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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer Reichweite einer optischen Detektionsvorrichtung, welche zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin dient, bei dem optische Signale, welche von einem Objektaus unterschiedlichen Entfernungen kommen, empfangen werden, die entsprechenden Entfernungen zwischen der Detektionsvorrichtung und dem Objekt ermittelt werden und aus entfernungsabhängigen Intensitäten der empfangenen optischen Signale auf eine Änderung der Reichweite geschlossen wird.
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Ferner betrifft die Erfindung eine optische Detektionsvorrichtung zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin,
- - mit wenigstens einem Empfänger zum Empfangen von optischen Signalen, welche von wenigstens einem etwaigen Objekt im Überwachungsbereich kommen,
- - mit wenigstens einer Einrichtung zur Ermittlung einer Entfernung zwischen dem wenigstens einen Objekt und der Detektionsvorrichtung,
- - mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung zur Steuerung wenigstens eines Empfängers und zur Auswertung der mit dem wenigstens einen Empfänger empfangenen optischen Signale,
- - mit wenigstens einer Reichweitenüberprüfungseinrichtung zur Überprüfung der Reichweite der Detektionsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2014 208 272 A1 ist ein Verfahren zur Tracking-basierten Sichtweiteneinschätzung für ein Fahrzeug bekannt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Verfolgens eines Objekts in einem zu einem ersten Zeitpunkt erfassten ersten Bild und einem zu einem zweiten Zeitpunkt erfassten zweiten Bild, einen Schritt des Ermittelns einer Objektleuchtdichte des Objekts und eines Abstands zu dem Objekt zu dem ersten Zeitpunkt sowie Ermitteln einer zweiten Objektleuchtdichte des Objekts und eines zweiten Abstands zu dem Objekt zu dem zweiten Zeitpunkt sowie einen Schritt des Bestimmens eines atmosphärischen Extinktionskoeffizienten unter Verwendung der ersten Objektleuchtdichte, der zweiten Objektleuchtdichte, dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand. Der atmosphärische Extinktionskoeffizient steht im direkten Zusammenhang zur Sichtweite.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Detektionsvorrichtung der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen eine Überprüfung der Reichweite der Detektionsvorrichtung besser, insbesondere genauer, schneller und/oder zuverlässiger, durchgeführt werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass
- - wenigstens ein optisches Sendesignal in den Überwachungsbereich gesendet wird und das gegebenenfalls an wenigstens einem Objekt reflektierte Sendesignal als wenigstens ein Empfangssignal empfangen wird und aus einer Laufzeit des Sendesignals zwischen dem Senden des wenigstens einen Sendesignals und dem Empfangen des entsprechenden wenigstens einen Empfangssignals eine Entfernung des Objekts relativ zur Detektionsvorrichtung bestimmt wird,
- - für wenigstens ein erfasstes Objekt in unterschiedlichen Entfernungen die Intensitäten der Empfangssignale und die entsprechenden Entfernungen als Wertepaare bestimmt werden,
- - aus den Wertepaaren eine mittlere Steigung eines Kurvenverlaufs der Intensitäten über die Entfernungen ermittelt wird und auf Basis der mittleren Steigung auf die Reichweite und/oder eine Änderung der Reichweite der Detektionsvorrichtung geschlossen wird,
und/oder
- - die Wertepaare als Referenzwertepaare für das wenigstens eine Objekt gespeichert werden, und, sofern dasselbe wenigstens eine Objekt wiederholt oder über einen längeren Zeitraum von der Detektionsvorrichtung erfasst wird, die Intensität wenigstens eines Empfangssignals mit einer Referenzintensität des Referenzwertepaars bei derselben Entfernung verglichen wird, und falls die erfasste Intensität des wenigstens einen Empfangssignals außerhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Annahmebereichs um die Referenzintensität des entsprechenden Referenzwertepaars liegt, auf eine Änderung der Reichweite der Detektionsvorrichtung geschlossen wird.
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Erfindungsgemäß wird mit demselben Empfänger sowohl die Intensität des Empfangssignals ermittelt als auch über eine Laufzeitmessung die Entfernung des Objekts relativ zur Detektionsvorrichtung bestimmt. So kann insgesamt ein Aufwand an benötigten Bauteilen reduziert werden. Im Unterschied dazu erfolgt bei der aus dem Stand der Technik bekannten Sichtweiteneinschätzung eine Abstandsbestimmung mit einer separaten Vorrichtung.
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Erfindungsgemäß kann aus der mittleren Steigung des Kurvenverlaufs der Intensität über die Entfernung auf die Reichweite und/oder eine Änderung der Reichweite der Detektionsvorrichtung geschlossen werden.
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Alternativ oder zusätzlich können die Wertepaare eines Kurvenverlaufs als Referenzwertepaare verwendet werden und aus einem Vergleich einer später gemessenen Intensität mit einem Annahmebereich einer Referenzintensität der Referenzwertepaare bei derselben Entfernung auf eine Änderung der Reichweite geschlossen werden. Falls dabei die gemessene Intensität unterhalb des Annahmebereichs der Referenzintensität liegt, kann von einer Abnahme der Reichweite ausgegangen werden. Auf diese Weise können auch Beeinträchtigungen eines Empfängers der Detektionsvorrichtung insbesondere durch Verschmutzungen erkannt werden. Derartige Beeinträchtigungen des Empfängers können sich zusätzlich zu atmosphärischen optischen Dämpfungen ebenfalls auf die Reichweite der Detektionsvorrichtung auswirken können.
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Zur Aufnahme der Wertepaare werden für wenigstens ein Objekt die Intensitäten der Reflexionen, also die Intensitäten der Empfangssignale, über die Entfernung des wenigstens einen Objekts aufgezeichnet. Die Aufzeichnung der Wertepaare kann vorteilhafterweise mit der ersten Erkennung des jeweiligen Objekts im Überwachungsbereich der Detektionsvorrichtung beginnen und mit dem Verlassen des Überwachungsbereichs enden. Da aus physikalischen Gründen die Intensität der Empfangssignale mit der Entfernung abnimmt, entsteht ein für das entsprechende Objekt charakteristischer Kurvenverlauf der Intensität über die Entfernung. Aus der mittleren Steigung des charakteristischen Kurvenverlaufs kann auf die Reichweite der Detektionsvorrichtung geschlossen werden. Beim Vergleich der mittleren Steigungen von zwei Kurvenverläufen deutet die flachere Kurve mit einer geringeren mittleren Steigung auf eine größere Reichweite der Detektionsvorrichtung hin, während eine steilere Kurve mit einer größeren Steigung auf eine geringere Reichweite hindeutet.
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Die Reichweite der optischen Detektionsvorrichtung ist die maximale Entfernung zu der Detektionsvorrichtung, in der die Detektionsvorrichtung ein Objekt noch erfassen kann. Die Reichweite kann den Überwachungsbereich in Bezug auf die Entfernung definieren. Die Reichweite der Detektionsvorrichtung kann durch atmosphärische Beeinträchtigungen, beispielsweise Nebel, Niederschlag oder dergleichen, oder durch andere Beeinträchtigungen der optischen Durchlässigkeit, insbesondere durch Smog, Rauch oder dergleichen, eingeschränkt werden.
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Die Reichweite der Detektionsvorrichtung kann als Indikator für die Leistungsfähigkeit (Performance) der Detektionsvorrichtung verwendet werden. Die Leistungsfähigkeit der Detektionsvorrichtung bestimmt die Relevanz der mit der Detektionsvorrichtung erfassten Informationen und Daten bei der Fusion dieser Daten mit Daten anderer Detektionssysteme.
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Die Überprüfung der Reichweite der Detektionsvorrichtung kann durch Eigenschaften der erfassten Objekte, insbesondere ihrer Größe, ihrer Form und/oder ihrer Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst werden. So können die Reflexionen von Sendesignalen an Objekten durch die Oberflächenbeschaffenheit der Objekte beeinträchtigt werden. Nässe, Schnee und/oder Verschmutzung verändern die Reflexionsfähigkeit der Oberflächen der Objekte. Ferner können bei der Verwendung der Detektionsvorrichtung in einem Fahrzeug Variationen im Verkehrsaufkommen und/oder der Umgebung, insbesondere Vegetation, Bauwerke, Schilderbrücken oder dergleichen, zu Schwankungen in den Reflexionen führen. Mithilfe der Erfindung können auch derart unterschiedliche Einflüsse auf die Reflexion der Sendesignale an den Objekten zur Beurteilung der Reichweite der Detektionsvorrichtung berücksichtigt werden.
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Da eine optische Dämpfung in dem Überwachungsbereich proportional zum Weg der Sendesignale und der Empfangssignale, also zur Laufzeit und damit der Entfernung des Objekts zu der Detektionsvorrichtung, ist, werden Intensitäten von Reflexionen an weiter entfernten Objekten stärker reduziert als Intensitäten von Reflexionen an näheren Objekten. Dies ist unabhängig von der Größe oder dem Material der Objekte. So kann die Reichweite mithilfe der Betrachtung der entfernungsabhängigen Intensitäten von Reflexionen überprüft werden.
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Vorteilhafterweise kann der Kurvenverlauf der Intensitäten über die Entfernungen als Ganzes betrachtet werden. Dies kann durch die Bestimmung der mittleren Steigung des Kurvenverlaufs realisiert werden. Auf diese Weise können die Intensitäten der Reflexionen bei unterschiedlichen Entfernungen des Objekts berücksichtigt werden. So kann die Genauigkeit der Überprüfung der Reichweite verbessert werden. Ferner können Einflüsse von anderen Faktoren, welche nicht aus der optischen Dämpfung insbesondere durch Umwelteinflüsse, Rauch oder dergleichen herrühren, berücksichtigt werden. So kann ein Einfluss der Größe, der Form und/oder des Materials des Objekts auf die Überprüfung der Reichweite verringert oder gänzlich vermieden werden.
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Vorteilhafterweise können unterschiedliche Messgrößen die Intensität der Empfangssignale charakterisieren. So kann insbesondere die Anzahl von Reflexionen an dem entsprechend erfassten Objekt pro Messzyklus zur Charakterisierung der Intensität verwendet werden. Ein Messzyklus kann in einem sogenannten „Frame“ erfasst werden.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Detektionsvorrichtung nach einem Lichtlaufzeitverfahren arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Detektionsvorrichtungen können als Time-of-Flight- (TOF), Light-Detection-and-Ranging-Systeme (LiDAR), Laser-Detection-and-Ranging-Systeme (LaDAR) oder dergleichen ausgestaltet und bezeichnet werden. Dabei wird eine Laufzeit vom Aussenden eines Sendesignals, insbesondere eines Lichtpulses, mit wenigstens einem Sender und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Sendesignals als Empfangssignal mit wenigstens einem Empfänger gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der Detektionsvorrichtung und dem erkannten Objekt ermittelt.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Detektionsvorrichtung ein scannendes System sein. Dabei kann mit Sendesignalen ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die entsprechenden Sendesignale, insbesondere Sendestrahlen, bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung über den Überwachungsbereich sozusagen geschwenkt werden. Hierbei kann wenigstens eine Umlenkspiegeleinrichtung zum Einsatz kommen.
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Vorteilhafterweise kann die Detektionsvorrichtung ein laserbasiertes Entfernungsmesssystem sein. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann als Lichtquelle des wenigstens einen Senders wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Sendestrahlen als Sendesignale gesendet werden. Mit dem Laser können Sendesignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Frequenzbereichen emittiert werden. Entsprechend kann wenigstens ein Empfänger einen für die Frequenz des ausgesendeten Lichtes ausgelegten Detektor, insbesondere eine Fotodiode oder Lawinenfotodiode, aufweisen. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit einem insbesondere gepulsten Laserstrahl abgetastet werden.
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Die Erfindung kann vorteilhafterweise bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei autonomen oder wenigstens teilweise autonomen Fahrzeugen eingesetzt werden.
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Die Detektionsvorrichtung kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise auf diese Weise kann ein wenigstens teilweise autonomer Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Bestimmung der mittleren Steigung des Kurvenverlaufs für statische Objekte durchgeführt werden und/oder der Vergleich von Intensitäten von Sendesignalen bei entsprechenden Entfernungen mit den Referenzwertepaaren für dynamische Objekte durchgeführt werden.
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Statische Objekte im Sinne der Erfindung sind Objekte, welche im Raum statisch sind, sich also im Raum nicht bewegen. Statische Objekte können insbesondere Straßenschilder, Leitplanken, Bauwerke, Fahrbahnmarkierungen oder dergleichen sein. Im Unterschied bewegen sich dynamische Objekte im Raum. Dynamische Objekte können Fahrzeuge, Personen, Tiere oder dergleichen sein.
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Sofern die Detektionsvorrichtung sich im Raum auf ein statisches Objekt zu bewegt, kann das statische Objekt zur Überprüfung der Reichweite der Detektionsvorrichtung während seiner gesamten Verweildauer im Überwachungsbereich erfasst und die entsprechenden Wertepaare aus den Intensitäten der Reflexionen und den entsprechenden Entfernungen ermittelt werden.
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Vorteilhafterweise kann das Verfahren zur Überprüfung der Reichweite an statischen Objekten durchgeführt werden, welche mit der Detektionsvorrichtung identifiziert werden können. So können bekannte Objekte wie insbesondere Straßenschilder oder Leitplanken oder dergleichen verwendet werden. Bei bekannten Objekten kann von einer einheitlichen Orientierung relativ zur Fahrbahn und/oder von einheitlichen Materialien ausgegangen werden. Auf diese Weise kann die Reichweite der optischen Detektionsvorrichtung genauer und/oder einfacher reproduzierbar überprüft werden.
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Dynamische Objekte können bezüglich der Reichweitenüberwachung herangezogen werden, solange sie sich im Überwachungsbereich befinden. Auf diese Weise können auch Fahrzeuge zur Überprüfung der Reichweite der Detektionsvorrichtung herangezogen werden, die dem eigenen Fahrzeug mit der Detektionsvorrichtung voraus fahren.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die mittlere Steigung des Kurvenverlaufs mittels linearer Interpolation bestimmt werden. Auf diese Weise kann einfach die mittlere Steigung bestimmt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der Annahmebereich um die Referenzintensitäten aus auf Basis der Referenzwertepaare ermittelt werden. Auf diese Weise kann der Annahmebereich im laufenden Betrieb der Detektionsvorrichtung ermittelt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der Annahmebereich aus einer Standardabweichung der Referenzintensitäten bestimmt werden. Auf diese Weise kann der Annahmebereich individuell an die Detektionsvorrichtung und die entsprechenden Betriebsbedingungen angepasst werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die mittlere Steigung des Kurvenverlaufs der Intensität über die Entfernung für dasselbe oder unterschiedliche Objekte bei unterschiedlichen Messzyklen verglichen werden und bei einer Abnahme der mittleren Steigung bei einem späteren Messzyklus im Vergleich zu einem früheren Messzyklus kann auf eine Abnahme der Reichweite der Detektionsvorrichtung geschlossen werden und entsprechend kann bei einer Zunahme der mittleren Steigung auf eine Zunahme der Reichweite geschlossen werden. Auf diese Weise kann direkt aus den mittleren Steigungen eine Tendenz der Änderung der Reichweite der Detektionsvorrichtung ermittelt werden.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der Detektionsvorrichtung dadurch gelöst, dass
- - die Detektionsvorrichtung wenigstens einen Sender zum Senden von wenigstens einem optischen Sendesignal in den Überwachungsbereich aufweist,
- - die Steuer- und Auswerteeinrichtung Mittel aufweist zum Zuordnen wenigstens eines Empfangssignals zu einem gegebenenfalls im Überwachungsbereich vorhandenen Objekt reflektierten wenigstens einen Sendesignal, zur Bestimmung einer Laufzeit des Sendesignals zwischen dem Senden und dem Empfangen des wenigstens einen entsprechenden Empfangssignals und zur Ermittlung einer Entfernung des Objekts relativ zur Detektionsvorrichtung aus der Laufzeit,
- - wobei die Reichweitenüberprüfungseinrichtung Mittel aufweist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Erfindungsgemäß weist die Reichweitenüberprüfungseinrichtung Mittel auf, mit denen für wenigstens ein erfasstes Objekt in unterschiedlichen Entfernungen die Intensitäten der Empfangssignale und die entsprechenden Entfernungen als Wertepaare bestimmt werden können. Ferner kann mit geeigneten Mitteln aus den Wertepaaren eine mittlere Steigung eines Kurvenverlaufs der Intensität über die Entfernung ermittelt werden und auf Basis der mittleren Steigung auf die Reichweite und/oder eine Änderung der Reichweite der Detektionsvorrichtung geschlossen werden.
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Alternativ oder zusätzlich können mit geeigneten Mitteln die Wertepaare als Referenzwertepaare für das wenigstens eine Objekt gespeichert werden. Sofern dasselbe wenigstens eine Objekt wiederholt oder über einen längeren Zeitraum von der Detektionsvorrichtung erfasst wird, kann die Intensität wenigstens eines Empfangssignals mit dem Referenzwertepaar bei der derselben Entfernung verglichen werden. Falls die aktuelle Intensität des wenigstens einen Empfangssignals außerhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Annahmebereichs um die Referenzintensität des entsprechenden Referenzwertepaars liegt, kann auf eine Änderung der Reichweite der Detektionsvorrichtung geschlossen werden.
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Vorteilhafterweise können die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf software- und/oder hardwaretechnischem Wege realisiert sein. Sie können vorteilhafterweise mithilfe der Steuer- und Auswerteeinrichtung, insbesondere durch entsprechende Programmierung und/oder entsprechende Schaltungen, realisiert sein.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
- 1 ein Fahrzeug in der Vorderansicht, mit einem Laserscanner zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug;
- 2 den Laserscanner aus der 1, mit einem Sender, einer Umlenkspiegeleinrichtung, einem Empfänger und einer Steuer- und Auswerteeinrichtung;
- 3 eine Fahrsituation des Fahrzeugs aus der 1 auf einer Straße zu einem Zeitpunkt t1 , in dem ein erstes statisches Objekt am Straßenrand in den Überwachungsbereich gelangt, wobei während der Fahrt eine Überprüfung der Reichweite der Detektionsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird;
- 4 das Fahrzeug aus der 3 in einer Fahrsituation zu einem späteren Zeitpunkt t2 , in dem das erste statische Objekt den Überwachungsbereich verlässt;
- 5 das Fahrzeug aus den 3 und 4 in einer Fahrsituation zu einem Zeitpunkt t3 , in dem ein zweites statisches Objekt am Straßenrand in den Überwachungsbereich gelangt;
- 6 das Fahrzeug aus den 3 bis 5 in einer Fahrsituation zu einem Zeitpunkt t4 , in dem das zweite statische Objekt den Überwachungsbereich verlässt;
- 7 jeweilige Kurvenverläufe der Intensitäten von Reflexionen von Sendesignalen der Detektionsvorrichtung an dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt abhängig von der Entfernung des jeweiligen Objekts zur Detektionsvorrichtung;
- 8 die mittleren Steigungen der Kurvenverläufe aus der 7 nach der Durchführung von linearen Interpolationen;
- 9 die mittleren Steigungen von Kurvenverläufen aus Messungen zur Überprüfung der Reichweite der Detektionsvorrichtung während den Fahrsituationen entsprechend aus den 3 bis 6, wobei hier die Reichweite durch Regen eingeschränkt ist;
- 10 eine Fahrsituation des Fahrzeugs aus der 1 zu einem Zeitpunkt t0 , in dem ein erstes anderes Fahrzeug mit geringerer Geschwindigkeit vor dem eigenen Fahrzeug fährt und ein zweites anderes Fahrzeug mit höherer Geschwindigkeit das eigene Fahrzeug überholt, wobei während der Fahrt eine Überprüfung der Reichweite der Detektionsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird;
- 11 eine Fahrsituation des eigenen Fahrzeugs aus der 10 zu einem späteren Zeitpunkt t1 , in dem in einer Mindestentfernung die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs an die Geschwindigkeit des vorausfahrenden ersten anderen Fahrzeugs angepasst ist und sich das überholende zweite andere Fahrzeug mit höherer Geschwindigkeit von dem eigenen Fahrzeug entfernt;
- 12 jeweilige Kurvenverläufe der Intensitäten von Reflexionen von Sendesignalen der Detektionsvorrichtung an dem ersten anderen Fahrzeug und dem zweiten anderen Fahrzeug abhängig von der Entfernung des jeweiligen Fahrzeugs zur Detektionsvorrichtung bei den Fahrsituationen aus den 10 und 11 und die Intensitäten der Reflexionen der Sendesignale zu einem späteren Zeitpunkt bei der Mindestentfernung des vorausfahrenden ersten anderen Fahrzeugs einmal ohne Einschränkung der Reichweite durch Regen und einmal mit Einschränkung der Reichweite durch Regen.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der 1 ist ein Fahrzeug 10 beispielhaft in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst eine abtastende optische Detektionsvorrichtung beispielhaft in Form eines Laserscanners 12. Der Laserscanner 12 ist in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet. Der Laserscanner 12 kann auch an einer anderen Stelle des Fahrzeugs 10 angeordnet sein.
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Mit dem Laserscanner 12 kann ein in der 2 bezeichneter Überwachungsbereich 14 in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 vor dem Fahrzeug 10 auf Objekte 16 hin überwacht werden. Hierzu kann mit dem Laserscanner 12 der Überwachungsbereich 14 mit entsprechenden Sendesignalen 18 abgetastet werden. Bei Vorhandensein eines Objekts 16 werden die Sendesignale 18 an diesem wenigstens zum Teil reflektiert und als Empfangssignale 20 zu dem Laserscanner 12 zurückgesendet. Mit einem entsprechenden Empfänger 22 des Laserscanners 12 werden die Empfangssignale 20 empfangen.
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Der Laserscanner 12 arbeitet nach einem sogenannten Laufzeitverfahren, bei dem eine Laufzeit zwischen dem Aussenden eines Sendesignals 18 und dem Empfang des entsprechenden Empfangssignals 20 erfasst und daraus eine Entfernung, eine Geschwindigkeit und eine Richtung des Objekts 16 relativ zum Fahrzeug 10 bestimmt wird.
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Der Laserscanner 12 weist einen Sender 24 zum Aussenden der Sendesignale 18, den Empfänger 20 zum Empfangen der Empfangssignale 20, eine Umlenkspiegeleinrichtung 26 zum Umlenken der Sendesignale 18, eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 zur Steuerung des Senders 24, des Empfängers 20 und der Umlenkspiegeleinrichtung 26 und zum Auswerten der Empfangssignale 20 auf. Mit der Umlenkspiegeleinrichtung 26 werden die Strahlrichtungen der Sendesignale 18 in dem Überwachungsbereich 14 beispielhaft in der Horizontalen geschwenkt, sodass der Überwachungsbereich 14 mit den Sendesignalen 18 abgetastet werden kann.
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Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 weist ferner eine Reichweitenüberprüfungseinrichtung 30 auf, mit der die Reichweite des Laserscanners 12, in der ein etwaiges Objekt 16 noch erfasst werden kann, überprüft werden kann.
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Die Reichweitenüberprüfungseinrichtung 30 ist beispielhaft auf softwaretechnischem Wege in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 realisiert. Alternativ oder zusätzlich kann auch entsprechende Hardware zur Realisierung der Reichweitenüberprüfungseinrichtung 30 verwendet werden.
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Ein Verfahren zur Überprüfung der Reichweite des Laserscanners 12 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird im Folgenden in Verbindung mit den 3 bis 9 beschrieben. Das erste Verfahren kann bevorzugt Reflexionen von Sendesignalen 18 an statischen Objekten 16a und 16b verwenden, um die Reichweite zu überprüfen.
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In den 3 bis 6 sind Fahrsituationen des Fahrzeugs 10 chronologisch zu den Zeitpunkten t1 , t2 , t3 und t4 gezeigt. Das Fahrzeug 10 wird im Folgenden der besseren Unterscheidbarkeit wegen als „eigenes Fahrzeug 10“ bezeichnet.
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Zu dem Zeitpunkt t1 befindet sich das eigene Fahrzeug 10 auf einer Fahrbahn 32 und bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit in Fahrtrichtung 34, in der 3 von links nach rechts. Mit dem Laserscanner 12 wird dabei fortwährend der Überwachungsbereich 14 in Fahrtrichtung 34 vor dem Fahrzeug 10 überwacht. Der Überwachungsbereich 14 ist in den 3 bis 6 als gestrichelter Kreissektor angedeutet.
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Neben dem in Fahrtrichtung 34 des eigenen Fahrzeugs 10 betrachtet rechten Rand der Fahrbahn 32 sind ein erstes Objekt 16a und ein zweites Objekt 16b angeordnet. Die Objekte 16a und 16b sind bezüglich der Fahrbahn 32 statisch. Bei den Objekten 16a und 16b kann es sich beispielsweise um Straßenschilder handeln. Der Abstand der Objekte 16a und 16b ist in Fahrtrichtung 34 betrachtet im Vergleich zur Reichweite des Laserscanners 12 groß. Der Abstand der Objekte 16a und 16b ist beispielsweise so groß, dass die Objekte 16a und 16b nicht gleichzeitig mit dem Laserscanner 12 erfasst werden können. Ferner ist beispielhaft das erste Objekt 16a kleiner als das zweite Objekt 16b.
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Zum Zeitpunkt t1 tritt das erste Objekt 16a, wie in der 3 gezeigt, in den Überwachungsbereich 14 ein und wird mit dem Laserscanner 12 erkannt. Zum Zeitpunkt t2 verlässt das erste Objekt 16a, wie in der 4 gezeigt, den Überwachungsbereich 14. Während sich das erste Objekt 16a im Überwachungsbereich 14 befindet, werden mit dem Laserscanner 12 fortwährend Entfernungsmessungen durchgeführt. Die dabei erfassten Intensitäten der Empfangssignale 20 werden über die jeweils ermittelte Entfernungen als Wertepaare gespeichert.
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Ein Kurvenverlauf 36a, der für den Verlauf der Intensität über die Entfernung für das erste Objekt 16a charakteristisch ist, ist in der 7 gezeigt. Mit abnehmender Entfernung des Objekts 16a zu dem eigenen Fahrzeug 10 nimmt die Intensität des Empfangssignals 20 zu. 7 zeigt den charakteristischen Kurvenverlauf 36a unter Umgebungsbedingungen, welche die Reichweite des Laserscanners 12 nicht einschränken.
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In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird aus dem charakteristischen Kurvenverlauf 36a beispielsweise mittels einer linearen Interpolation ein gemittelter Kurvenverlauf 38a für das erste Objekt 16a erzeugt, welcher in der 8 gezeigt ist. Aus der Steigung des gemittelten Kurvenverlaufs 38a kann die mittlere Steigung des charakteristischen Kurvenverlaufs 36a ermittelt werden. Die Auswertung der mittleren Steigung zur Beurteilung der Reichweite des Laserscanners 12 erfolgt sobald das erste Objekt 16a den Überwachungsbereich 14 verlässt. Die Steigung des gemittelten Kurvenverlaufs 38a, also die mittlere Steigung des charakteristischen Kurvenverlaufs 36a, dient als Indikator für die Reichweite des Laserscanners 12. Je geringer die mittlere Steigung, also je flacher der gemittelte Kurvenverlauf 38a, ist, desto größer ist die Reichweite des Laserscanners 12.
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Zu dem Zeitpunkt t3 tritt das zweite Objekt 16b, wie in der 5 gezeigt, in den Überwachungsbereich 14 und wird mit dem Laserscanner 12 erkannt. Zum Zeitpunkt t4 verlässt das zweite Objekt 16b, wie in der 6 gezeigt, den Überwachungsbereich 14. Für das zweite Objekt 16b wird wie bei dem ersten Objekt 16a ein charakteristischer Kurvenverlauf 36b, der ebenfalls in der 7 gezeigt ist, ermittelt. Aus dem charakteristischen Kurvenverlauf 36b für das zweite Objekt 16b wird entsprechend der gemittelte Kurvenverlauf 38b erzeugt, welcher in der 8 gezeigt ist. Die Steigung des gemittelten Kurvenverlaufs 38b gibt die mittlere Steigung des charakteristischen Kurvenverlauf 36b wieder. Analog zum ersten Objekt 16b gilt auch hier, dass je geringer die mittlere Steigung ist, desto größer ist die Reichweite des Laserscanners 12.
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Im Idealfall bei gleichbleibenden Umweltbedingungen ist die Reichweite des Laserscanners 12 während der Erfassung des ersten Objekts 16a und der Erfassung des zweiten Objekts 16b gleich. Demnach sind die Steigung des gemittelten Kurvenverlaufs 38a für das erste Objekt 16a und die Steigung des gemittelten Kurvenverlaufs 38b für das zweite Objekt 16b gleich, wie dies in der 8 gezeigt ist.
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In der 9 sind die gemittelten Kurvenverläufe 38a und 38b für den Fall gezeigt, dass zwischen der Erfassung des ersten Objekts 16a und der Erfassung des zweiten Objekts 16b mit dem Laserscanner 12, also zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 , Regen einsetzt oder es zu einer anderen Einschränkung der Reichweite des Laserscanners 12 kommt. Während der Erfassung des ersten Objekts 16a wird die Reichweite des Laserscanners 12 durch Umwelteinflüsse nicht eingeschränkt, sodass die Steigung des gemittelten Kurvenverlaufs 38a der Steigung in dem in der 8 gezeigten Fall entspricht. Während der Erfassung des zweiten Objekts 16b ist die Reichweite des Laserscanners 12 durch den Regen eingeschränkt. Die Steigung des gemittelten Kurvenverlaufs 38b für das zweite Objekt 16b ist daher bei eingeschränkter Reichweite des Laserscanners 12 deutlich größer als die Steigung des gemittelten Kurvenverlaufs 38a für das erste Objekt 16a.
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Ein Verfahren zur Überprüfung der Reichweite des Laserscanners 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird im Folgenden in Verbindung mit den 10 bis 12 beschrieben.
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In der 10 ist eine Fahrsituation des eigenen Fahrzeugs 10 zu einem Zeitpunkt t0 gezeigt. Dabei fährt das eigene Fahrzeug 10 auf der Fahrbahn 32 mit konstanter Geschwindigkeit in Fahrtrichtung 34. Vor dem eigenen Fahrzeug 10 befindet sich ein erstes dynamisches Objekt 16c in Form eines vorausfahrenden Fahrzeugs. Die Geschwindigkeit des vorausfahrenden ersten Fahrzeugs 16c ist geringer als die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs 10, sodass sich das eigene Fahrzeug 10 dem ersten dynamischen Objekt 16c nähert. Außerdem wird das eigene Fahrzeug 10 von einem zweiten dynamischen Objekt 16d in Form eines zweiten Fahrzeugs mit größerer Geschwindigkeit als die des eigenen Fahrzeugs 10 überholt, sodass sich das zweite dynamische Objekt 16d nach dem Zeitpunkt t0 von dem eigenen Fahrzeug 10 entfernt. Während der Fahrt wird mit dem Laserscanner 12 der Überwachungsbereich 14 fortwährend überwacht.
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Zu dem Zeitpunkt t0 gelangt das vorausfahrende erste dynamische Objekt 16c in den Überwachungsbereich 14 des Laserscanners 12 und wird in einer Maximalentfernung 40 das erste Mal erkannt. Die Maximalentfernung 40 kann beispielhaft durch die Reichweite des Laserscanners 12 vorgegeben werden. Ferner gelangt kurz nach dem Zeitpunkt t0 das überholende zweite dynamische Objekt 16d in den Überwachungsbereich 14 und wird in einer Mindestentfernung 42 das erste Mal erkannt. Die Mindestentfernung 42 kann beispielsweise durch einen Sicherheitsabstand vorgegeben werden.
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Für die beiden dynamischen Objekte 16c und 16d werden analog zum ersten Ausführungsbeispiel jeweils bei entsprechenden Messzyklen die Wertepaare aus den Intensitäten der Reflexionen der entsprechenden Empfangssignale 20 an dem jeweiligen Objekten 16c und 16d und den zugehörigen Entfernungen zum Laserscanner 12 aufgezeichnet. Der entsprechende Kurvenverlauf 36c für das erste dynamische Objekt 16c und der entsprechende Kurvenverlauf 36d für das zweite dynamische Objekt 16d sind in der 12 gezeigt. Die Pfeile an den Kurvenverläufen 36c und 36d deuten darauf hin, dass sich das eigene Fahrzeug 10 dem ersten dynamischen Objekt 16c nähert, sodass seine Entfernung abnimmt, wohingegen sich das zweite dynamische Objekt 16d von dem eigenen Fahrzeug 10 entfernt. Die entsprechende Intensität der Reflexionen nimmt wie in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel bereits erläutert, mit abnehmender Entfernung zu und entsprechend mit zunehmender Entfernung ab.
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Zu dem Zeitpunkt t1 , welcher in der 11 dargestellt ist, befindet sich das erste dynamische Objekt 16c in der Mindestentfernung 42 vor dem eigenen Fahrzeug 10. Bei Erreichen der Mindestentfernung 42 wird die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs 10 an die Geschwindigkeit des vorausfahrenden ersten dynamischen Objekts 36c angepasst, sodass das sich das erste dynamische Objekt 36c zumindest eine Zeit lang in konstanter Entfernung zu dem eigenen Fahrzeug 10 befindet. Die Entfernung zu dem zweiten dynamischen Objekt 16d nimmt weiter zu, da dieses sich mit größerer Geschwindigkeit von dem Fahrzeug 10 und dem vorausfahrenden ersten dynamischen Objekt 16c entfernt.
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Da sich das erste dynamische Objekt 16c länger im Überwachungsbereich 14 befindet als das zweite dynamische Objekt 16d wird beispielhaft der charakteristische Kurvenverlauf 36c für das erste dynamische Objekt 16c als Referenzkurve verwendet. Für die Referenzkurve liegen die jeweiligen Referenzintensitäten über die entsprechende Entfernung als Wertepaare vor.
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Aus den Referenzintensitäten wird ein Annahmebereich 44 in Form eines Bandes um den Referenz-Kurvenverlauf 36c ermittelt. Der Annahmebereich 44 kann beispielsweise aus den Standardabweichungen der entfernungsabhängigen Referenzintensitäten des Referenz-Kurvenverlaufs 36c ermittelt werden.
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Bei späteren Messzyklen werden die entfernungsabhängigen Intensitäten der Reflexionen, also der Empfangssignale 20, des ersten dynamischen Objekts 16c mit dem Annahmebereich 44 des Referenz-Kurvenverlaufs 36c in derselben Entfernung verglichen.
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In der 12 ist beispielhaft die Intensität der Reflexion bei der Mindestentfernung 42 unter Umgebungsbedingungen, welche die Reichweite des Laserscanners 12 nicht einschränken, als Kreuz 46 angedeutet. Die Intensität der Reflexion 46 befindet sich innerhalb des Annahmebereichs 44. Daraus wird geschlossen, dass die Reichweite des Laserscanners 12 nicht eingeschränkt ist.
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Falls jedoch nach dem Zeitpunkt t1 beispielsweise Niederschlag einsetzt, welcher die Reichweite des Laserscanners 12 einschränkt, führt dies zu einer Abnahme der Intensität der Reflexion in der Mindestentfernung 42. Dies ist in der 12 durch ein weiteres Kreuz 48 angedeutet, welches das Ergebnis der Messung bei Niederschlag zeigt. Die Intensität der Reflexion 48 liegt deutlich unterhalb des Annahmebereichs 44. Daraus wird geschlossen, dass die Reichweite des Laserscanners 12 eingeschränkt ist.
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Mit dem Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel können bevorzugt dynamische Objekte 16c und 16d verfolgt werden, welche sich über einen längeren Zeitraum oder wiederholt in einer bestimmten Entfernung zu dem eigenen Fahrzeug 10 befinden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel befindet sich das erste dynamische Objekt 16c über einen längeren Zeitraum in der Mindestentfernung 42. Dabei werden die aktuellen Intensitäten der Reflexionen mit den Referenzintensitäten, respektive dem Annahmebereich 44, des charakteristischen Referenz-Kurvenverlaufs 36c verglichen. Die Abweichung der aktuellen Intensität von dem charakteristischen Referenz-Kurvenverlauf 36c in der entsprechenden Entfernung dient als Indikator für eine Änderung der Reichweite des Laserscanners 12.
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Jedes dynamische Objekt 16c und 16d dient dabei als seine eigene Referenz, da für jedes Objekt 16c und 16d ein entsprechender Annahmebereich 44 bestimmt werden kann. Auf diese Weise können Einflüsse wie beispielsweise die Größe, die Form und/oder das Material der Objekte 16c und 16d auf die Überprüfung der Reichweite verringert oder gänzlich ausgeschaltet werden. Auf eine Korrektur beispielsweise mithilfe einer zeitliche Mittelung derartiger Einflüsse kann verzichtet werden.
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Insbesondere mit dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise auch ein mit Schnee oder Schmutz bedecktes Fahrzeug erfasst werden, ohne dass dabei aus dem charakteristischen Kurvenverlauf fälschlicherweise auf eine Verringerung der Reichweite des Laserscanners 12 geschlossen wird.
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Das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise für Fahrten verwendet werden, bei denen das eigene Fahrzeug 10 in etwa gleichbleibender Entfernung einem sogenannten Führungsfahrzeug folgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014208272 A1 [0003]