DE102017128181A1

DE102017128181A1 - Weiches Erfassen von Sicherheitszonen unter Verwendung eines Automotiv-Radars

Info

Publication number: DE102017128181A1
Application number: DE102017128181.9A
Authority: DE
Inventors: Oded Bialer; Igal Bilik; Gil Golan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2018-05-30
Also published as: CN108120985A; US20180149743A1

Abstract

Ein System und Verfahren zum Navigieren eines Fahrzeugs in Bezug auf ein Objekt ist offenbart. Das System beinhaltet einen Sender zum Senden eines Quellsignals, einen Empfänger zum Empfangen eines Echosignals, das eine Reflexion des Quellsignals ist von dem Objekt und einen Prozessor. Ein Parameter des Objekts wird an einem Radarsystem abgerufen und ein Vermeidungskriterium für das Objekt wird ausgewählt. Der Prozessor ermittelt eine Grenze des Objekts für den Parameter des Objekts und das ausgewählte Vermeidungskriterium und das Fahrzeug wird navigiert, um das Objekt basierend auf der ermittelten Grenze zu umgehen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein Navigationssystem in Fahrzeugen und insbesondere auf ein Verfahren zum Bestimmen der Grenze eines Objekts basierend auf Radarsignalen, um die Navigation in Bezug auf das Objekt sicherzustellen.
HINTERGRUND
Neuere Automobile und Fahrzeuge sind mit On-Board-Sicherheitssystemen ausgestattet, die unter anderem Radartechnologien zur Ortung eines Objekts Bezug auf das Fahrzeug beinhalten, so dass ein Fahrer oder eine Kollisionsvermeidungsvorrichtung des Fahrzeugs entsprechend reagieren kann. Ein Radarsystem beinhaltet einen Sender zum Senden eines Quellsignals und einen Empfänger zum Empfangen eines Echos oder einer Reflexion des Quellsignals vom Objekt. Das Empfangssignal wird mit einer gewählten Abtastfrequenz abgetastet und die abgetasteten Datenpunkte des Empfangssignals werden in eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) eingegeben, um eine Frequenz des rücklaufenden Signals zu ermitteln. Aus dieser Frequenz kann ein Parameter des Objekts, wie beispielsweise ein Bereich, eine Relativgeschwindigkeit des Objekts in Bezug auf das Fahrzeug oder ein anderer Parameter von dieser Frequenz, ermittelt werden.
Der Parameter des Objekts wird im Allgemeinen am Radarsystem als ein Punkt an einer einzelnen Position in einem Datenraum dargestellt. Es ist jedoch bekannt, dass sich Objekte im Allgemeinen in den Raum erstrecken und nicht auf einen einzelnen Punkt im Raum beschränkt sind. Die Kenntnis der räumlichen Ausdehnung des Objekts ermöglicht es einem, das Fahrzeug erfolgreich und ohne Zwischenfälle um das erfasste Objekt herumzuführen. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Radarsystem und Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine Größe und Form eines erfassten Objekts mit hinreichender Wahrscheinlichkeit identifiziert, um erfolgreich um das erkannte Objekt herum navigieren zu können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Navigieren eines Fahrzeugs in Bezug auf ein Objekt offenbart. Ein Parameter des Objekts wird an einem Radarsystem erhalten. Für das Objekt wird ein Vermeidungskriterium ausgewählt und für den Parameter des Objekts und das gewählte Vermeidungskriterium eine Grenze des Objekts festgelegt. Das Fahrzeug wird navigiert, um das Objekt basierend auf der ermittelten Grenze zu umgehen.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der Erfindung wird ein System zum Navigieren eines Fahrzeugs in Bezug auf ein Objekt offenbart. Das System beinhaltet einen Sender zum Senden eines Quellsignals, einen Empfänger zum Empfangen von Echosignalen aus der Reflexion des Quellsignals von dem Objekt und einen Prozessor, der ein Programm ausführt. Der Programmablauf am Prozessor ermittelt einen Parameter des Objekts an einem Radarsystem, wählt ein Vermeidungskriterium für das Objekt aus, ermittelt eine Objektgrenze für den Parameter des Objekts und das gewählte Vermeidungskriterium und navigiert das Fahrzeug zur Umgehung des Objekts basierend auf der ermittelten Grenze.
Die vorstehend genannten Merkmale und Vorteile, sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung, sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, leicht ersichtlich.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen und der ausführlichen Beschreibung, welche sich auf die folgenden Zeichnungen bezieht und in denen Folgendes gilt:

1 stellt ein Fahrzeug mit einem Radarsystem dar, das geeignet ist, einen Bereich und/oder eine Relativgeschwindigkeit eines Objekts in Bezug auf das Fahrzeug zu ermitteln;
2 stellt Darstellungen verschiedener Objekte dar, die mit dem Radarsystem von 1 erfasst werden können; und
3 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Navigieren eines Fahrzeugs in Bezug auf ein Objekt unter Verwendung der hierin offenbarten Verfahren darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen die gleichen Referenznummern auf die gleichen oder entsprechenden Teile und Merkmale verweisen
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung stellt 1 ein Fahrzeug 100, z. B. ein Automobil, dar, das ein Radarsystem 102 beinhaltet, das geeignet ist, einen Abstand und/oder Relativgeschwindigkeit eines Objekts 104 in Bezug auf das Fahrzeug 100 zu ermitteln. In der in 1 dargestellten Ausführungsform beinhaltet das Radarsystem 102 einen Sender 106 und einen Empfänger 108. In alternativen Ausführungsformen kann das Radarsystem 102 ein MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)-System sein, das eine Reihe von Sendern und Empfängern beinhaltet. Eine an Bord des Fahrzeugs 100 befindliche Steuereinheit 110 steuert und betreibt den Sender 106, um eine Hochfrequenzwelle (ein „Quellsignal“ 120) zu erzeugen. In einer Ausführungsform beinhaltet das Quellsignal 120 eine lineare, frequenzmodulierte kontinuierliche Welle (LFM-CW), die häufig als Chirp-Signal bezeichnet wird. Alternativ kann das Quellsignal 120 ein gepulstes Signal oder eine Kombination aus gepulsten und gechirpten Signalen sein. Eine Reflexion des Quellsignals 120 vom Objekt 104 wird hierin als Echosignal 122 bezeichnet. Das Echosignal 122 wird am Empfänger 108 empfangen, der im Allgemeinen eine Schaltung zum Abtasten des Echosignals 122 beinhaltet. Die Steuereinheit 110 beinhaltet einen Prozessor, der Berechnungen des Echosignals 122 durchführt, um den Abstand und/oder eine Relativgeschwindigkeit des Objekts 104 zum Fahrzeug 100 sowie eine allgemeine Form des Objekts 104 nach den hierin offenbarten Verfahren zu ermitteln. Die Kenntnis des Abstandes, der Form und/oder der Relativgeschwindigkeit des Objektes 104 in Bezug auf das Fahrzeug 100 kann dann genutzt werden, um das Fahrzeug 100 zu manövrieren, z. B. durch Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs 100 oder Lenken des Fahrzeugs, um das Objekt 104 zu umgehen. In einer Ausführungsform ermittelt der Prozessor der Steuereinheit 110 Abstand, Geschwindigkeit, Form, usw. des Objekts 104 und kann mit einer Kollisionsvermeidungsvorrichtung 112 kooperieren, um Lenk- und Beschleunigungs- /Bremskomponenten zu steuern, um am Fahrzeug 100 erforderliche Manöver zur Umgehung des Objekts 104 durchzuführen. In einer weiteren Ausführungsform stellt die Steuereinheit 110 ein Signal zur Verfügung, das einen Fahrer des Fahrzeugs 100 alarmiert, sodass der Fahrer eine erforderliche Maßnahme ergreifen kann, um das Objekt 104 zu umgehen.
Während das Radarsystem 102 hier als an Bord befindliches Fahrzeug 100 bezeichnet wird, kann das Radarsystem 102 auch Teil eines immobilen oder stationären Objektes in alternativen Ausführungsformen sein. Ebenso kann das Objekt 104 ein Fahrzeug oder ein sich bewegendes Objekt sein oder ein unbewegliches oder stationäres Objekt.
2 zeigt Darstellungen verschiedener Objekte dar (d. h. eine Person 201, ein Baum 203 und ein Fahrzeugobjekt 205), die mit dem Radarsystem 102 von 1 erfasst werden können. Der Prozessor des Radarsystems 110 empfängt im Allgemeinen das vom Objekt reflektierte Echosignal 122 und stellt das Objekt über einen aus dem Echosignal 122 berechneten Parameter dar. Der Parameter kann beispielsweise ein Bereich des Objekts, eine Erhöhung des Objekts, ein Azimut oder eine Geschwindigkeit des Objekts sein. Diese Parameter werden im Allgemeinen durch einen Einzelwert oder Zahlenvektor repräsentiert, der das Objekt als einzelnen Punkt im Raum darstellt. Wie bekannt ist, sind die für den Fahrer relevanten Objekte im Allgemeinen keine einzelnen Punkte, sondern weisen eine erhebliche räumliche Ausdehnung auf.
In einer Ausführungsform führt der Prozessor ein Verfahren zum Bestimmen einer oder mehrerer Grenzen für diese Objekte (d. h. Person 201, Baum 203 und Fahrzeugobjekt 205) durch. Die ermittelte Grenze ist eine probabilistische Grenze oder, mit anderen Worten, eine Grenze, die durch eine Wahrscheinlichkeit des an einer ausgewählten Stelle im Raum vorhandenen Objekts definiert ist, worin das Objekt als mit einer Wahrscheinlichkeitsverteilung im Raum betrachtet werden kann. Die Größe der Grenze ist abhängig von einem für die Grenze gewählten Kriterium. Wie aus 2 zu Anschauungszwecken zu sehen ist, verfügt Person 201 über eine innere Grenze 210, mittlere Grenze 212 und äußere Grenze 214. Jede dieser Grenzen ist durch eine Wahrscheinlichkeit charakterisiert. Die innere Grenze 210 ist durch eine Wahrscheinlichkeit von 70 % charakterisiert; die mittlere Grenze 212 ist durch eine Wahrscheinlichkeit von 80 % charakterisiert und die äußere Grenze 214 ist durch eine Wahrscheinlichkeit von 99 % charakterisiert. Diese Wahrscheinlichkeiten zeigen die Wahrscheinlichkeit an, dass sich die Person 201 vollständig innerhalb der gewählten Grenze befindet. Somit besteht eine 70%ige Chance, dass sich die Person 201 vollständig innerhalb der inneren Grenze 210 befindet, eine 80%ige Chance, dass sich die Person 201 vollständig innerhalb der mittleren Grenze 212 befindet, und eine 99%ige Chance, dass sich die Person 201 vollständig innerhalb der äußeren Grenze 214 befindet. Der Baum 203 und das Fahrzeugobjekt 205 weisen ebenfalls diese Grenzen auf.
Die Wahrscheinlichkeitsgrenzen können alternativ dazu verwendet werden, die Wahrscheinlichkeit anzuzeigen, dass das Fahrzeug 100 den Kontakt mit dem Objekt vermeidet, wenn das Fahrzeug 100 außerhalb der gewählten Grenze bleibt. Wenn der Fahrer das Fahrzeug 100 also außerhalb der äußeren Grenze 214 hält, besteht eine 99%-ige Wahrscheinlichkeit, nicht mit der Person 201 zu kollidieren. Diese Wahrscheinlichkeit verringert sich an der mittleren Grenze 212. Wenn der Fahrer nur in der Lage ist, das Fahrzeug 100 außerhalb der mittleren Grenze 212 (aber nicht außerhalb der äußeren Grenze 214) zu halten, besteht eine 80%-ige Wahrscheinlichkeit, nicht mit der Person 201 zu kollidieren. Wenn der Fahrer schließlich nur in der Lage ist, das Fahrzeug 100 außerhalb der inneren Grenze 210 (aber nicht außerhalb der mittleren Grenze 212) zu halten, besteht nur eine Wahrscheinlichkeit von 70 %, nicht mit der Person 201 zu kollidieren.
Nachdem für ein ausgewähltes Vermeidungskriterium eine Grenze ermittelt wurde, die eine Wahrscheinlichkeit der Kollisionsvermeidung definiert, kann das Fahrzeug 100 basierend auf der ermittelten Grenze durch die umgebende Umgebung navigieren.
Das Verfahren zum Bestimmen einer Wahrscheinlichkeitsverteilung des Objekts wird hierin erläutert. In einer Ausführungsform erhält der Prozessor das Signal Y vom Objekt. Im Allgemeinen Y kann ein 4-dimensionaler Vektor in einem 4-dimensionalen Datenraum enthalten sein. Der Parameter p wird vom Radarsystem erfasst (d. h. Reichweite, Höhe, Azimut, relative Geschwindigkeit) und ermittelt einen durchschnittlichen Parameter p des Objekts. Ein Vermeidungskriterium δ wird für die Navigation des Fahrzeugs 100 in Bezug auf das Objekt ausgewählt. Das Vermeidungskriterium δ bezieht sich auf die Wahrscheinlichkeit, das Objekt zu umgehen. Wenn das Vermeidungskriterium δ gering ist, ist die Wahrscheinlichkeit der Abwendung des Kontakts mit dem Objekt 104 hoch. In einer Ausführungsform kann ein Vermeidungskriterium δ=10^-5sein.
Ein Objektparameterfehler wird durch ||p - p̂|| dargestellt, wobei p eine Variable ist, die einen Parameter des Objekts darstellt. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Objekt in einem Versatz oder Abstand zur durchschnittlichen Position befindet, wird in Gl dargestellt. (1): $P r {‖ p - \hat{p} ‖ < δ | Y} = \int_{‖ p - \hat{p} ‖ < δ} f (p | Y) d p$
wobei f(p|Y) eine Wahrscheinlichkeitsfunktion oder eine bedingte Wahrscheinlichkeit des Objekts mit dem Parameter p für ein empfangenes 4-dimensionales Signal Y ist. Das Integral wird über einen durch δ definierten Bereich des Parameterraums durchgeführt. Die Wahrscheinlichkeitsfunktion kann unter Verwendung der Bayes-Regel umgeschrieben werden, wie in Gl dargestellt. (2): $f (p | Y) = f (Y | p) f (p) / f (Y)$
wobei f(p) eine Verteilung des Objekts ist und f(Y) ist eine Verteilung des Signals. Die bedingte Wahrscheinlichkeit f(Y|p) ist eine Wahrscheinlichkeit, dass ein Signal Y für ein Objekt mit dem Parameter p empfangen wird. Die Verteilung des Objektes f(p) kann eine gleichmäßige räumliche Verteilung sein, kann aber auch eine ungleichmäßige räumliche Verteilung in alternativen Ausführungsformen sein. Die bedingte Wahrscheinlichkeit f(Y|p) kann dargestellt werden als: $f (Y / p) \approx α e x p (B (p) * v e c {Y})$
wobei B(p) ein vierdimensionaler Match-Filter (für Reichweite, Elevation, Azimut und Geschwindigkeit) ist und vec{Y} eine Vektordarstellung des Signals Y (eine Verkettung von Spalten des Signals Y) ist. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung des Signals f(Y) kann durch Gl neu formuliert werden. (4): $f (Y) = \int_{p} f (Y | p) f (p) d p$
Gl. (1)-(4) können kombiniert werden, um Gl zu erhalten. (5) nachfolgend: $\begin{array}{l} P r {‖ p - \hat{p} ‖ < δ | Y} \\ = \frac{c}{\int_{p'} e x p (B (p') * v e c {Y}) d p'} \int_{‖ p - \hat{p} ‖ < δ} e x p (B (p) * v e c {Y}) d p \end{array}$
Somit kann die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Objekt an einer ausgewählten Position im Raum befindet, für ein gegebenes Signal Y und ein ausgewähltes Kriterium δ berechnet werden.
3 veranschaulicht ein Flussdiagramm 300, das ein Verfahren zum Navigieren eines Fahrzeugs in Bezug auf ein Objekt unter Verwendung der hierin offenbarten Verfahren darstellt. Im Feld 301 wird ein Echosignal an einem Radarsystem empfangen, worin das Echosignal eine Reflexion eines Quellsignals des Radarsystems vom Objekt ist. Im Feld 303 wird aus dem Quellsignal und dem Echosignal ein durchschnittlicher Parameter des Objektes ermittelt. Im Feld 305 ist ein Vermeidungskriterium ausgewählt. Im Feld 307 wird eine Parametergrenze für das Objekt unter Angabe des durchschnittlichen Parameters (aus Feld 303) und des ausgewählten Vermeidungskriteriums (aus Feld 305) ermittelt. Gl. (5) wie hierin offenbart, kann verwendet werden, um die Grenze in Feld 307 zu ermitteln. In Feld 309 wird die Grenze für ein Navigationssystem oder ein System zur Kollisionsvermeidung bereitgestellt, welche das Fahrzeug so navigiert, dass ein Kontakt mit dem Objekt aufgrund der ermittelten Grenze des Objekts vermieden wird.
In verschiedenen Ausführungsformen navigiert das Fahrzeug 100 um das Objekt 104 herum, indem es eine Umgebung, die das Objekt 104 beinhaltet, in eine oder mehrere sichere Zonen unterteilt, die durch die ermittelte Grenze des Objekts 104 definiert sind. Der Prozessor plant dann einen Weg durch die eine oder die mehreren Sicherheitszonen der Umgebung.
Das hierin offenbarte Verfahren verbessert die Fähigkeit eines Radarsystems, ein Objekt zu unterscheiden, indem es eine Grenze des Objekts 104 innerhalb eines ausgewählten Kriteriums definiert. Diese Grenze kann dem Fahrer oder dem Kollisionsvermeidungssystem (112, 1) zur Verfügung gestellt werden, damit der Fahrer oder das Kollisionsvermeidungssystem 112 in der Umgebung navigieren kann, um das Objekt 104 zu umgehen, was die Sicherheit von Fahrer und Fahrzeug erhöht.
Während die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen, und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt wird, sondern dass sie außerdem alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.

Claims

Verfahren zum Navigieren eines Fahrzeugs in Bezug auf ein Objekt, umfassend: das Erhalten eines Parameters des Objekts an einem Radarsystem; das Auswählen eines Vermeidungskriteriums für das Objekt; das Ermitteln einer Objektgrenze für den Parameter des Objekts und das ausgewählte Vermeidungskriterium; und das Navigieren des Fahrzeugs, um das Objekt aufgrund der ermittelten Grenze zu umgehen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Ermitteln der Grenze ferner das Ermitteln eines Parameterfehlers in Bezug auf den erhaltenen Parameter, bei welchem eine Wahrscheinlichkeit des vorhandenen Objekts gleich dem Vermeidungskriterium ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Ermitteln der Grenze für das Objekt mit einer gleichmäßigen räumlichen Verteilung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Unterteilen einer Umgebung in sichere Zonen, die durch die Grenze des Objekts definiert sind, und das Planen eines Weges durch die sicheren Zonen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Parameter mindestens einer der Folgenden ist: (i) einer Reichweite; (ii) einer Höhe; (iii) eines Azimuts; und (iv) einer Geschwindigkeit.
System zum Navigieren eines Fahrzeugs in Bezug auf ein Objekt, umfassend: einen Sender zum Übertragen eines Quellsignals; einen Empfänger zum Empfangen eines Echosignals, das eine Reflexion des Quellsignals vom Objekt ist; Ausführen eines Programms auf einem Prozessor um: einen Parameter des Objekts an einem Radarsystem zu ermitteln; ein Vermeidungskriterium für das Objekt auszuwählen; eine Grenze des Objekts für den Parameter des Objekts und das ausgewählte Vermeidungskriterium zu ermitteln; und das Fahrzeug zu navigieren, um das Objekt basierend auf der ermittelten Grenze zu umgehen.
System nach Anspruch 6, worin der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, die Grenze durch Ermitteln eines Parameterfehlers in Bezug auf den ermittelten Parameter zu ermitteln, bei welchem eine Wahrscheinlichkeit des vorhandenen Objekts gleich dem Vermeidungskriterium ist.
System nach Anspruch 6, worin der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, die Wahrscheinlichkeit für das Objekt mit einer gleichmäßigen räumlichen Aufteilung zu ermitteln.
System nach Anspruch 6, worin der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine Umgebung in sichere Zonen zu unterteilen, die durch die Grenze des Objekts definiert sind, und um einen Weg durch die sicheren Zonen zu planen.
System nach Anspruch 6, worin der Parameter mindestens einer ist aus: (i) einer Reichweite; (ii) einer Höhe; (iii) eines Azimuts; und (iv) einer Geschwindigkeit.