anstatt einer Phasenkurve kann auch eine entsprechende Look-up-Tabelle verwendet werden. Beim Kalibrieren kann dann diese Phasenkurve entsprechend korrigiert werden. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass zunächst eine ideale Phasenkurve in der Recheneinrichtung hinterlegt wird. Im Betrieb des Kraftfahrzeugs kann diese Phasenkurve dann entsprechend korrigiert werden. Somit kann die Kalibrierung für das jeweilige Fahrzeug und den jeweiligen Sensor präzise durchgeführt werden. Falls das Kraftfahrzeug mehrere Sensoren aufweist, kann die Kalibrierung für jeden der Sensoren separat durchgeführt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Objekt, zu welchem das Kraftfahrzeug bewegt wird, ein stationäres Objekt oder ein bewegtes Objekt. Das Objekt, das mit dem Sensor erfasst wird, kann ein stationäres, also ein nicht bewegtes Objekt sein. Bei dem Objekt kann es sich beispielsweise um ein Objekt handeln, das am Rand einer Fahrbahn, auf welcher das Kraftfahrzeug bewegt wird, angeordnet ist. Beispielsweise kann das Objekt ein Teil einer Leitplanke sein. Anstelle eines kompletten Objekts kann die Messung mit dem Sensor auch bezüglich eines vorbestimmten Reflexionspunktes des Objekts durchgeführt werden. Bei dem Objekt kann es sich auch um ein bewegtes Objekt handeln.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem umfasst einen Abstandssensor, insbesondere einen Radarsensor, und die erfindungsgemäße Recheneinrichtung. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem eine Mehrzahl von Abstandssensoren beziehungsweise Radarsensoren umfasst, die verteilt an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind. Das Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise zur Totwinkelüberwachung, zur Kollisionswarnung oder dergleichen ausgebildet sein. Das Fahrerassistenzsystem kann auch als Spurwechselassistent ausgebildet sein.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung, das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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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 von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches ein Fahrerassistenzsystem mit einer Mehrzahl von Radarsensoren umfasst;
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2 eine schematische Darstellung eines Radarsensor mit zwei Empfangseinrichtungen;
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3 eine Phasenkurve zum Bestimmen eines Messwinkels zwischen dem Radarsensor und einem Objekt;
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4 das Kraftfahrzeug und das Objekt, welche eine vorbestimmte Referenzlage zueinander aufweisen;
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5 einen Abstandswert, welcher den Abstand zwischen dem Radarsensor und dem Objekt beschreibt, in Abhängigkeit von der Zeit; und
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6 das Kraftfahrzeug und das Objekt gemäß 4 zu einem späteren Zeitpunkt.
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In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches beispielsweise als Abstandsregeltempomat, Totwinkel-Assistent, Spurhalteassistent und/oder Spurwechselassistent ausgebildet sein kann.
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Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst zumindest einen Sensor 3, mit dem zumindest ein Objekt 8 in einem Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 erfasst werden kann. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Fahrerassistenzsystem 2 vier Sensoren 3, die jeweils als Radarsensoren ausgebildet sind. Mit den Radarsensoren kann ein Sensorsignal in Form von elektromagnetischer Strahlung ausgesendet werden, welches von dem Objekt 8 reflektiert wird. Die reflektierte elektromagnetische Strahlung gelangt als Echosignal wieder zu dem jeweiligen Sensor 3 beziehungsweise Radarsensor zurück. Anhand der Laufzeit kann ein Abstand zwischen dem Sensor 3 und dem Objekt 8 bestimmt werden. Vorliegend sind zwei Radarsensoren in einem Frontbereich 5 und zwei Radarsensoren in einem Heckbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Sensoren 3 beziehungsweise die Radarsensoren können beispielsweise verdeckt hinter einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Mit den jeweiligen Radarsensoren kann in horizontaler Richtung ein azimutaler Winkelbereich α erfasst werden, der in einem Bereich zwischen 150° und 180° liegen kann. Dieser azimutale Winkelbereich δ ist beispielhaft für den hinteren rechten Sensor 3 gezeigt. Die Radarsensoren können Objekte 8 bis zu einer Entfernung von 80 bis 100 m erfasst werden.
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Darüber hinaus umfasst das Fahrerassistenzsystem 2 eine Recheneinrichtung 7, die beispielsweise durch einen Rechner, einen digitalen Signalprozessor, einen Mikroprozessor oder dergleichen gebildet sein kann. Die Recheneinrichtung 7 kann insbesondere durch ein elektronisches Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein. Die Recheneinrichtung 7 ist zur Datenübertragung mit den Sensoren 3 verbunden. Entsprechende Datenleitungen sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Somit können die Empfangssignale, die mit den Sensoren 3 erfasst werden und die den Umgebungsbereich 4 beschreiben, von den Sensoren 3 an die Recheneinrichtung 7 übertragen werden. Die Recheneinrichtung 7 kann dann die Sensordaten entsprechend auswerten. Zudem kann die Recheneinrichtung 7 Daten von weiteren Sensoren empfangen, welche die aktuelle Geschwindigkeit und/oder den aktuellen Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs 1 beschreiben.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines der Sensoren 3 in einer geschnittenen Ansicht. Vorliegend ist zu erkennen, dass der Sensor 3 eine erste Empfangseinrichtung 9 und eine zweite Empfangseinrichtung 9' aufweist. Jede der Empfangseinrichtungen 9 umfasst eine entsprechende Antenne 10. Die Mittelpunkte der Antennen 10 weisen einen bekannten Abstand d zueinander auf. Die beiden Empfangseinrichtung 9, 9' bilden insbesondere die beiden Empfangskanäle des Sensors 3. Mit den Antennen 10 können jeweilige Anteile des von dem Objekt 8 reflektierten Sensorsignals empfangen werden. Diese sind vorliegend durch die Pfeile 11 veranschaulicht. Mit den jeweiligen Empfangseinrichtungen 9, 9' kann jeweils ein Empfangssignal bereitgestellt werden, welches den jeweiligen Anteil des reflektierten Sensorsignals beschreibt. Dabei weisen das erste Empfangssignal, das mit der ersten Empfangseinrichtung 9 und das zweite Empfangssignal, das mit der zweiten Empfangseinrichtung 9' bereitgestellt wird, eine Phasendifferenz ∆φ zueinander auf. Anhand dieser Phasendifferenz ∆φ, des Abstands d zwischen den Empfangseinrichtungen 9, 9' und der Wellenlänge des reflektierten Sensorsignals kann dann ein Messwinkel α zwischen dem Sensor 3 und dem Objekt 8 bestimmt werden. Hierzu ist in der Recheneinrichtung 7 eine Phasenkurve 12 hinterlegt. Der Messwinkel α zwischen dem Sensor 3 und dem Objekt 8 kann gemäß dem Monopulsverfahren bestimmt werden. Alternativ dazu kann es vorgesehen sein, dass das sogenannte digitale Beamforming verwendet wird, um den Messwinkel α zu bestimmen.
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Eine derartige Phasenkurve 12 ist beispielhaft in 3 dargestellt. Diese Phasenkurve 12 kann in der Recheneinrichtung 7 hinterlegt sein. Das dort dargestellte Diagramm zeigt die Zuordnung des bestimmten Phasenwinkels ∆φ zu dem korrespondierenden Messwinkel α. Vorliegend ist die Phasenkurve 12 aufgewickelt dargestellt. Die Phasenkurve 12 kann anhand einer unaufgewickelten Phasenkurve bestimmt werden, die eine positive Steigung aufweist. In der Recheneinrichtung 7 kann zunächst eine ideale Phasenkurve 12 hinterlegt sein, die beispielsweise keine Welligkeit aufweist.
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4 zeigt das Kraftfahrzeug 1 gemäß 1, das relativ zu dem Objekt 8 bewegt wird. Das Objekt 8 ist vorliegend ein stationäres Objekt 8, welches sich also nicht bewegt. Vorliegend wird das Kraftfahrzeug 1 entlang des Pfeils 13 bewegt. Während des Bewegens des Kraftfahrzeugs 1 wird mit dem Sensor 3, insbesondere dem Sensor 3, der im rechten Heckbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist, das Objekt 8 kontinuierlich erfasst. Hierzu wird mit der Recheneinrichtung 7 fortlaufend ein Abstandswert a ermittelt, der den Abstand zwischen dem Sensor 3 und dem Objekt 8 beschreibt. Anstelle des Objekts 8 kann auch ein vorbestimmter Reflexionspunkt auf einem Objekt 8 mithilfe des Sensors 3 erfasst werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise mittels der Recheneinrichtung 7 eine sogenannte Tracking-Funktion bereitgestellt werden, mittels welcher der Reflexionspunkt in Abhängigkeit von der Zeit t verfolgt beziehungsweise getrackt werden kann. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass mit der Recheneinrichtung 7 eine digitale Umgebungskarte bereitgestellt wird, welche den Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1 beschreibt. In dieser digitalen Umgebungskarte können dann die Objekte 8, die mit den Sensoren 3 erfasst werden, eingetragen werden.
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Bei der Darstellung von 4 befinden sich das Kraftfahrzeug 1 und das Objekt 8 in einer vorbestimmten Referenzlage zueinander. Diese Referenzlage ist so definiert, dass eine gedachte Verbindungslinie 14 zwischen dem Sensor 3 und dem Objekt 8 senkrecht zu einer Fahrzeuglängsachse 15 angeordnet ist. Um diese Referenzlage zu bestimmen, wird mittels der Recheneinrichtung 7 in den zeitlich aufeinanderfolgenden Messzyklen jeweils der Abstandswert a, der den Abstand zwischen dem Sensor 3 und dem Objekt 8 beschreibt, fortlaufend bestimmt. Der Zeitpunkt, an dem das Kraftfahrzeug 1 und das Objekt 8 die vorbestimmte Referenzlage zueinander aufweisen, wird als Referenzzeitpunkt t0 bezeichnet.
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5 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf des Abstandswerts a in Abhängigkeit von der Zeit t beschreibt. Vorliegend ist der Fall betrachtet, bei dem das Kraftfahrzeug 1 zunächst auf das Objekt 8 zubewegt wird und sich anschließend von dem Objekt 8 wieder entfernt. In einem ersten Bereich 16 fällt der Verlauf des Abstandswerts a in Abhängigkeit von der Zeit t ab. Zudem weist der Verlauf in einem Bereich 17 ein Minimum auf. Dieses Minimum entspricht einem ersten Abstandswert a1, bei dem das Kraftfahrzeug 1 und das Objekt 8 die Referenzlage zueinander aufweisen. In einem weiteren Bereich 18 ergibt sich ein steigender Verlauf. Der Verlauf der Abstandswerte a in Abhängigkeit von der Zeit t ist im Wesentlichen parabelförmig. Dies ergibt sich dadurch, dass der Sensor 3 zunächst auf das Objekt 8 zubewegt wird, und anschließend wieder von diesem entfernt wird.
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Wenn sich das Kraftfahrzeug 1 und das Objekt 8 in der Referenzlage zueinander befinden, ist ein Referenzwinkel β zwischen dem Sensor 3 und dem Objekt 8 bekannt. Dieser Referenzwinkel β kann mit dem Messwinkel α, der anhand der Phasendifferenz ∆φ bestimmt wurde, verglichen werden. Falls sich der Messwinkel α und der Referenzwinkel β voneinander unterscheiden, kann der Sensor 3 kalibriert werden. Zu diesem Zweck kann die Phasenkurve 12 entsprechend angepasst werden.
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6 zeigt das Kraftfahrzeug 1 gemäß 4 an einem weiteren Zeitpunkt t1 beziehungsweise einem späteren Zeitpunkt. An diesem weiteren Zeitpunkt wurde das Kraftfahrzeug 1 entlang der Richtung des Pfeils 13 weiter an dem Objekt 8 vorbeibewegt. An diesem weiteren Zeitpunkt t1 wird ein Sollwinkel γ zwischen dem Sensor 3 und dem Objekt 8 bestimmt. Dazu wird ein zweiter Abstandswert a2 bestimmt, der den Abstand zwischen dem Sensor 3 und dem Objekt 8 zu dem weiteren Zeitpunkt t1 beschreibt. Außerdem wird der erste Abstandswert a1, der zu dem Referenzzeitpunkt t0 bestimmt wurde, herangezogen. Auf diese Weise kann der Sollwinkel γ anhand der geometrischen Zusammenhänge aus dem ersten Abstandswert a1 und dem zweiten Abstandswert a2 mittels der Recheneinrichtung 7 bestimmt werden. Der Sollwinkel γ kann anhand der nachfolgenden Formel bestimmt werden: γ = cos–1(a1/a2).
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Alternativ oder zusätzlich kann ein Streckenwert x bestimmt, der den Weg beschreibt, den das Kraftfahrzeug 1 zwischen dem Referenzzeitpunkt t0 und dem weiteren Zeitpunkt t1 zurückgelegt hat. Dieser Streckenwert x kann insbesondere mittels Odometrie bestimmt werden. In diesem Fall kann der Sollwinkel γ anhand des ersten Abstandswerts a1 und des Streckwerts x bestimmt werden: γ = tan–1(x/a1).
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An dem weiteren Zeitpunkt t1 kann ebenfalls der Messwinkel α bestimmt werden. Auch hier kann der Messwinkel, der zu dem weiteren Zeitpunkt t1 bestimmt wurde, mit dem Sollwinkel γ verglichen werden. Falls sich hier ein Unterschied ergibt, kann die Phasenkurve 12 entsprechend korrigiert werden. Dabei kann das Verfahren für eine Mehrzahl von Zeitpunkten durchgeführt werden, um somit die Phasenkurve 12 entsprechend korrigieren zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004046873 A1 [0005]
- DE 102012224499 A1 [0006]
- DE 102013209530 A1 [0007]
