DE102017218340A1 - Verfahren zum Erzeugen eines Umfeldmodells für ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Umfeldmodells für ein Fahrzeug auf Basis von Signalen zumindest eines Umfeldsensors vorgestellt, wobei für den Normalbetrieb des Fahrzeugs ein erster maximaler Umfeldbereich abgedeckt und mit einer ersten Zykluszeit erneuert wird und bei Eintreten einer vorgegebenen Fahrsituation in einen Nahbereichsmodus geschaltet und davon ein zweiter, gegenüber dem ersten kleinere maximaler Umfeldbereich abdeckt wird, jedoch mit einer zweiten, gegenüber der ersten kürzeren Zykluszeit erneuert wird. Dabei wird der Nahbereichsmodus aktiviert, wenn eine Schleudersituation erkannt wird, während bisher in einem solchen Falle die Prädiktion sogar in aller Regel abgeschaltet wurde. Vorzugsweise wird bei Erkennung einer Schleudersituation und Wechsel in den Nahbereichsmodus das Fahrzeugmodell um eine Berücksichtigung des Schwimmwinkels erweitert, also ein erweitertes und komplexeres Fahrzeugmodell verwendet, so dass das Umfeldmodell die Bewegung des Fahrzeuges noch exakter abschätzen und in der Folge die daraus abgeleiteten Informationen mit höherer Genauigkeit zur Verfügung gestellt werden können.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Umfeldmodells für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Aus der EP 2394875 A2 ist bereits ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs wenigstens eines umfelderfassenden Sensorsystems bekannt, dass abhängig von wenigstens einem im Rahmen der Funktion ermittelten Steuerungsparameter das Sensorsystem zwischen wenigstens zwei im Rahmen der Funktion genutzten Betriebsmodi umgeschaltet wird, insbesondere abhängig von dem Steuerungsparameter die Abtastfrequenz des Sensors und/oder ein Ausleuchtungsbereich des Sensorsystems und/oder die Intensität einer Ausleuchtung und/oder der Erfassungsbereich des Sensors und/oder eine Zahl auszuwertender Objekte und/oder im Rahmen der Auswertung verwendete Filter und/oder eine Auswertungsgenauigkeit angepasst werden, beispielsweise in einem bei einer unvermeidbaren Kollision und/oder bei Überschreitung des Schwellwerts durch die Kollisionswahrscheinlichkeit aktiven Betriebsmodus das einen Umfeldsensor umfassende Sensorsystem in einem Nahbereichsmodus betrieben wird. Auch durch eine Anpassung der Objektfilter, beispielsweise eines Kalman-Filters, speziell für den Nahbereich ist eine ggf. weitere Verbesserung der Datenqualität möglich. Solche Objektfilter sind bekannt und werden insbesondere bei bildgebenden Sensorsystemen eingesetzt, wenn über mehrere aufeinanderfolgende Datenaufnahmen hinweg Eigenschaften von Objekten (repräsentiert beispielsweise als Pixelgruppen) ermittelt werden sollen. Ein Beispiel ist hier auch ein Mittelwertfilter. Werden diese in dem Betriebsmodus für den Nahbereich optimiert, so kann beispielsweise die Objektbreite, die Objektposition und die Objektgeschwindigkeit genauer bestimmt und für die adaptive Auslösung der Sicherheitssysteme, wie Bremsen, Airbags usw. genutzt werden.
• Hierzu wird aber in das Sensorsystem selbst eingegriffen, was technisch äußerst aufwändig ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Sicherheit im Straßenverkehr weiter zu erhöhen, indem eine spezielle Fahrsituation betrachtet und geeignete Maßnahmen für diese vorgeschlagen werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
• Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass in allen bisherigen Umfeldmodellen die Prädiktion auf Basis eines einfachen, insbesondere einspurigen Bewegungsmodells des Fahrzeugs erfolgt, welche ein Schleudern des Fahrzeugs ausschließt und in einem solchen Falle das Sensorsystem üblicher Weise deaktiviert, d.h. mangels Verlässigkeit des Umfeldmodells nachfolgend überhaupt keine Objektdaten mehr zur Verfügung stellt.
• In einer praktisch aber eben nicht auszuschließenden Fahrsituation ist daher die an sich äußerst vorteilhafte Umfelderkennung und evtl. Adaption der Schutzsysteme derzeit nicht einsatzfähig.
• Indem aber eine Schleudersituation erkannt wird, kann der Ansatz des Nahbereichsmodus zumindest eine Lösung für die Adaption der Schutzsysteme bieten. Mögen die Fernbereichssignale auch nicht mehr verwertbar sein, so sind die Winkelabweichungen im Nahbereich doch zumindest geringer und damit die Sensordaten noch geeignet, zumindest im Nahbereich noch ein Umfeldmodell zu erstellen.
• Besonders bevorzugt wird aber die Erzeugung des Umfeldmodells aus den Sensorsignalen des bzw. der Umfeldsensor(en) bei Erkennung einer Schleudersituation und Aktivierung des Nahbereichsmodus das Fahrzeugmodell um eine Berücksichtigung des Schwimmwinkels erweitert, d.h. erfolgt eine Prädiktion auf Basis eines erweiterten Bewegungsmodells des Fahrzeugs, bspw. mit dem gemessenen oder abgeschätzten Schwimmwinkel als Modellparameter. In einer Weiterbildung wird das Fahrzeugmodell mit einer Vorder- und einer Hinterachse einer von Null abweichenden Kraft lateral an der Hinterachse ausgebildet und so der Schleudereinfluss noch präziser berücksichtigt.
• Natürlich ist es eine Möglichkeit, auch die Signalerfassung des zumindest einen Umfeldsensors bereits anzupassen, ist dies jedoch technisch äußerst aufwändig.
• Gerade bei einer Schleudersituation ist aber eben auch denkbar, ausschließlich für die dem zumindest einen Umfeldsensor nachgeschaltete Auswertung der Signale zu einem Umfeldmodell einen Nahbereichsmodus zu aktivieren und die Signalerfassung des zumindest einen Umfeldsensors an sich unverändert zu lassen. Eine solche Anpassung ausschließlich in der nachgeschalteten Auswertung ist technisch deutlich einfacher und rein softwareseitig umzusetzen.
• Da nämlich die Auswertung der Daten des Umfeldsensors eine nicht vernachlässigbare Rechenzeit verbraucht, kann durch die Reduzierung auf den Nahbereichsmodus eine Verkürzung der erforderlichen Rechenzeit schon allein aufgrund der Reduzierung der zu berücksichtigenden Objekte erreicht werden und diese Kapazität vorzugsweise auch dazu genutzt werden, um ein aufwändigeres Umfeldmodell unter Berücksichtigung des Schwimmwinkels anzuwenden.
• Die Aktivierung des Nahbereichsmodus kann generell in allen hier erläuterten Fällen auch bei entsprechender Sensor- und Rechenkapazität parallel zum Fortbetrieb des Normalbetriebsmodus erfolgen. Aufgrund der beschränkten Ressourcen, sei es sensorseitig oder auswerteseitig, wird aber vorzugsweise anstelle des Normalbetriebsmodus in den Nahbereichsmodus gewechselt, d.h. dann ausschließlich nur letzterer durchgeführt.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren näher erläutert.
• 1 Fahrzeug in einer Schleudersituation
• Das in der 1 gezeigte Ego-Fahrzeug (Vehicle) ist mit mindestens einem, vorzugsweise mehreren unterschiedlichen oder unterschiedlich gerichteten Umfeldsensoren ausgestattet, beispielsweise Kamera, Radar, Lidar, Ultraschallsensoren oder auch Nah- und Fernbereichs-Radar odgl.
• Es hat bspw. bereits ein Objekt erkannt und befindet sich in einer regulären Fahrsituation.
• Sensordaten der Umfeldsensoren und/oder Fahrdynamiksensoren oder daraus jeweils abgeleitete Daten werden dabei werden dabei in einem Zwischenspeicher laufend auch für eine vorgegebene, zurückliegende Zeitdauer vorgehalten, wie hier skizzenhaft bis t-4.
• Das Ego-Fahrzeug gerät nun bei t0 in eine Schleudersitiuation, beispielsweise durch unangemessenes Fahrverhalten, geänderte Witterungsbedingungen (Regen, Schnee, Glatteis), Multikollision, etc..
• Eine Schleudersituation ist ab einem nicht mehr vernachlässigbaren Schwimmwinkel, beispielsweise einem Schwellwert von 5°eingetreten. Bei diesem Wert greift das ESP in die Fahrdynamik ein. Das ESP bremst einzelne Räder ab bzw. blockiert diese kurz, um den Schwimmwinkel zu senken. Dies führt wiederum zu einer ungenaueren Ego-Geschwindigkeitsschätzung in diesem Moment und damit einer verschlechterten Tracking-Genauigkeit des regulären Radars.
• Das erfindungsgemäße System erkennt die Schleudersituation jedoch, z.B. anhand der Signale der Inertialsensoren oder der Schwimmwinkelschätzung durch das ESP oder hoher Varianzen des Trackers, also verschlechterten geschätzten Genauigkeit eines Parameters, z.B. einem Abstand zum Kollisionsobjekt und aktiviert den Nahbereichsmodus.
• Im erfindungsgemäßen Nahbereichsmodus werden jeweils die nahesten Objekte mit hoher Auflösung und schnelleren Updateraten und hoher Objektkonfidenz erkannt, klassifiziert und verfolgt, also in Neudeutsch getracked.
• Dazu wird von dem Radar die Clusterliste in einen neu entwickelten erweiterten Kalman-Filter (EKF) gegeben. Der EKF führt zusammengefasst 2 Schritte aus: eine modellbasierte Prädiktion (Modellbasiert) und Messung (Radar - Clusterliste). Cluster sind dabei bestätigte Reflektionen, welche aber noch zu bestätigten Objekten zusammengefasst sind.
• Für den Prädiktionsschritt wurde dabei vorzugsweise ein nicht-lineares Bewegungsmodell verwendet und um eine zusätzliche Kraft lateral auf die Hinterachse erweitert. Dieses erweiterte Bewegungsmodell kann auch zur genaueren Schwimmwinkelschätzung in Schleudersituationen verwendet werden, sofern diese nicht bereits aus den vorliegenden Signalen der Inertialsensoren direkt abgeleitet werden kann. Mit dem genaueren Schwimmwinkel lässt sich die eigene Geschwindigkeit während dem Schleudern genauer bestimmen.
• Bewegt sich auch das erkannte Objekt, so muss diese Bewegung des Objekts mittels einem weiteren Bewegungsmodell geschätzt werden. Hier stehen mehrere Standardbewegungsmodelle aus der Literatur zur Verfügung. Eine relative Bewegung der beiden Objekte zueinander wird dann durch die Differenz der eigenen Bewegung des Ego-Fahrzeugs unter Berücksichtigung des Schleuderbewegungmodells und der Objektbewegung beispielsweise anhand eines linearen Bewegungsmodells z.B. Constant-Turn-Rate-and-Velocity prädiziert und so beispielsweise Kollisionswahrscheinlichkeit, Kollisionszeitpunkt und Kollisionsgeschwindigkeit sowie Auftreffwinkel und damit letztlich Crashschwere deutlich exakter geschätzt als bisher, was insbesondere für eine Adaption der Sicherheitssysteme einen entscheidenden Fortschritt darstellt.
• Im Falle, dass 2 oder mehr Radarsensoren am Fahrzeug verbaut sind, können dabei die Clusterlisten von beiden Radaren verwendet werden. Im Schleuderfall findet bei den überlappenden Sensorkegeln dabei vorzugsweise eine Objektübergabe statt.
• Das von dem einen Sensor identifizierte und klassifizierte Objekt wird an den zweiten Sensor per handshake übergeben. Den Input des Umfeldmodells stellen die Clusterdaten des Radars dar. Cluster sind vorverarbeitete Radardaten, bei denen Radarreflektionen zu Radarclustern zusammengefasst wurden und dementsprechend als plausibilisierte Reflektionen angesehen werden können.
• Die Reduzierung der Objektanzahl im Nahbereichsmodus führt zu einem reduzierten Rechenaufwand und begünstigt die Zykluszeit. Die im Nahbereichmodus noch berücksichtigten Objekte und zugeordneten Informationen über Differenzgeschwindigkeit, Abstand bzw. Kollisionszeitpunkt und Auftreffwinkel werden vorzugsweise an das Airbagsteuergerät weitergegeben und können kaskadierte Schutzsequenzen unter Berücksichtigung dieser Daten eingeleitet werden, also beispielsweise das Schließen von Fenstern, die zeitlich optimierte Gurtstraffung, situationsspezifische Aktivierung der Airbags bspw. durch adaptierte Schwellwerte, verbesserte Notruf- Informationen ect..
• Vorzugsweise werden dabei, wie in 1 skizziert, in einem Zwischenspeicher laufend für eine vorgegebene, zurückliegende Zeitdauer (hier bis t-4) Sensordaten der Umfeldsensoren und/oder Fahrdynamiksensoren des Fahrzeugs oder daraus jeweils abgeleitete Daten mit den jeweiligen Zeitpunkten zwischengespeichert, also bspw. ein Schieberegister von bspw. 0,1 - 1sec. Dauer geführt. Bei Eintreten einer Schleudersituation (bspw. hier in t0) wird das Bewegungsmodell ausgehend von zumindest einem, vorzugsweise natürlich etwas mehr als einem Wert vor Beginn der Schleudersituation initialisiert, d.h. an den Algo die Werte inkl t-4 übergeben und mit dem erweiterten Modell bewertet. So erweist es sich nämlich als besonders vorteilhaft, auch ein komplexeres Fahrzeugmodell mit Daten vor Beginn der Schleudersituation bzw. vor Überschreitung der zur Erkennung der Schleudersituation ja bereits vorliegenden die Schwellenwerte überschreitenden Signale zu initialisieren, d.h. die Schwimmwinkelabschätzung und Fahrzeugtrajektorie ab Zeitpunkten bzw. deren Daten vor Überschreitung der Schwellen zu starten.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 2394875 A2 [0002]

Claims (8)

1. Verfahren zum Erzeugen eines Umfeldmodells für ein Fahrzeug auf Basis von Signalen zumindest eines Umfeldsensors, wobei für den Normalbetrieb des Fahrzeugs ein erster maximaler Umfeldbereich abgedeckt und mit einer ersten Zykluszeit erneuert wird, wobei bei Eintreten einer vorgegebenen Fahrsituation ein Nahbereichsmodus aktiviert und ein zweiter, gegenüber dem ersten kleinerer maximaler Umfeldbereich abdeckt wird, jedoch mit einer zweiten, gegenüber der ersten kürzeren Zykluszeit erneuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Nahbereichsmodus umgeschaltet wird, wenn eine Schleudersituation erkannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Umfeldmodells aus den Sensorsignalen des bzw. der Umfeldsensor(en) eine Prädiktion auf Basis eines Bewegungsmodells des Fahrzeugs enthält und bei Erkennung einer Schleudersituation und Wechsel in den Nahbereichsmodus das Fahrzeugmodell um eine Berücksichtigung des Schwimmwinkels erweitert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugmodell mit einer Vorder- und einer Hinterachse einer von Null abweichenden Kraft lateral an der Hinterachse
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schleudersituation erkannt wird, wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: - ein eine vorgegebene Schwelle überschreitender Schwimmwinkel erkannt wird, - ein Eingriff durch das ESP-, ABS- und/oder ASR-System erfolgt, - eine Objekterkennung bzw. Objektverfolgung des Umfeldsensors eine einen Schwellwert übersteigende Varianz aufweist, - eine Kollision des Fahrzeugs unterhalb eines Auslöseschwellwerts zumindest für irreversible Insassenschutzeinrichtungen erkannt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerfassung des zumindest einen Umfeldsensors unverändert und ausschließlich die dem zumindest einen Umfeldsensor nachgeschaltete Auswertung der Signale zu einem Umfeldmodell in den Nahbereichsmodus aktiviert wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zwischenspeicher laufend für eine vorgegebene, zurückliegende Zeitdauer Sensordaten der Umfeldsensoren und/oder Fahrdynamiksensoren des Fahrzeugs oder daraus jeweils abgeleitete Daten mit den jeweiligen Zeitpunkten zwischengespeichert und bei Eintreten einer Schleudersituation das Bewegungsmodell ausgehend von zumindest einem Zeitpunkt vor Beginn der Schleudersituation initialisiert wird.
7. Fahrerassistenzsystem mit einem Algorithmus zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche
8. Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem mit einem Algorithmus zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche sowie einen Insassenschutzsystem, welches auf Basis der Daten des Umfeldmodells im Nahbereichsmodus eine Anpassung der Auslösung der Schutzeinrichtungen vornimmt.

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