DE102018218003A1 - Process, computer program and measuring system for the evaluation of movement information - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Ermittlung der Eigenbewegung eines Kraftfahrzeugs (1) mithilfe eines Ortungssystems (26), das eine Anzahl an Zielen (66a, 66b) bereitstellt, wobei bei dem Verfahren: a) ermittelt wird, welche der vom Ortungssystem bereitgestellten Ziele (66a, 66b) statische Ziele (66a) sind, b) eine Regressionsfunktion (63) an die statischen Ziele (66a) angepasst wird, wobei die Regressionsfunktion (63) die erwartete Verteilung (f) der statischen Ziele (66a) im Sichtbereich (51; v, ϕ) des Ortungssystems (26) beschreibt und von ein oder mehreren Bewegungsparameterndes Kraftfahrzeugs (1) abhängig ist; und c) ein oder mehrere der Bewegungsparameterdes Kraftfahrzeugs (1) aus der angepassten Regressionsfunktion (63) ermittelt werden.Method for determining the own movement of a motor vehicle (1) with the aid of a location system (26) which provides a number of targets (66a, 66b), the method: a) determining which of the targets (66a, 66b) provided by the location system are static targets (66a), b) a regression function (63) is adapted to the static targets (66a), the regression function (63) the expected distribution (f) of the static targets (66a) in the field of view (51; v, ϕ ) describes the location system (26) and is dependent on one or more movement parameters of the motor vehicle (1); and c) one or more of the movement parameters of the motor vehicle (1) are determined from the adapted regression function (63).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren und Computerprogramme und Ortungssysteme für die Auswertung von Bewegungsinformationen, beispielsweise Bewegungsinformationen eines Radarmessgeräts.The present disclosure relates to methods and computer programs and location systems for evaluating movement information, for example movement information from a radar measuring device.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Es sind Ortungssysteme bekannt, die für autonomes bzw. teilautonomes Fahren oder für „Advanced Driver Assistance Systems“ (ADAS) -Funktionen an Kraftfahrzeugen verwendet werden. Um eine Umgebungswahrnehmung zu erreichen, tasten solche Messsysteme die Umgebung des Kraftfahrzeugs auf Objekte ab, um deren Relativposition und Relativgeschwindigkeit gegenüber dem Kraftfahrzeug zu ermitteln. Dafür senden diese Messsysteme Wellen aus, welche an umliegenden Objekten reflektiert werden und sodann von dem Messsystem wieder Empfangen werden. Dies sind beispielsweise elektromagnetische Wellen oder akustische Wellen. Insbesondere werden hierfür Radar- oder Lidar-Messsysteme genutzt. Autonome Fahrzeuge erhalten mittels Radar oder Lidar Position und Geschwindigkeiten von Objekten, wie anderen Verkehrsteilnehmern oder Hindernissen.Location systems are known which are used for autonomous or semi-autonomous driving or for “Advanced Driver Assistance Systems” (ADAS) functions on motor vehicles. In order to achieve an environmental perception, such measuring systems scan the surroundings of the motor vehicle for objects in order to determine their relative position and relative speed in relation to the motor vehicle. For this purpose, these measuring systems send out waves that are reflected on surrounding objects and are then received again by the measuring system. These are, for example, electromagnetic waves or acoustic waves. In particular, radar or lidar measuring systems are used for this. Autonomous vehicles use radar or lidar to get the position and speed of objects such as other road users or obstacles.

Die Radar-Technologie („Radio Detection and Ranging“) bezieht sich beispielsweise auf Vorrichtungen, Verfahren und Systeme zur Ortung und Erkennung von Objekten auf Basis von elektromagnetischen Wellen im Radiofrequenzbereich. Das Radar sendet ein elektromagnetisches Signal und empfängt Echos von Objekten. Mittels der Radar-Technologie kann beispielsweise über die Auswertung von Laufzeiten eine Position und unter Berücksichtigung von Frequenzsignaländerung (DopplerEffekt) eine relative Geschwindigkeit eines Objekts ermittelt werden.Radar technology ("Radio Detection and Ranging") relates, for example, to devices, methods and systems for locating and recognizing objects based on electromagnetic waves in the radio frequency range. The radar sends an electromagnetic signal and receives echoes from objects. Using radar technology, for example, a position can be determined by evaluating transit times and a relative speed of an object can be determined taking frequency signal changes (Doppler effect) into account.

Für die Aufgabe der Umgebungswahrnehmung laufen verschiedene Algorithmen wie statische Umgebungswahrnehmung, dynamische Objektverarbeitung, Alignment-Berechnung sowie Lokalisierung und Mapping.Various algorithms are running for the task of environmental perception, such as static environmental perception, dynamic object processing, alignment calculation as well as localization and mapping.

Es sind Verfahren bekannt, um Punkte einer Punktwolke eines Bewegungssensors (Lidar/Radar/Kamera) als statisch oder mobil zu identifizieren. Ein typischer Ansatz für Radar ist beispielsweise, die Radialgeschwindigkeit jedes Punktes zu verwenden und sie mit der Geschwindigkeit des Ego-Fahrzeugs zu vergleichen. Für Lidar können zwei Punktwolken auf Basis von Scan-to-Scan-Matching-Methoden verglichen werden, um bewegte Objekte zu identifizieren. Das Scan-to-Scan-Matching kann beispielsweise mittels dem Fachmann bekannten Verfahren wie ICP („Iterative Closest Point“) oder NDT („Normal Distribution Transform“) erfolgen. Auf Grundlage der ermittelten Übereinstimmungen von Punkten kann nach diesen Verfahren eine Anpassung der Punktwolke des zweiten Messrahmens an die Punktwolke des ersten Messrahmens erfolgen. Eine Kamera ist in der Lage, bewegte Ziele oder Pixel mit optischem Fluss, maschinellem Lernen usw. zu erkennen.Methods are known for identifying points of a point cloud of a motion sensor (lidar / radar / camera) as static or mobile. For example, a typical approach to radar is to use the radial speed of each point and compare it to the speed of the ego vehicle. For Lidar, two point clouds can be compared on the basis of scan-to-scan matching methods in order to identify moving objects. The scan-to-scan matching can be carried out, for example, using methods known to those skilled in the art, such as ICP (“iterative closest point”) or NDT (“normal distribution transform”). Based on the determined correspondence of points, the point cloud of the second measuring frame can be adapted to the point cloud of the first measuring frame using these methods. A camera is able to recognize moving targets or pixels with optical flow, machine learning, etc.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein Ortungs- bzw. Messsystem für die Auswertung von Bewegungsinformationen bereitzustellen, welches die Genauigkeit bei der Erkennung statischer bzw. mobiler Ziele verbessert. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a method, a computer program and a location or measurement system for evaluating movement information, which improves the accuracy in the detection of static or mobile targets. This object is achieved by the method according to claim 1 and the method according to claim 10. Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims and the following description of preferred exemplary embodiments of the present invention.

Die Ausführungsbeispiele zeigen ein Verfahren zur Ermittlung der Eigenbewegung eines Kraftfahrzeugs mithilfe eines Ortungssystems, das eine Anzahl an Zielen bereitstellt, wobei bei dem Verfahren: a) ermittelt wird, welche der vom Ortungssystem bereitgestellten Ziele statische Ziele sind, b) eine Regressionsfunktion an die statischen Ziele angepasst wird, wobei die Regressionsfunktion die erwartete Verteilung der statischen Ziele im Sichtbereich des Ortungssystems beschreibt und von ein oder mehreren Bewegungsparametern des Kraftfahrzeugs abhängig ist; und ein oder mehrere der Bewegungsparameter des Kraftfahrzeugs aus der angepassten Regressionsfunktion ermittelt werden.The exemplary embodiments show a method for determining the self-movement of a motor vehicle with the aid of a location system that provides a number of targets, the method: a) determining which of the targets provided by the location system are static targets, b) a regression function to the static targets is adjusted, the regression function describing the expected distribution of the static targets in the field of vision of the positioning system and being dependent on one or more movement parameters of the motor vehicle; and one or more of the movement parameters of the motor vehicle are determined from the adapted regression function.

Das Ortungssystem umfasst beispielsweise ein oder mehrere Radarsensoren, Lidar-Sensoren, Kameras, oder dergleichen. Obgleich sich die unten beschriebenen Ausführungsbeispiele auf Punktwolken eines Radarsensors beziehen, kann das Verfahren alternativ auch auf andere punktbasierten Messsensoren wie beispielsweise Lidar, oder 3D-Rekonstruktion auf Basis von Kamerabildern (monokular oder stereo) angewendet werden. Die Akkumulation von Punkten einer Punktwolke kann auch Daten mehrerer Sensoren wie mehrerer Radare, Lidare oder Kameras berücksichtigen, um eine dichtere Punktwolke zu erhalten, welche die Umgebung repräsentiert. Die hier beschriebenen Verfahren können dementsprechend auch für andere Arten von Fahrassistenzmesssystemen verwendet werden, beispielsweise für Lidar-Messsysteme. Hierfür werden die Messdaten entsprechend ausgewertet und in eine für die Auswertung passende Form gebracht. Dementsprechend kann jedes Messsystem dieser Art, insbesondere ein Radar Messsystem und ein Lidar-Messsystem, für ein Kraftfahrzeug unabhängig von dessen Anordnung und Ausrichtung an dem Kraftfahrzeug mit den erläuterten Verfahren betrieben werden.The location system includes, for example, one or more radar sensors, lidar sensors, cameras, or the like. Although the exemplary embodiments described below relate to point clouds of a radar sensor, the method can alternatively also be applied to other point-based measurement sensors such as, for example, lidar, or 3D reconstruction based on camera images (monocular or stereo). The accumulation of points of a point cloud can also take into account data from several sensors such as several radars, lidars or cameras in order to obtain a denser point cloud which represents the surroundings. Accordingly, the methods described here can also be used for other types of driver assistance measurement systems, for example for lidar measurement systems. For this purpose, the measurement data are evaluated accordingly and brought into a form suitable for the evaluation. Accordingly, any measurement system of this type, in particular a radar measurement system and a lidar measurement system, can be used independently of it for a motor vehicle Arrangement and alignment on the motor vehicle can be operated with the explained methods.

Die Informationen über die Ziele (auch „Targets“ oder „Ojekte“ genannt) werden beispielsweise aufgrund der Messdaten des Ortungssystems bereitgestellt. Insbesondere kann es sich um die Ziele einer Zielliste handeln, die vom Ortungssystem bereitgestellt wird. Bei den Punkten der Zielliste kann es sich beispielsweise um Ziele einer vom Ortungssystem bereitgestellten Zielliste handeln. Die Ziele werden beispielsweise in Form von Messrahmen bereitgestellt, die vom Ortungssystem geliefert werden. Eine Zielliste umfasst beispielsweise für jedes Ziel die Werte der Radialgeschwindigkeit, des Höhenwinkels und/oder des Seitenwinkels. Alternativ sind die Informationen der Zielliste für jedes Ziel in eine Radialgeschwindigkeit, einen Höhenwinkel und/oder einen Seitenwinkel konvertierbar.The information about the targets (also called “targets” or “objects”) is provided, for example, on the basis of the measurement data from the location system. In particular, it can be the targets of a target list, which is provided by the location system. The points on the target list can be, for example, targets from a target list provided by the location system. The targets are provided, for example, in the form of measuring frames that are supplied by the location system. A target list includes, for example, the values of the radial speed, the elevation angle and / or the side angle for each target. Alternatively, the information in the target list can be converted into a radial speed, an elevation angle and / or a side angle for each target.

Gemäß einer Ausführungsform wird bei dem Verfahren ein Näherungsverlauf der Regressionsfunktion bestimmt und die Ziele werden auf Grundlage des Näherungsverlaufs als statische Ziele bzw. mobile Ziele klassifiziert.According to one embodiment, an approximation course of the regression function is determined in the method and the targets are classified on the basis of the approximation course as static targets or mobile targets.

Der Näherungsverlauf der Regressionsfunktion kann beispielsweise auf Grundlage von Näherungswerten der Bewegungsparameter bestimmt werden. Insbesondere können die Näherungswerte der Bewegungsparameter auf Grundlage von Bewegungsparametern aus einem vorherigen Messzyklus erhalten werden. Alternativ können Näherungswerte der Bewegungsparameter auch mit anderen Verfahren eine Ermittlung der Eigenbewegung ermittelt werden. Die Näherungsweise Ermittlung der Eigenbewegung des Fahrzeugs kann beispielsweise auf einem beliebigen, dem Fachmann bekannten Odometrie-Verfahren erfolgen. Mittels solcher Odometrie-Verfahren wird die Odometrie des Fahrzeugs, beispielsweise Position (X,Y,Z) und Rotationsbewegungen (Drehraten) um eine Hoch-, Quer und Längsachse des Fahrzeuges (Eulerwinkel Phi, Theta, Psi) ermittelt. Translatorische Geschwindigkeitskomponenten können hierfür aus dem ESP oder über die Raddrehzahlen hergeleitet werden. Rotatorische Komponenten (Drehraten) können ebenfalls aus dem ESP (Gierrate) oder alle drei Drehraten aus einer IMU (Inertial Measurement Unit) hergeleitet werden.The approximate course of the regression function can be determined, for example, on the basis of approximate values of the movement parameters. In particular, the approximate values of the movement parameters can be obtained on the basis of movement parameters from a previous measurement cycle. Alternatively, approximate values of the movement parameters can also be determined using other methods to determine the own movement. The approximate determination of the vehicle's own movement can be carried out, for example, using any odometry method known to the person skilled in the art. Using such odometry methods, the odometry of the vehicle, for example position (X, Y, Z) and rotational movements (rotation rates) about a vertical, transverse and longitudinal axis of the vehicle (Euler angle Phi, Theta, Psi) is determined. For this purpose, translatory speed components can be derived from the ESP or via the wheel speeds. Rotational components (yaw rates) can also be derived from the ESP (yaw rate) or all three yaw rates from an IMU (inertial measurement unit).

Gemäß einer Ausführungsform wird der Näherungsverlauf um eine Bandbreite verbreitert und die Ziele innerhalb der Bandbreite werden als statische Ziele klassifiziert. Die Bandbreite kann fest vorgegeben sein, oder in Abhängigkeit von der Genauigkeit des Näherungsverlaufs gewählt werden, beispielsweise in Abhängigkeit der Genauigkeit von Näherungswerten der Bewegungsparameter.According to one embodiment, the approximation course is broadened by a bandwidth and the targets within the bandwidth are classified as static targets. The bandwidth can be predetermined, or can be selected depending on the accuracy of the approximation course, for example depending on the accuracy of approximation values of the movement parameters.

Die Bewegungsparameter des Kraftfahrzeugs können beispielsweise eine translatorische und/oder eine rotatorische Bewegung des Kraftfahrzeugs bzw. des Ortungssystems beschreiben.The movement parameters of the motor vehicle can, for example, describe a translational and / or a rotational movement of the motor vehicle or the locating system.

Die Anpassung der Regressionsfunktion an die statischen Ziele kann beispielsweise durch lineare Regressionsanalyse, insbesondere durch ein Least-Square-Verfahren erfolgen.The regression function can be adapted to the static targets, for example, by linear regression analysis, in particular by a least square method.

Bevorzugt werden die Schritte a) bis c) fortlaufend anhand von Messdaten aufeinanderfolgender Messzyklen durchgeführt.Steps a) to c) are preferably carried out continuously on the basis of measurement data of successive measurement cycles.

Die Regressionsfunktion kann fernen von ein oder mehreren extrinsischen Parametern abhängig sein. Die extrinsischen Parameter können beispielsweise einen oder mehrere Kippwinkel des Ortungssystems gegenüber der Soll-Einbaulage des Ortungssystems beschreiben.The regression function can also be dependent on one or more extrinsic parameters. The extrinsic parameters can, for example, describe one or more tilting angles of the location system with respect to the target installation position of the location system.

Die extrinsischen Parameter werden beispielsweise bestimmt, indem in einer Kalibrierungsphase, in der die Bewegungsparameter des Kraftfahrzeugs bekannt sind, ermittelt wird, welche der vom Ortungssystem bereitgestellten Ziele statische Ziele sind, die Regressionsfunktion an die statischen Ziele angepasst wird, und ein oder mehrere der extrinsischen Parameter des Kraftfahrzeugs aus der angepassten Regressionsfunktion ermittelt werden.The extrinsic parameters are determined, for example, by determining in a calibration phase in which the movement parameters of the motor vehicle are known which of the targets provided by the location system are static targets, the regression function is adapted to the static targets, and one or more of the extrinsic parameters of the motor vehicle can be determined from the adapted regression function.

Die Ausführungsbeispiele zeigen auch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ortungssystems, das eine Anzahl an Zielen bereitstellt, wobei bei dem Verfahren: a) ermittelt wird, welche der vom Ortungssystem bereitgestellten Ziele statische Ziele sind, b) eine Regressionsfunktion an die statischen Ziele angepasst wird, wobei die Regressionsfunktion die erwartete Verteilung der statischen Ziele im Sichtbereich des Ortungssystems beschreibt und von ein oder mehreren vorbekannten Bewegungsparametern des Kraftfahrzeugs und von extrinsischen Parametern abhängig ist, und ein oder mehrere der extrinsischen Parameter des Kraftfahrzeugs aus der angepassten Regressionsfunktion ermittelt werden.The exemplary embodiments also show a method for calibrating a location system, which provides a number of targets, the method: a) determining which of the targets provided by the location system are static targets, b) adapting a regression function to the static targets, wherein the regression function describes the expected distribution of the static targets in the field of view of the location system and is dependent on one or more previously known movement parameters of the motor vehicle and on extrinsic parameters, and one or more of the extrinsic parameters of the motor vehicle are determined from the adapted regression function.

Dadurch dass in der Kalibrierungsphase die Bewegungsparameter des Kraftfahrzeugs vorbekannt sind, kann die Regressionsfunktion anhand der bekannten Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs angepasst werden, um die extrinsischen Parameter zu ermitteln.Because the movement parameters of the motor vehicle are already known in the calibration phase, the regression function can be adapted on the basis of the known own movement of the motor vehicle in order to determine the extrinsic parameters.

Gemäß einer Ausführungsform wird bei dem Kalibrierungsverfahren ein Näherungsverlauf der Regressionsfunktion bestimmt und die Ziele werden auf Grundlage des Näherungsverlaufs der statischen Funktion als statische Ziele bzw. mobile Ziele klassifiziert.According to one embodiment, an approximation course of the regression function is determined in the calibration method and the targets are classified as static targets or mobile targets on the basis of the approximation curve of the static function.

Der Näherungsverlauf der Regressionsfunktion kann in der Kalibrierungsphase beispielsweise auf Grundlage von Näherungswerten der extrinsischen Parameter bestimmt werden. Insbesondere können die Näherungswerte der extrinsischen Parameter auf Grundlage von extrinsischen Parametern aus einer vorherigen Iteration erhalten werden. The approximation course of the regression function can be determined in the calibration phase, for example, on the basis of approximate values of the extrinsic parameters. In particular, the approximate values of the extrinsic parameters can be obtained on the basis of extrinsic parameters from a previous iteration.

Gemäß einer Ausführungsform wird der Näherungsverlauf um eine Bandbreite verbreitert und die Ziele innerhalb der Bandbreite werden als statische Ziele klassifiziert.According to one embodiment, the approximation course is broadened by a bandwidth and the targets within the bandwidth are classified as static targets.

Die extrinsischen Parameter können beispielsweise einen Kippwinkel des Ortungssystems gegenüber der Soll-Einbaulage des Ortungssystems beschreiben.The extrinsic parameters can, for example, describe a tilting angle of the location system with respect to the target installation position of the location system.

Die Bewegungsparameter des Kraftfahrzeugs können eine translatorische und/oder eine rotatorische Bewegung des Kraftfahrzeugs bzw. des Ortungssystems beschreiben.The movement parameters of the motor vehicle can describe a translational and / or a rotational movement of the motor vehicle or the locating system.

Die Anpassung der Regressionsfunktion an die statischen Ziele kann auch in der Kalibrierungsphase durch lineare Regressionsanalyse erfolgt.The regression function can also be adapted to the static targets in the calibration phase using linear regression analysis.

Bevorzugt werden die Schritte a) bis c) des Kalibrierungsverfahrens zyklisch durchgeführt. Die Schritte a) bis c) können beispielsweise mehrfach anhand von Messdaten unterschiedlicher Messzyklen durchgeführt werden. Dadurch, dass die Schritte a) bis c) zyklisch durchgeführt werden, nähern sich die ermittelten extrinsischen Parameter iterativ den tatsächlichen Werten der Parameter an. Die extrinsischen Parameter mehrerer Messzyklen können gemittelt werden, beispielsweise indem ein gewichteter Mittelwert bereitgestellt wird, der die tatsächlichen Werte der Parameter gut beschreibt.Steps a) to c) of the calibration method are preferably carried out cyclically. Steps a) to c) can be carried out, for example, several times on the basis of measurement data from different measurement cycles. Because steps a) to c) are carried out cyclically, the determined extrinsic parameters iteratively approximate the actual values of the parameters. The extrinsic parameters of a plurality of measurement cycles can be averaged, for example by providing a weighted mean value that describes the actual values of the parameters well.

Das Verfahren wurde insbesondere für Radar-Messsysteme entwickelt, die einen mehrdimensionalen Raum abtasten. Der Sichtbereich eines solchen Radar-Messsystems spannt sich insbesondere über einen Höhenwinkel und einen Seitenwinkel auf. Hierbei kann eine Verkippung um eine Längsachse, eine Hochachse sowie eine Querachse in Bezug auf die Fahrtrichtung auftreten. Mit besonderem Vorteil wird durch das Kalibrierungsverfahren zumindest die Verkippung in Form einer Rotation um die Hochachse sowie um die Querachse ermittelt. Eine Verkippung in Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere der Bewegungsrichtung entspricht, kann vernachlässigt werden. Eine Adaption von dem Höhenwinkel auf den Seitenwinkel und auch umgekehrt erfolgt entsprechend Sinngemäß, sodass eine Übertragung des nachfolgend erläuterten Prinzips auf die jeweils andere Winkelrichtung problemlos möglich ist.The method was developed especially for radar measuring systems that scan a multidimensional space. The field of view of such a radar measuring system spans in particular an elevation angle and a side angle. Here, tilting about a longitudinal axis, a vertical axis and a transverse axis can occur in relation to the direction of travel. The calibration method particularly advantageously determines at least the tilt in the form of a rotation about the vertical axis and about the transverse axis. Tilting in the direction of the longitudinal axis of the motor vehicle, which corresponds in particular to the direction of movement, can be neglected. An adaptation from the elevation angle to the side angle and vice versa takes place accordingly, so that a transfer of the principle explained below to the other angular direction is possible without any problems.

Die Ausführungsbeispiele betreffen auch ein Computerprogramm, umfassend Instruktionen, die, wenn Sie auf einem Prozessor ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, Verfahren, wie sie hier beschrieben sind, durchzuführen.The exemplary embodiments also relate to a computer program, comprising instructions which, when they are executed on a processor, cause the processor to carry out methods as described here.

Die Ausführungsbeispiele betreffen auch ein Messsystem bzw. Ortungssystem umfassend einen Prozessor, der dazu ausgelegt ist, Verfahren, wie sie hier beschrieben sind, durchzuführen. Bei der Auswerteeinheit kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät (engl. ECU = electronic control unit oder ECM = electronic control module) handeln. Die Auswerteeinheit könnte eine Steuerungseinheit für autonomes Fahren sein oder eine zentrale Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs sein. Die Steuereinheit für autonomes Fahren (z.B. ein „Autopilot“) kann beispielsweise in einem autonomen Fahrzeug eingesetzt werden, so dass dieses ganz oder teilweise ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers im Straßenverkehr agieren kann. Bei dem Prozessor kann es sich beispielsweise um eine Recheneinheit wie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = central processing unit) handeln, die Programminstruktionen ausführt.The exemplary embodiments also relate to a measuring system or location system comprising a processor which is designed to carry out methods as described here. The evaluation unit can be, for example, a control unit (ECU = electronic control unit or ECM = electronic control module). The evaluation unit could be a control unit for autonomous driving or a central control unit of a motor vehicle. The control unit for autonomous driving (e.g. an "autopilot") can be used in an autonomous vehicle, for example, so that it can operate in full or in part without the influence of a human driver in traffic. The processor can be, for example, a computing unit such as a central processing unit (CPU) that executes program instructions.

Die Auswerteeinheit kann sich im Fahrzeug befinden, oder auch außerhalb oder teilweise außerhalb des Fahrzeugs. Die Rohradardaten können von dem Fahrzeug zu einem Server oder in ein Cloud-System übertragen werden, wo auf Grundlage der übermittelten Rohradardaten und eines geplanten Fahrmanövers eine optimale Fahrposition des Fahrzeugs ermittelt wird und das Ergebnis wieder an das Fahrzeug rückübermittelt wird. Demgemäß ist vorgesehen, dass die Zentralsteuerungseinheit bzw. Steuerlogik ganz oder teilweise auch außerhalb des Fahrzeugs liegen kann. So kann es sich bei der Steuerlogik beispielsweise um einen Algorithmus handeln, der auf einem Server oder einem Cloud-System abläuft.The evaluation unit can be located in the vehicle, or also outside or partially outside the vehicle. The pipe radar data can be transmitted from the vehicle to a server or to a cloud system, where an optimal driving position of the vehicle is determined on the basis of the transmitted pipe radar data and a planned driving maneuver and the result is transmitted back to the vehicle. Accordingly, it is provided that the central control unit or control logic can also be located entirely or partially outside the vehicle. For example, the control logic can be an algorithm that runs on a server or a cloud system.

Die Ausführungsbeispiele offenbaren auch ein Kraftfahrzeug, das eine Radarsteuerungseinheit und/oder eine Auswertungseinheit, wie oben und in den Ausführungsbeispielen beschrieben, umfasst. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein autonomes oder teilautonomes Kraftfahrzeug wie einen PKW, einen LKW oder dergleichen handeln.The exemplary embodiments also disclose a motor vehicle which comprises a radar control unit and / or an evaluation unit, as described above and in the exemplary embodiments. The vehicle can be, for example, an autonomous or semi-autonomous motor vehicle such as a car, a truck or the like.

Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

  • 1 ein Blockdiagramm zeigt, das schematisch die Konfiguration eines Fahrzeugs mit einer Steuerungseinheit für autonomes (oder teilautonomes) Fahren zeigt;
  • 2 ein Blockdiagramm zeigt, das eine beispielhafte Konfiguration einer Steuerungseinheit (ECU 1, 2, 3, 4 und 5 in 1) darstellt;
  • 3 ein Blockdiagramm zeigt, das eine beispielhafte Konfiguration einer Radareinheit darstellt;
  • 4 ein Blockdiagramm zeigt, das eine weitere beispielhafte Konfiguration einer Radareinheit darstellt;
  • 5 ein Kraftfahrzeug 1 darstellt, das an dessen Fahrzeugfront ein Ortungssystem in Form einer Radareinheit aufweist;
  • 6 den Vektor der Radialgeschwindigkeit v r
    Figure DE102018218003A1_0003
    eines Ziels und den gesamten Geschwindigkeitsvektor v t o t
    Figure DE102018218003A1_0004
    des Sensors mit dem translatorischen Anteil v e
    Figure DE102018218003A1_0005
    und dem rotatorischen Anteil Ω p s e
    Figure DE102018218003A1_0006
    schematisch darstellt;
  • 7 ein Beispiel für die Klassifizierung der vom Ortungssystem erfassten Zielpunkte eines Messrahmens als statische oder mobile Zielpunkte und eine Bestimmung der Eigenbewegung des Fahrzeugs (bzw. des Ortungssystems) zeigt;
  • 8a das Kraftfahrzeug mit Radareinheit zeigt, wobei das Kraftfahrzeug zusätzlich zu der geradlinigen Bewegung eine Rotationsbewegung durchführt;
  • 8b ein Diagramm zeigt, bei dem gegenüber der Rechtswertachse der Seitenwinkel und gegenüber der Hochwertachse die Radialgeschwindigkeit von Zielen aufgetragen ist;
  • 9 die einzelnen Schritte des Verfahrens zur Bestimmung der Eigenbewegung eines Kraftfahrzeugs als Flussdiagramm zeigt;
  • 10 schematisch eine Verstellung des Sensors („Sensorrahmen“) gegenüber dem Fahrzeug-Rahmen („Ego-Rahmen“ bzw. Fahrzeugrahmen) zeigt;
  • 11 die einzelnen Schritte des Kalibrierungsverfahrens zur Bestimmung der extrinsischen Parameter als Flussdiagramm zeigt; und
  • 12 in einem 2D-Raum die Schätzung der extrinsischen Parameter ψext , und θext basierend auf der statischen Funktion zeigt.
Embodiments will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:
  • 1 Fig. 3 is a block diagram schematically showing the configuration of a vehicle with a control unit for autonomous (or semi-autonomous) driving;
  • 2nd A block diagram showing an exemplary configuration of a control unit (ECU 1 , 2nd , 3rd , 4th and 5 in 1 ) represents;
  • 3rd FIG. 12 is a block diagram illustrating an exemplary configuration of a radar unit;
  • 4th FIG. 12 is a block diagram illustrating another example configuration of a radar unit;
  • 5 a motor vehicle 1 which has a location system in the form of a radar unit at the front of the vehicle;
  • 6 the vector of radial velocity v r
    Figure DE102018218003A1_0003
    of a target and the entire speed vector v t O t
    Figure DE102018218003A1_0004
    of the sensor with the translatory component v e
    Figure DE102018218003A1_0005
    and the rotary part Ω p s e
    Figure DE102018218003A1_0006
    schematically represents;
  • 7 shows an example of the classification of the target points of a measuring frame recorded by the positioning system as static or mobile target points and a determination of the own movement of the vehicle (or the positioning system);
  • 8a shows the motor vehicle with a radar unit, the motor vehicle performing a rotational movement in addition to the linear movement;
  • 8b shows a diagram in which the side angle is plotted against the right-hand axis and the radial speed of targets is plotted against the high-value axis;
  • 9 shows the individual steps of the method for determining the own movement of a motor vehicle as a flow chart;
  • 10th schematically shows an adjustment of the sensor (“sensor frame”) relative to the vehicle frame (“ego frame” or vehicle frame);
  • 11 shows the individual steps of the calibration method for determining the extrinsic parameters as a flow diagram; and
  • 12th the estimation of extrinsic parameters in a 2D space ψ ext , and θ ext based on the static function shows.

1 zeigt ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration eines Fahrzeugs mit Radarmessystem und einer Steuerungseinheit für autonomes (oder teilautonomes) Fahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das autonome Fahrzeug ist ein Fahrzeug, das ganz oder teilweise ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers im Straßenverkehr agieren kann. Beim autonomen Fahren übernimmt das Steuerungssystem des Fahrzeugs vollständig oder weitestgehend die Rolle des Fahrers. Autonome (bzw. teilautonome) Fahrzeuge können mit Hilfe verschiedener Sensoren ihre Umgebung wahrnehmen, aus den gewonnenen Informationen ihre Position und die anderen Verkehrsteilnehmer bestimmen und mithilfe des Steuerungssystems und der Navigationssoftware des Fahrzeugs das Fahrziel ansteuern und im Straßenverkehr entsprechend agieren. 1 12 shows a block diagram that schematically illustrates the configuration of a vehicle with a radar measurement system and a control unit for autonomous (or partially autonomous) driving according to an exemplary embodiment of the present invention. The autonomous vehicle is a vehicle that can operate on the road in whole or in part without the influence of a human driver. In autonomous driving, the control system of the vehicle takes over the role of the driver entirely or as far as possible. Autonomous (or semi-autonomous) vehicles can use various sensors to perceive their surroundings, determine their position and the other road users from the information obtained, and use the vehicle's control system and navigation software to control the destination and act accordingly in road traffic.

Das autonome Fahrzeug 1 umfasst mehrere elektronische Komponenten, welche via ein Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 28 miteinander verbunden sind. Das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 28 kann beispielsweise ein im Fahrzeug eingebautes standardgemäßes Fahrzeugkommunikationsnetzwerk wie etwa ein CAN-Bus (controller area network), ein LIN-Bus (local interconnect network), ein Ethernet-basierter LAN-Bus (local area network), ein MOST-Bus, ein LVDS-Bus oder dergleichen sein.The autonomous vehicle 1 comprises several electronic components, which via a vehicle communication network 28 are interconnected. The vehicle communication network 28 For example, a standard vehicle communication network installed in the vehicle, such as a CAN bus (controller area network), a LIN bus (local interconnect network), an Ethernet-based LAN bus (local area network), a MOST bus, an LVDS -Bus or the like.

In dem in 1 dargestellten Beispiel umfasst das autonome Fahrzeug 1 eine Steuerungseinheit 12 (ECU 1), die ein Lenksystem steuert. Das Lenksystem bezieht sich dabei auf die Komponenten, die eine Richtungssteuerung des Fahrzeugs ermöglichen. Das autonome Fahrzeug 1 umfasst ferner eine Steuerungseinheit 14 (ECU 2), die ein Bremssystem steuert. Das Bremssystem bezieht sich dabei auf die Komponenten, die ein Bremsen des Fahrzeugs ermöglichen. Das autonome Fahrzeug 1 umfasst ferner eine Steuerungseinheit 16 (ECU 3), die einen Antriebsstrang steuert. Der Antriebsstrang bezieht sich dabei auf die Antriebskomponenten des Fahrzeugs. Der Antriebsstrang kann einen Motor, ein Getriebe, eine Antriebs-/Propellerwelle, ein Differential und einen Achsantrieb umfassen.In the in 1 The example shown includes the autonomous vehicle 1 a control unit 12th (ECU 1 ) that controls a steering system. The steering system refers to the components that enable directional control of the vehicle. The autonomous vehicle 1 further comprises a control unit 14 (ECU 2nd ) that controls a braking system. The braking system refers to the components that allow the vehicle to brake. The autonomous vehicle 1 further comprises a control unit 16 (ECU 3rd ) that controls a drive train. The drive train refers to the drive components of the vehicle. The powertrain may include an engine, a transmission, a drive / propeller shaft, a differential, and an axle drive.

Das autonome Fahrzeug 1 umfasst ferner eine Steuerungseinheit für autonomes Fahren 18 (ECU 4). Die Steuerungseinheit für autonomes Fahren 18 ist dazu ausgelegt, das autonome Fahrzeug 1 so zu steuern, dass dieses ganz oder teilweise ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers im Straßenverkehr agieren kann. Die Steuerungseinheit für autonomes Fahren 18 steuert ein oder mehrere Fahrzeugsubsysteme, während das Fahrzeug im autonomen Modus betrieben wird, nämlich das Bremssystem 14, das Lenksystem 12 und das Antriebssystem 14. Hierfür kann die Steuerungseinheit für autonomes Fahren 18 beispielsweise über das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 28 mit den entsprechenden Steuerungseinheiten 12, 14 und 16 kommunizieren.The autonomous vehicle 1 also includes a control unit for autonomous driving 18th (ECU 4th ). The control unit for autonomous driving 18th is designed to be the autonomous vehicle 1 to be controlled so that it can operate in whole or in part without the influence of a human driver in road traffic. The control unit for autonomous driving 18th controls one or more vehicle subsystems while the vehicle is operating in autonomous mode, namely the braking system 14 , the steering system 12th and the drive system 14 . The control unit for autonomous driving can do this 18th for example via the vehicle communication network 28 with the corresponding control units 12th , 14 and 16 communicate.

Die Steuerungseinheiten 12, 14 und 16 können ferner von den oben genannten Fahrzeugsubsystemen Fahrzeugbetriebsparameter empfangen, die diese mittels einem oder mehreren Fahrzeugsensoren erfassen. Fahrzeugsensoren sind vorzugsweise solche Sensoren, die einen Zustand des Fahrzeugs oder einen Zustand von Fahrzeugteilen erfassen, insbesondere deren Bewegungszustand. Die Sensoren können einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einen Gierraten-Sensor, einen Beschleunigungssensor, einen Lenkradwinkelsensor, einen Fahrzeuglastsensor, Temperatursensoren, Drucksensoren und dergleichen umfassen. Beispielsweise können auch Sensoren entlang der Bremsleitung angeordnet sein, um Signale auszugeben, die den Bremsflüssigkeitsdruck an verschiedenen Stellen entlang der hydraulischen Bremsleitung anzeigen. Andere Sensoren in der Nähe des Rades können vorgesehen sein, welche die Radgeschwindigkeit und den Bremsdruck erfassen, der am Rad aufgebracht wird.The control units 12th , 14 and 16 can also receive vehicle operating parameters from the above-mentioned vehicle subsystems, which can record these using one or more vehicle sensors. Vehicle sensors are preferably sensors that detect a state of the vehicle or a state of vehicle parts, in particular their State of motion. The sensors may include a vehicle speed sensor, a yaw rate sensor, an acceleration sensor, a steering wheel angle sensor, a vehicle load sensor, temperature sensors, pressure sensors and the like. For example, sensors can also be arranged along the brake line in order to output signals which indicate the brake fluid pressure at various points along the hydraulic brake line. Other sensors in the vicinity of the wheel can be provided which detect the wheel speed and the brake pressure which is applied to the wheel.

Die Fahrzeugsensorik des autonomen Fahrzeugs 1 umfasst ferner eine Satellitennavigationseinheit 24 (GPS-Einheit) und einen oder mehrere optische Sensoren 20, die dazu ausgelegt sind, optische Informationen zu erfassen. Die optischen Sensoren 20 können innerhalb des Fahrzeugs oder außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Kamera in einem vorderen Bereich des Fahrzeugs 1 zur Aufnahme von Bildern eines vor dem Fahrzeug befindlichen Bereichs eingebaut sein.The vehicle sensors of the autonomous vehicle 1 further comprises a satellite navigation unit 24th (GPS unit) and one or more optical sensors 20th that are designed to capture optical information. The optical sensors 20th can be arranged inside the vehicle or outside the vehicle. For example, a camera in a front area of the vehicle 1 be installed to take pictures of an area in front of the vehicle.

Das autonome Fahrzeug 1 umfasst ferner als Ortungssystem eine oder mehrere Radareinheiten 26. Bei der Radareinheit 26 kann es sich beispielsweise um ein Dauerstrichradar (CW-Radar) oder ein moduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar) handeln. Radardaten werden von der Radareinheit 26 erfasst und beispielsweise an eine Zentralsteuerungseinheit 22 (oder alternativ an die Steuerungseinheit für autonomes Fahren, ECU 4) übertragen.The autonomous vehicle 1 also includes one or more radar units as a positioning system 26 . With the radar unit 26 it can be, for example, a continuous wave radar (CW radar) or a modulated continuous wave radar (FMCW radar). Radar data is from the radar unit 26 recorded and for example to a central control unit 22 (or alternatively to the control unit for autonomous driving, ECU 4th ) transfer.

Die Zentralsteuerungseinheit 22 ist dazu ausgelegt, die Radardaten von der Radareinheit 26 zu empfangen und die Radardaten zu verarbeiten. Die Radardaten umfassen Informationen, wie beispielsweise aufgrund von Range-Doppler-Karten erzeugte Ziellisten. Die Zentralsteuerungseinheit 22 kann die erhaltene Information selbst auswerten oder beispielsweise an die Steuerungseinheit für autonomes Fahren 18 weiter übertragen.The central control unit 22 is designed to get the radar data from the radar unit 26 to receive and process the radar data. The radar data include information such as target lists generated on the basis of range Doppler maps. The central control unit 22 can evaluate the information received or, for example, to the control unit for autonomous driving 18th transmitted further.

Wenn steuerungsseitig oder fahrerseitig ein Betriebszustand für das autonome Fahren aktiviert ist, bestimmt die Steuerungseinheit für autonomes Fahren 18, auf Grundlage von zur Verfügung stehenden Daten über eine vorgegebene Fahrtstrecke, auf Grundlage der von der Radareinheit 26 empfangenen Daten, auf Grundlage von mittels optischen Sensoren 20 aufgenommenen Umgebungsdaten, sowie auf Grundlage von mittels den Fahrzeugsensoren erfassten Fahrzeugbetriebsparametern, die der Steuerungseinheit 18 von den Steuerungseinheiten 12, 14 und 16 zugeleitet werden, Parameter für den autonomen Betrieb des Fahrzeugs (beispielsweise Soll-Geschwindigkeit, Soll-Moment, Abstand zum Vorausfahrzeug, Abstand zum Fahrbahnrand, Lenkvorgang und dergleichen).If an operating state for autonomous driving is activated on the controller or driver side, the control unit determines for autonomous driving 18th , on the basis of data available over a predefined route, on the basis of that from the radar unit 26 received data, based on optical sensors 20th recorded environmental data, and on the basis of vehicle operating parameters recorded by the vehicle sensors, the control unit 18th from the control units 12th , 14 and 16 are fed, parameters for the autonomous operation of the vehicle (for example, target speed, target torque, distance to the vehicle in front, distance to the edge of the road, steering process and the like).

2 zeigt ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Steuerungseinheit (ECU 1, 2, 3, 4 und 5 in 1) darstellt. Bei der Steuerungseinheit kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät (electronic control unit ECU oder electronic control module ECM) handeln. Die Steuerungseinheit umfasst einen Prozessor 210. Bei dem Prozessor 210 kann es sich beispielsweise um eine Recheneinheit wie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = central processing unit) handeln, die Programminstruktionen ausführt. Die Radarsteuerungseinheit umfasst ferner einen Nur-Lese-Speicher, ROM 230 (ROM = Read-only memory) und einem Direktzugriffsspeicher, RAM 220 (RAM = Random Access Memory) (z. B. dynamischer RAM („DRAM“), synchron DRAM („SDRAM“) usw.), die als Programmspeicherbereich und als Datenspeicherbereich dienen. Ferner umfasst die Radarsteuerungseinheit zur Speicherung von Daten und Programmen ein Speicherlaufwerk 260, wie beispielsweise ein Festplattenlaufwerk (hard disk drive: HDD), ein Flashspeicher-Laufwerk oder ein nicht flüchtiges Festkörperlaufwerk (solid state drive: SSD). Die Steuerungseinheit umfasst ferner eine Fahrzeugkommunikationsnetzwerk-Interface 240, über welche die Steuerungseinheit mit dem Fahrzeugkommunikationsnetzwerk (28 in 2) kommunizieren kann. Jede der Einheiten der Steuerungseinheit ist über ein Kommunikationsnetzwerk 250 verbunden. Insbesondere kann die Steuerungseinheit der 2 als eine Implementierung der Zentralsteuerungseinheit 22, ECU 5, der 1 dienen, wobei ROM 230, RAM 220 und Speicherlaufwerk 260 als Programmspeicherbereich für Programme zur Auswertung von Radardaten (z.B. dem Prozess der 11) und als Datenspeicherbereich für Radardaten dienen. 2nd FIG. 12 is a block diagram showing an example configuration of a control unit (ECU 1 , 2nd , 3rd , 4th and 5 in 1 ) represents. The control unit can be, for example, a control unit (electronic control unit ECU or electronic control module ECM). The control unit includes a processor 210 . With the processor 210 For example, it can be a computing unit such as a central processing unit (CPU) that executes program instructions. The radar control unit further comprises a read-only memory, ROM 230 (ROM = Read-only memory) and a random access memory, RAM 220 (RAM = Random Access Memory) (e.g. dynamic RAM ("DRAM"), synchronous DRAM ("SDRAM") etc.), which serve as a program memory area and as a data memory area. The radar control unit also includes a storage drive for storing data and programs 260 , such as a hard disk drive (HDD), a flash memory drive or a non-volatile solid state drive (SSD). The control unit further includes a vehicle communication network interface 240 , via which the control unit with the vehicle communication network ( 28 in 2nd ) can communicate. Each of the units of the control unit is via a communication network 250 connected. In particular, the control unit of the 2nd as an implementation of the central control unit 22 , ECU 5 , of the 1 serve, where ROM 230 , RAM 220 and storage drive 260 as a program storage area for programs for evaluating radar data (eg the process of 11 ) and serve as a data storage area for radar data.

3 zeigt als schematisches Blockdiagramm eine aus dem Stand der Technik bekannte beispielhafte Radararchitektur. Eine Radareinheit 26 weist einen RF-Chip 301 auf. Bei dem RF-Chip 301 kann es sich beispielsweise um einen Single-Chip-Radar handeln, bei dem mehrere Antennen für beispielsweise den Millimeterwellenbereich (hier n Sendeantennen TX und m Empfangsantennen RX) in einem Chip integriert sind. Eine solche Integration ist möglich, da der Radar-Frequenzbereich winzige Antennen möglich macht. Die Größe anderer notwendiger Komponenten, wie z.B. Induktivitäten ist reduziert, so dass der RF-Chip 301 in einem Massenproduktions-Halbleiterprozess, wie er für Mikroprozessoren verwendet wird, hergestellt werden kann. Der RF-Chip 301 erzeugt die Radarsignale und empfängt die reflektierten Signale. Der RF-Chip 301 führt ferner eine A/D-Konvertierung der erzeugten Daten durch und gibt diese als A/D-konvertiertes Basisbandsignal an ein Interface 302 weiter, das als Schnittstelle zu einem Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 28 dient, beispielsweise ein Serialisierer/De-Serialisierer. Die Radareinheit 26 ist über dieses Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 28 mit einer Prozessoreinheit 303 („CPU“ = Central Processing Unit) verbunden. Bei der Prozessoreinheit 303 kann es sich beispielsweise um den Prozessor der Zentralsteuerungseinheit 22 („Fahrzeug-Controller“) aus 1, um den Prozessor der Steuerungseinheit 18 für autonomes Fahren aus 1, oder um eine zentrale Radar-Verarbeitungseinheit handeln, die für die Weiterverarbeitung der Radardaten vorgesehen ist. In diesem Beispiel handelt es sich bei dem Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 28 um eine serielle Verbindung mit hoher Datenrate, z.B. um eine Datenverbindung gemäß dem Schnittstellenstandard LVDS („Low Voltage Differential Signaling“) oder um ein Ethernet-Datennetz. Die hohe Datenrate des Fahrzeugkommunikationsnetzwerks 28 ermöglicht eine direkte Übermittlung des A/D-konvertiertes Basisbandsignals an die Prozessoreinheit 303. 3rd shows a schematic block diagram of an exemplary radar architecture known from the prior art. A radar unit 26 has an RF chip 301 on. With the RF chip 301 For example, it can be a single-chip radar in which several antennas for the millimeter-wave range (here n transmit antennas) TX and m receiving antennas RX ) are integrated in a chip. Such integration is possible because the radar frequency range makes tiny antennas possible. The size of other necessary components, such as inductors, is reduced, so that the RF chip 301 in a mass production semiconductor process as used for microprocessors. The RF chip 301 generates the radar signals and receives the reflected signals. The RF chip 301 also carries out an A / D conversion of the generated data and sends it to an interface as an A / D-converted baseband signal 302 further that as an interface to a vehicle communication network 28 serves, for example, a serializer / de-serializer. The radar unit 26 is over this vehicle communication network 28 with a processor unit 303 ("CPU" = Central Processing Unit) connected. At the processor unit 303 can be, for example, the processor of the central control unit 22 ("Vehicle controller") 1 to the processor of the control unit 18th for autonomous driving 1 , or act as a central radar processing unit which is provided for the further processing of the radar data. In this example, the vehicle communication network is concerned 28 a serial connection with a high data rate, for example a data connection according to the interface standard LVDS ("Low Voltage Differential Signaling") or an Ethernet data network. The high data rate of the vehicle communication network 28 enables a direct transmission of the A / D-converted baseband signal to the processor unit 303 .

4 zeigt als schematisches Blockdiagramm eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte beispielhafte Radararchitektur. Wie im Beispiel der 3 weist eine Radareinheit 26 einen RF-Chip 301 auf mit mehreren Antennen für beispielsweise den Millimeterwellenbereich (hier n Sendeantennen TX und m Empfangsantennen RX) auf, die in einem Chip integriert sind. Der RF-Chip 301 erzeugt die Radarsignale und empfängt die reflektierten Signale. Der RF-Chip 301 führt ferner eine A/D-Konvertierung der erzeugten Daten durch und gibt diese als A/D-konvertiertes Basisbandsignal an einen Radar-Mikroprozessor 304 weiter. Der Radar-Mikroprozessor 304 führt eine Vorverarbeitung der Radardaten durch. Beispielsweise erzeugt der Radar-Mikroprozessor 304 aus den Radardaten eine Zielobjekt-Liste (kurz „Zielliste“), beispielsweise auf Basis einer Range-Doppler-Karte, und gibt diese über das Interface 302 zum Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 28 weiter. Die Radareinheit 26 ist über dieses Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 28 mit einer Prozessoreinheit 303 („CPU“ = Central Processing Unit) verbunden. Bei der Prozessoreinheit 303 kann es sich wie im Beispiel der 3 um einen Prozessor der Zentralsteuerungseinheit 22 („Fahrzeug-Controller“) aus 1, um einen Prozessor der Steuerungseinheit 18 für autonomes Fahren aus 1, oder um eine zentrale Radar-Verarbeitungseinheit handeln, die für die Weiterverarbeitung der Radardaten vorgesehen ist. In diesem Beispiel handelt es sich bei dem Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 28 um eine serielle Verbindung mit geringerer Datenrate, z.B. um eine Datenverbindung gemäß dem Schnittstellenstandard CAN-FD („Low Voltage Differential Signaling“). Da nicht das gesamte A/D-konvertierte Basisbandsignal übertragen wird, reicht eine geringere Datenrate für die Übertragung an die Prozessoreinheit 303 aus. 4th shows a schematic block diagram of another exemplary radar architecture known from the prior art. As in the example of the 3rd has a radar unit 26 an RF chip 301 with several antennas for example for the millimeter wave range (here n transmit antennas TX and m receiving antennas RX ), which are integrated in a chip. The RF chip 301 generates the radar signals and receives the reflected signals. The RF chip 301 also performs A / D conversion of the generated data and outputs it as an A / D converted baseband signal to a radar microprocessor 304 further. The radar microprocessor 304 pre-processes the radar data. For example, the radar microprocessor generates 304 from the radar data a target object list ("target list" for short), for example based on a range Doppler card, and outputs it via the interface 302 to the vehicle communication network 28 further. The radar unit 26 is over this vehicle communication network 28 with a processor unit 303 ("CPU" = Central Processing Unit) connected. At the processor unit 303 it can be like in the example of the 3rd a processor of the central control unit 22 ("Vehicle controller") 1 to a processor of the control unit 18th for autonomous driving 1 , or act as a central radar processing unit which is provided for the further processing of the radar data. In this example, the vehicle communication network is concerned 28 a serial connection with a lower data rate, eg a data connection according to the interface standard CAN-FD ("Low Voltage Differential Signaling"). Since not all of the A / D-converted baseband signal is transmitted, a lower data rate is sufficient for the transmission to the processor unit 303 out.

In der 5 ist ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt, das an dessen Fahrzeugfront ein Ortungssystem in Form einer Radareinheit 26 aufweist. Die Radareinheit 26 deckt beispielhaft einen Sichtbereich 51 ab. Bei dem Sichtbereich kann es sich beispielsweise um einen zweidimensionalen Sichtbereich (Range - Azimut) handeln. Der Sichtbereich 51 ist durch zwei punktiert dargestellte Linien 51a begrenzt. In einer optimalen Solleinbaulage wäre die Radareinheit 26 mit ihrer zentralen optischen Achse 52 entlang der Fahrzeuglängsachse 53 ausgerichtet, welche durch die gestrichelte Linie dargestellt ist und der Sollachse entspricht. Die Radareinheit 26 und deren zentrale optische Achse 52 ist in diesem Beispiel jedoch aufgrund von Montagetoleranzen gegenüber der Fahrzeuglängsachse 53 in seitlicher (azimutaler) Richtung um einen Seitenwinkel ψext (auch Azimutwinkel oder Gierwinkel genannt) verkippt. Diese Verkippung um den Seitenwinkel ψext ist in 5 überzeichnet dargestellt. Bei einem dreidimensionalen Sichtfeld könnte entsprechend in vertikaler Richtung eine Verkippung um einen Elevationswinkel θext (auch Nickwinkel genannt) oder auch eine Verdrehung um einen Rollwinkel vorliegen, was in 5 jedoch nicht dargestellt ist. Die aus den Messdaten der Radareinheit 26 ermittelten Relativpositionen und Relativgeschwindigkeiten der Ziele weichen somit von den tatsächlichen Relativpositionen und Relativgeschwindigkeiten zu dem Kraftfahrzeug ab. Diese Abweichungen können unter Kenntnis der Abweichung der Einbauposition des Messsystems von der Solleinbaulage korrigiert werden. Diese Abweichung kann mithilfe des im Weiteren erläuterten Kalibrierungsverfahrens ermittelt werden. Das Kraftfahrzeug 1 bewegt sich während eines Messvorgangs beispielhaft mit einer Bewegungsgeschwindigkeit 54, dargestellt durch einen Pfeil in der 5, geradeaus vorwärts. Für die weiteren Erläuterungen bleiben vorerst Lenk- bzw. Rotationsbewegungen des Kraftfahrzeugs 1 unberücksichtigt.In the 5 is a motor vehicle 1 shown, a tracking system in the form of a radar unit at the front of the vehicle 26 having. The radar unit 26 covers a viewing area as an example 51 from. The viewing area can be, for example, a two-dimensional viewing area (range - azimuth). The field of view 51 is shown by two dotted lines 51a limited. The radar unit would be in an optimal target installation position 26 with its central optical axis 52 along the vehicle's longitudinal axis 53 aligned, which is shown by the dashed line and corresponds to the target axis. The radar unit 26 and their central optical axis 52 is in this example, however, due to assembly tolerances with respect to the vehicle's longitudinal axis 53 in the lateral (azimuthal) direction by one side angle ψ ext (also called azimuth angle or yaw angle) tilted. This tilt by the side angle ψ ext is in 5 shown exaggerated. With a three-dimensional field of view, a tilt by an elevation angle could accordingly occur in the vertical direction θ ext (also called pitch angle) or there is a twist by a roll angle, which in 5 but is not shown. The from the measurement data of the radar unit 26 The determined relative positions and relative speeds of the targets thus deviate from the actual relative positions and relative speeds to the motor vehicle. These deviations can be corrected by knowing the deviation of the installation position of the measuring system from the target installation position. This deviation can be determined using the calibration procedure explained below. The car 1 moves during a measurement process, for example with a movement speed 54 , represented by an arrow in the 5 , straight ahead. For the further explanations, steering or rotational movements of the motor vehicle remain for the time being 1 disregarded.

Die in 5 beschriebe Radareinheit 26 deckt beispielhaft einen zweidimensionalen Sichtbereich 51 (Range - Azimut) ab. In alternativen Beispielen könnte die Radareinheit 26 allerdings auch einen dreidimensionalen Sichtbereich (Range - Azimut - Elevation) oder einen vierdimensionalen Sichtbereich (Range - Azimut - Elevation - Dopplergeschwindigkeit) abdecken. Der Sichtbereich eines solchen Radar-Messsystems kann sich insbesondere über einen Höhenwinkel („Elevationswinkel“), einen Seitenwinkel, eine Radialgeschwindigkeit („Dopplergeschwindigkeit“) und einen Radialabstand („Range“) aufspannen. Eine Adaption von dem Höhenwinkel auf den Seitenwinkel und auch umgekehrt erfolgt entsprechend sinngemäß, sodass eine Übertragung der hier erläuterten Prinzipien in den mehrdimensionalen Raum (Seitenwinkel, Höhenwinkel, Entfernung, Intensität, Radialgeschwindigkeit, etc.) auf die jeweils zusätzliche Winkelinformation problemlos möglich ist.In the 5 describe radar unit 26 covers a two-dimensional field of view as an example 51 (Range - Azimuth). In alternative examples, the radar unit could 26 however, also cover a three-dimensional field of view (range - azimuth - elevation) or a four-dimensional field of view (range - azimuth - elevation - Doppler speed). The field of view of such a radar measuring system can span in particular an elevation angle (“elevation angle”), a side angle, a radial speed (“Doppler speed”) and a radial distance (“Range”). An adaptation from the elevation angle to the lateral angle and vice versa takes place accordingly, so that the principles explained here are transferred into the multidimensional space (lateral angle, elevation angle, distance, intensity, radial speed, etc.) the additional angle information is easily possible.

Klassifizieren der Ziele und Kompensation der Eigenbewegung des FahrzeugsClassify the targets and compensate for the vehicle's own movement

Die Messdaten des Ortungssystems (beispielsweise Radar-Messsystem 26 der 5) werden wie üblich verarbeitet, beispielsweise in einem Mikroprozessor (304 in 4) oder auch in einer Zentralsteuerungseinheit (303 in 3 bzw. 210 in 2), um eine Zielliste bereitzustellen. Dies erfolgt beispielsweise über zwei Fourier-Transformationen, durch die eine Range-Doppler-Map bereitgestellt wird. Die Range-Doppler-Map umfasst die Informationen über den Radialabstand, die Radialgeschwindigkeit und unter welchem Winkel, Höhenwinkel und/oder Seitenwinkel, ein Ziel auftritt. Die Range-Doppler-Map liefert damit Informationen für die Zielliste.The measurement data of the location system (for example radar measurement system 26 of the 5 ) are processed as usual, for example in a microprocessor ( 304 in 4th ) or in a central control unit ( 303 in 3rd respectively. 210 in 2nd ) to provide a target list. This is done, for example, via two Fourier transformations, which provide a range Doppler map. The range Doppler map comprises the information about the radial distance, the radial speed and at what angle, elevation angle and / or side angle, a target occurs. The range Doppler map thus provides information for the target list.

Die Ziele der Zielliste umfassen statische und mobile Ziele. Ein statisches Ziel ist fest mit einem Untergrund verbunden oder bewegt sich gegenüber dem Untergrund nicht. Mobile Ziele sind demgegenüber Ziele, welche sich selbst gegenüber dem Untergrund bewegen und dadurch eine Relativgeschwindigkeit aufweisen, die sich von der Fahrzeuggeschwindigkeit unterscheidet. Mobile Ziele können beispielsweise aufgrund von Fußgängern, Radfahrern oder andere Kraftfahrzeuge auftreten.The destinations in the destination list include static and mobile destinations. A static target is fixed to a surface or does not move in relation to the surface. In contrast, mobile targets are targets that move themselves against the ground and therefore have a relative speed that differs from the vehicle speed. Mobile targets can occur, for example, due to pedestrians, cyclists or other motor vehicles.

Sei v e

Figure DE102018218003A1_0007
der Geschwindigkeitsvektor des Sensors im Ego-Rahmen (Eigengeschwindigkeit), p s e
Figure DE102018218003A1_0008
der Positionsvektor des Sensors im Ego-Rahmen und sei ωi die Drehgeschwindigkeit im Ego-Rahmen um die i-te Achse (i=x,y,z) mit entsprechender Rotationsmartrix Ω, so kann die statische Funktion f für die Radialgeschwindikeit vrad für den Fall eines ideal positionierten und ausgerichteten Sensors wie folgt formuliert werden. Zur Vereinfachung sei hier nur die Geschwindigkeitskomponente v x e
Figure DE102018218003A1_0009
in x-Richtung und nur eine Rotationsbewegung ωz um die Hochachse, wie sie bei einer Kurvenfahrt auftritt, betrachtet: v r = ( r r ) T [ v e + Ω p s e ] = f ( ω z , v x e , θ , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0010
mit r = r ( cos ( θ ) cos ( ϕ ) cos ( θ ) sin ( ϕ ) sin ( θ ) )
Figure DE102018218003A1_0011
p s e = [ t x , t y , t z ] T
Figure DE102018218003A1_0012
v e = [ v x e ,0,0 ] T
Figure DE102018218003A1_0013
v t o t = v e + Ω p s e
Figure DE102018218003A1_0014
Be v e
Figure DE102018218003A1_0007
the speed vector of the sensor in the ego frame (own speed), p s e
Figure DE102018218003A1_0008
the position vector of the sensor in the ego frame and be ω i the speed of rotation in the ego frame around the i-th axis (i = x, y, z) with a corresponding rotation matrix Ω, so the static function f for radial speed v rad in the case of an ideally positioned and aligned sensor as follows. For the sake of simplicity, here is only the speed component v x e
Figure DE102018218003A1_0009
in the x direction and only one rotational movement ω z around the vertical axis, as occurs when cornering: v r = - ( r r ) T [ v e + Ω p s e ] = f ( ω e.g. , v x e , θ , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0010
With r = r ( cos ( θ ) cos ( ϕ ) cos ( θ ) sin ( ϕ ) sin ( θ ) )
Figure DE102018218003A1_0011
p s e = [ t x , t y , t e.g. ] T
Figure DE102018218003A1_0012
v e = [ v x e , 0.0 ] T
Figure DE102018218003A1_0013
v t O t = v e + Ω p s e
Figure DE102018218003A1_0014

Der Positionsvektor r

Figure DE102018218003A1_0015
eines Ziels ist durch den Radialabstand r, den Seitenwinkel Φ (Azimut) und den Elevationswinkel Φ eines jeweiligen Ziels gegeben. Der Vektor der Radialgeschwindigkeit v r
Figure DE102018218003A1_0016
eines Ziels und der gesamte Geschwindigkeitsvektor v t o t
Figure DE102018218003A1_0017
des Sensors mit dem translatorischen Anteil v e
Figure DE102018218003A1_0018
und dem rotatorischen Anteil Ω p s e
Figure DE102018218003A1_0019
sind in 6 schematisch dargestellt.The position vector r
Figure DE102018218003A1_0015
of a target is by the radial distance r , the side angle Φ (Azimuth) and the elevation angle Φ given a particular goal. The radial velocity vector v r
Figure DE102018218003A1_0016
of a target and the entire speed vector v t O t
Figure DE102018218003A1_0017
of the sensor with the translatory component v e
Figure DE102018218003A1_0018
and the rotary part Ω p s e
Figure DE102018218003A1_0019
are in 6 shown schematically.

Im zweidimensionalen Fall, der in 7 unten dargestellt ist, kann unter Annahme von ωx = ωy = 0 die Rotationsmatrix wie folgt dargestellt werden Ω= [ 0 ω z 0 ω z 0 0 0 0 0 ]

Figure DE102018218003A1_0020
und r = r ( cos ( ϕ ) sin ( ϕ ) 0 )
Figure DE102018218003A1_0021
und die statische Funktion f vereinfacht sich zu v r = ( r r ) T [ v e + Ω p s e ] = f ( ω z , v x e , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0022
D.h. die statische Funktion f hängt im Wesentlichen von cos(ϕ) und weiteren Termen, sowie von der Ego-Geschwindigkeit v x e
Figure DE102018218003A1_0023
und der Drehgeschwindigkeit ωz des Ego-Fahrzeugs ab. Die Ego-Geschwindigkeit v x e
Figure DE102018218003A1_0024
und die Drehgeschwindigkeit ωz des Ego-Fahrzeugs können folglich mittels Regression gewonnen werden. Es ist somit im Voraus bekannt, dass die Verteilung der statischen Ziele im vr , ϕ -Diagramm durch eine statische Funktion gegeben ist. Diese statische Funktion, hier vereinfacht als „Cosinus-Funktion“ bezeichnet (die theoretische Funktion hat weitere Terme, man spricht nur zur Vereinfachung von einem „Cosinus“), entspricht der oben hergeleiteten theoretischen Verteilung der statischen Ziele und hängt unter anderem von der aktuellen Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs, sowie ggf. von einem oder mehreren extrinsischen Parametern ab. Bei den extrinsischen Parametern handelt es sich beispielsweise um Winkel ψext , θext , um welche eine zentrale optische Achse der Radareinheit (52 in 5) aufgrund von Montagetoleranzen gegenüber der Fahrzeuglängsachse (53 in 5) verkippt ist, wie dies im Abschnitt „Kompensierung von Sensorkippung durch Kalibrierung“ unten näher beschrieben ist. Solch eine Sensorverkippung wird zur Vereinfachung der Darstellung jedoch vorerst vernachlässigt (ψext= θext= 0).In the two-dimensional case that in 7 is shown below, assuming ω x = ω y = 0, the rotation matrix can be represented as follows Ω = [ 0 - ω e.g. 0 ω e.g. 0 0 0 0 0 ]
Figure DE102018218003A1_0020
and r = r ( cos ( ϕ ) sin ( ϕ ) 0 )
Figure DE102018218003A1_0021
and the static function f simplifies itself v r = - ( r r ) T [ v e + Ω p s e ] = f ( ω e.g. , v x e , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0022
Ie the static function f depends mainly on cos (ϕ) and other terms, as well as on the ego speed v x e
Figure DE102018218003A1_0023
and the speed of rotation ω z of the ego vehicle. The ego speed v x e
Figure DE102018218003A1_0024
and the speed of rotation ω z of the ego vehicle can therefore be obtained by means of regression. It is therefore known in advance that the distribution of the static targets in the v r , ϕ diagram is given by a static function. This static function, here simply referred to as the “cosine function” (the theoretical function has other terms, one speaks only for simplification of a “cosine”), corresponds to that above derived theoretical distribution of the static goals and depends, among other things, on the current own movement of the motor vehicle, and possibly on one or more extrinsic parameters. The extrinsic parameters are, for example, angles ψ ext , θ ext around which a central optical axis of the radar unit ( 52 in 5 ) due to assembly tolerances in relation to the vehicle's longitudinal axis ( 53 in 5 ) is tilted, as described in more detail in the section "Compensation of sensor tilt through calibration" below. Such a sensor tilt is initially neglected to simplify the representation (Darstellung ext = θ ext = 0).

7 zeigt ein Beispiel für die Klassifizierung der vom Ortungssystem erfassten Zielpunkte eines Messrahmens als statische oder mobile Zielpunkte und eine Bestimmung der Eigenbewegung des Fahrzeugs (bzw. Ortungssystem). Beispielhaft werden in 7 die Messwerte eines zweidimensionalen Messsystems dargestellt, welches eine Radialgeschwindigkeit vr und einen Seitenwinkel Φ erfasst, jedoch keinen Höhenwinkel θ liefert und zudem auch keine Sensorverkippung vorliegt. In die statische Funktion v r = f ( ω z , v x e , ϕ )

Figure DE102018218003A1_0025
fließen in diesem Fall als Bewegungsparameter die Fahrzeuggeschwindigkeit v x e
Figure DE102018218003A1_0026
und der Rotationsgeschwindigkeit ωz ein und die statische Funktion ist im Wesentlichen eine Cosinus-Funktion. 7 shows an example of the classification of the target points of a measuring frame detected by the location system as static or mobile target points and a determination of the own movement of the vehicle (or location system). Be exemplary in 7 the measured values of a two-dimensional measuring system are shown, which has a radial speed v r and a side angle Φ recorded, but no elevation angle θ delivers and also there is no sensor tilt. In the static function v r = f ( ω e.g. , v x e , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0025
in this case the vehicle speed flows as movement parameters v x e
Figure DE102018218003A1_0026
and the speed of rotation ω z and the static function is essentially a cosine function.

In der 7 sind beispielhafte Ziele einer Zielliste dargestellt, wobei gegenüber der Rechtswertachse der Seitenwinkel Φ und gegenüber der Hochwertachse die Radialgeschwindigkeit vr aufgetragen ist. Der Radialabstand ist in der Darstellung nicht aufgetragen. Das Kraftfahrzeug bewegt sich während eines Messvorgangs beispielhaft mit einer Eigengeschwindigkeit v x e = 3,7 m / s

Figure DE102018218003A1_0027
und einer Rotationsgeschwindigkeit ωz = 0. In der 7 sind beispielhaft Ziele 66a, 66b eines Messvorgangs dargestellt. Die Ziele 66a, 66b sind durch Kreise sowie durch Quadrate eingezeichnet, welche jeweilige Ziele repräsentieren. Das Radar-Messsystem ermittelt die Radialgeschwindigkeit vr und den Seitenwinkel ϕ der jeweiligen Ziele 66a, 66b. Die Radialgeschwindigkeit der jeweiligen Ziele 66a hängt von dem Winkel ϕ ab, unter dem das Ziel 66a, 66b gegenüber dem Fahrzeug auftritt.In the 7 exemplary targets of a target list are shown, with the side angle compared to the legal value axis Φ and the radial velocity compared to the high-value axis v r is applied. The radial distance is not shown in the illustration. The motor vehicle moves, for example, at its own speed during a measurement process v x e = 3.7 m / s
Figure DE102018218003A1_0027
and a rotational speed ω z = 0. In the 7 are exemplary targets 66a , 66b of a measurement process. The goals 66a , 66b are drawn by circles and squares, which represent respective targets. The radar measuring system determines the radial speed v r and the side angle ϕ of the respective targets 66a , 66b . The radial speed of each target 66a depends on the angle ϕ at which the target 66a , 66b occurs towards the vehicle.

Auf Grundlage der theoretischen Vorhersage v r = f ( ω z , v x e , ϕ )

Figure DE102018218003A1_0028
(Cosinus-Verlauf) und auf Grundlage von Näherungswerten der Bewegungsparameter ωz , v x e ,
Figure DE102018218003A1_0029
z.B. Messergebnissen eines vorherigen Messzyklus, oder alternativ auch durch eine Schätzung der aktuellen Eigenbewegung des Fahrzeugs mittels anderer Sensoren, wird ein Näherungsverlauf 60 der statischen Funktion bestimmt. Um die statischen Ziele zu erkennen, wird der Näherungsverlauf 60 um eine Bandbreite verbreitert, die in der 7 durch die beiden gestrichelten Linien 61 dargestellt ist. Die Bandbreite 61 kann beispielsweise fest vorgegeben sein, oder von den Bewegungsparametern oder von anderen Parametern abhängen. Alle Ziele der Zielliste, die innerhalb der Bandbreite 61 der Cosinus-Funktion 60 liegen, werden als statische Ziele 66a klassifiziert. Diese als statische Ziele 66a klassifizierten Ziele sind in 7 durch kleine Kreise gekennzeichnet. Alle anderen Ziele der Zielliste, werden als mobile Ziele 66b klassifiziert. Diese als mobile Ziele 66b klassifizierten Ziele sind in 7 durch kleine Quadrate gekennzeichnet.Based on the theoretical prediction v r = f ( ω e.g. , v x e , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0028
(Cosine curve) and on the basis of approximate values of the movement parameters ω z , v x e ,
Figure DE102018218003A1_0029
For example, measurement results from a previous measurement cycle, or alternatively by an estimate of the current own movement of the vehicle by means of other sensors, an approximation curve is obtained 60 the static function. In order to recognize the static goals, the approximation course 60 broadened by a range that in the 7 through the two dashed lines 61 is shown. The bandwidth 61 can be fixed, for example, or depend on the movement parameters or on other parameters. All targets of the target list that are within the range 61 the cosine function 60 lie as static targets 66a classified. These as static goals 66a classified goals are in 7 identified by small circles. All other destinations on the destination list are considered mobile destinations 66b classified. These as mobile goals 66b classified goals are in 7 identified by small squares.

Im zweidimensionalen Beispiel der 7 (unter Annahme von ωx = ωy = 0) umfassen die odometrischen Parameter beispielsweise die Drehgeschwindigkeit ωz , und die Bewegungsgeschwindigkeit v x e

Figure DE102018218003A1_0030
des Messsystems bzw. des Kraftfahrzeugs. Diese Bewegungsparameter ωz , v x e
Figure DE102018218003A1_0031
werden durch beispielsweise lineare Regressionsanalyse ermittelt. Durch die als statisch klassifizierten Ziele 66a wird dabei eine Regressionsfunktion 62 gelegt. Die Regressionsfunktion 62 ist so gewählt, dass diese die theoretisch erwartete Verteilung (z.B. Cosinus) der statischen Ziele beschreibt, wobei die regressiven Parameter ωz, v x e
Figure DE102018218003A1_0032
variabel sind. Diese variablen regressiven Parameter ωz , v x e
Figure DE102018218003A1_0033
werden beispielsweise durch eine lineare Regressionsanalyse variiert, um eine optimale Anpassung der Regressionsfunktion an die statischen Ziele 66a bereitzustellen. Dadurch werden die variablen regressiven Parameter ωz , v x e
Figure DE102018218003A1_0034
ermittelt. Die regressiven Parameter ωz , v x e
Figure DE102018218003A1_0035
sind die regressiven Bewegungsparameter (odometrische Parameter), die es zu bestimmen gilt.In the two-dimensional example of the 7 (assuming ω x = ω y = 0), the odometric parameters include, for example, the speed of rotation ω z , and the speed of movement v x e
Figure DE102018218003A1_0030
the measuring system or the motor vehicle. These movement parameters ω z , v x e
Figure DE102018218003A1_0031
are determined by, for example, linear regression analysis. Through the goals classified as static 66a becomes a regression function 62 placed. The regression function 62 is chosen so that it describes the theoretically expected distribution (eg cosine) of the static targets, whereby the regressive parameters ω z , v x e
Figure DE102018218003A1_0032
are variable. These variable regressive parameters ω z , v x e
Figure DE102018218003A1_0033
are varied, for example, by a linear regression analysis in order to optimally adapt the regression function to the static goals 66a to provide. This makes the variable regressive parameters ω z , v x e
Figure DE102018218003A1_0034
determined. The regressive parameters ω z , v x e
Figure DE102018218003A1_0035
are the regressive movement parameters (odometric parameters) that need to be determined.

Die Bewegungsparameter v x e

Figure DE102018218003A1_0036
ωz sind in der 7 durch ein Kreuz 63 dargestellt, das dem Extremum der Regressionsfunktion 62 entspricht. Die Position des Kreuzes 63 auf der Hochwertachse entspricht der Bewegungsgeschwindigkeit v x e
Figure DE102018218003A1_0037
des Kraftfahrzeugs und die Position des Kreuzes 63 auf der Rechtswertachse steht mit der Rotationsgeschwindigkeit ωz in Zusammenhang, wie dies in Zusammenhang mit 10 unten näher beschrieben ist. Das Kraftfahrzeug bewegt sich im Fall der 7 beispielhaft geradlinig (wz = 0) mit einer Geschwindigkeit von etwa v x e = 3,7 m/s .
Figure DE102018218003A1_0038
Die maximale Radialgeschwindigkeit eines statischen Ziels tritt dementsprechend bei einem statischen Ziel auf, welches sich auf der Sollachse (ϕ = 0) befindet.The movement parameters v x e
Figure DE102018218003A1_0036
ω z are in the 7 through a cross 63 shown that the extremum of the regression function 62 corresponds. The position of the cross 63 on the high-value axis corresponds to the speed of movement v x e
Figure DE102018218003A1_0037
of the motor vehicle and the position of the cross 63 on the legal value axis stands with the rotation speed ω z related how this is related to 10th is described in more detail below. The motor vehicle moves in the case of 7 exemplary straight (w z = 0) at a speed of approximately v x e = 3.7 m / s .
Figure DE102018218003A1_0038
The maximum radial velocity of a static target accordingly occurs with a static target that is on the target axis (ϕ = 0).

8a zeigt das Kraftfahrzeug 1 mit Radareinheit 26, wobei das Kraftfahrzeug 1 zusätzlich zu der geradlinigen Bewegung (vgl. 5) eine Rotationsbewegung ωz durchführt. Die Rotationsbewegung ωz erfolgt um eine Hochachse 36. Eine solche Rotationsbewegung ωz tritt beispielsweise bei einer Kurvenfahrt auf. Die Sollachse 35, welche die Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs repräsentiert, entspricht der Sollposition der optischen Achse 37 der Radareinheit 26. Wie im Beispiel der 5 weist auch hier die Radareinheit 26 eine Verkippung auf, so dass die optische Achse 37 der Radareinheit 26 in einem Winkel ψext bezüglich der Sollachse 35 liegt. Vor dem Kraftfahrzeug 1 befinden sich statische Ziele 32, 32a. Die Relativgeschwindigkeit aller statischen Ziele 32, 32a bezüglich dem Kraftfahrzeug 1, dargestellt durch die Pfeile 33a, ist für alle statischen Ziele 32 identisch. Die Radialgeschwindigkeit der statischen Ziele 32, dargestellt durch die Pfeile 33b, unterscheiden sich jedoch in Abhängigkeit von dem Winkel, unter dem das jeweilige Ziel 32 auftritt. Die Radialrichtung statischer Ziele ist ausgehend von der Radareinheit 26 durch gestrichelte Linien 34 eingezeichnet. Durch die rotatorische Eigenbewegung ωz des Kraftfahrzeugs 1 wird die ermittelte Radialgeschwindigkeit der statischen Ziele 32 beeinflusst. Aufgrund der rotatorische Eigenbewegung ωz weist nicht ein statisches Ziel auf der optischen Achse 37 der Radareinheit 26 die größte Radialgeschwindigkeit auf, sondern ein statisches Ziel 32a, welches unter einem Winkel zur optischen Achse 37 auftritt. 8a shows the motor vehicle 1 with radar unit 26 , the motor vehicle 1 in addition to the linear movement (cf. 5 ) a rotational movement ω z carries out. The rotational movement ω z takes place around a vertical axis 36 . Such a rotational movement ω z occurs, for example, when cornering. The target axis 35 , which represents the forward direction of the vehicle, corresponds to the target position of the optical axis 37 the radar unit 26 . As in the example of the 5 points the radar unit here too 26 tilted up so that the optical axis 37 the radar unit 26 at an angle ψ ext with respect to the target axis 35 lies. In front of the motor vehicle 1 there are static targets 32 , 32a . The relative speed of all static targets 32 , 32a regarding the motor vehicle 1 , represented by the arrows 33a , is for all static goals 32 identical. The radial velocity of the static targets 32 , represented by the arrows 33b , however, differ depending on the angle at which the particular target 32 occurs. The radial direction of static targets is based on the radar unit 26 by dashed lines 34 drawn. Through the rotational own movement ω z of the motor vehicle 1 becomes the determined radial velocity of the static targets 32 influenced. Because of the rotational inherent movement ω z does not have a static target on the optical axis 37 the radar unit 26 the greatest radial velocity, but a static target 32a which is at an angle to the optical axis 37 occurs.

Im Diagramm der 8b ist wie bei der 7 gegenüber der Rechtswertachse der Seitenwinkel ϕ und gegenüber der Hochwertachse die Radialgeschwindigkeit vr aufgetragen. Aufgrund des Abstands der Radareinheit 26 zu der Rotationsachse 36 und der Rotationsbewegung ωz und der Verkippung ψext tritt das Extremum der statischen Funktion v r = f ( ω z , v x e , ψ e x t , ϕ )

Figure DE102018218003A1_0039
unter einem Seitenwinkel Φ = ψext + γ auf. Angenommen ψext ist aus der Kalibrierung bekannt (vgl. 11 und entsprechende Beschreibung unten), so wird mittels Regression folglich ein Scheinwinkel γ bestimmt. Aus diesem Scheinwinkel γ lässt sich die rotatorische Eigenbewegung ωz des Fahrzeugs ableiten. Berücksichtigt die statische Funktion und die Regressionsfunktion die Rotation ωz der Eigenbewegung, so kann mittels der oben beschriebenen Prinzipien und unter Annahme, dass der extrinsische Parameter ψext bekannt ist, somit auch die Rotation ωz des Fahrzeugs ermittelt werden.In the diagram of the 8b is like the 7 the side angle ϕ with respect to the legal value axis and the radial speed with respect to the high value axis v r applied. Due to the distance of the radar unit 26 to the axis of rotation 36 and the rotational movement ω z and the tilt ψ ext occurs the extreme of the static function v r = f ( ω e.g. , v x e , ψ e x t , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0039
at a side angle Φ = ψ ext + γ. Accepted ψ ext is known from calibration (cf. 11 and corresponding description below), a reject angle γ is consequently determined by means of regression. The rotational inherent motion can be derived from this apparent angle γ ω z derive from the vehicle. Takes into account the static function and the regression function the rotation ω z the eigenmovement, can be done using the principles described above and assuming that the extrinsic parameter ψ ext the rotation is known ω z of the vehicle can be determined.

In der 9 sind die einzelnen Schritte des oben beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung der Eigenbewegung eines Kraftfahrzeugs als Flussdiagramm dargestellt. In Schritt 901 werden die Ziele 66a, 66b einer Zielliste aufgrund der Messdaten des Radar-Messsystems bereitgestellt. In Schritt 902 wird der Näherungsverlauf 60 der statischen Funktion v r = f ( ω z , v x e , ϕ )

Figure DE102018218003A1_0040
vr auf Grundlage von Näherungswerten, z.B. den Bewegungsparametern ωz , v x e
Figure DE102018218003A1_0041
aus einem vorherigen Messzyklus bestimmt. In Schritt 903 wird der Näherungsverlauf 60 der statischen Funktion v r = f ( ω z , v x e , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0042
vr um eine vorbestimmte Bandbreite 61 verbreitert. In Schritt 904 werden die Ziele 66a, 66b auf Grundlage des Näherungsverlaufs 60 der statischen Funktion v r = f ( ω z , v x e , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0043
und deren Bandbreite 61 als statische Ziele 66a bzw. mobile Ziele 66b klassifiziert. In Schritt 905 wird die Regressionsfunktion 62 an die statischen Ziele 66a angepasst, womit die aktuellen Bewegungsparameter ωz , v x e
Figure DE102018218003A1_0044
bestimmt werden. Mit den Bewegungsparametern (odometrischen Parametern) ist somit die Eigenbewegung des Messsystems oder des Kraftfahrzeugs bekannt. Das Verfahren kann zyklisch wiederholt werden. So können die in Schritt 905 ermittelten Bewegungsparameter als Näherungswert (902 in 9) für die Ermittlung der statischen Ziele eines nachfolgenden Durchlaufs des Verfahrens genutzt werden. Das Verfahren zur Klassifizierung der Ziele als statisch bzw. mobil und zur Ermittlung der Eigenbewegung des Fahrzeugs kann somit fortlaufend durchgeführt werden, sodass die Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs jederzeit bekannt ist.In the 9 the individual steps of the above-described method for determining the own movement of a motor vehicle are shown as a flow chart. In step 901 become the goals 66a , 66b a target list based on the measurement data of the radar measurement system. In step 902 becomes the approximation course 60 the static function v r = f ( ω e.g. , v x e , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0040
v r on the basis of approximate values, for example the movement parameters ω z , v x e
Figure DE102018218003A1_0041
determined from a previous measurement cycle. In step 903 becomes the approximation course 60 the static function v r = f ( ω e.g. , v x e , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0042
v r by a predetermined bandwidth 61 broadened. In step 904 become the goals 66a , 66b based on the approximation course 60 the static function v r = f ( ω e.g. , v x e , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0043
and their range 61 as static goals 66a or mobile targets 66b classified. In step 905 becomes the regression function 62 to the static goals 66a adjusted, with which the current movement parameters ω z , v x e
Figure DE102018218003A1_0044
be determined. With the movement parameters (odometric parameters), the inherent movement of the measuring system or the motor vehicle is known. The process can be repeated cyclically. So you can in step 905 determined motion parameters as an approximate value ( 902 in 9 ) can be used to determine the static goals of a subsequent run of the procedure. The method for classifying the targets as static or mobile and for determining the own movement of the vehicle can thus be carried out continuously, so that the own movement of the motor vehicle is known at all times.

Kompensierung von Sensorverkippungen durch KalibrierungCompensation of sensor tilt through calibration

Bei der Bestimmung der statischen Funktion f kann auch eine Verstellung des Sensors („Sensorrahmen“) gegenüber dem Fahrzeug-Rahmen („Ego-Rahmen“ bzw. Fahrzeugrahmen), wie sie in 10 schematisch gezeigt ist, mitberücksichtigt werden und durch Kalibrierung kompensiert werden:

  • Angenommen, der Sensor (s in 10) ist um Winkel ψext, θext verstellt (in 10 ist zur Vereinfachung nur ψext gezeigt) und angenommen, die Verstellung ϕext ≈ 0 (Rollwinkel), dann wird die Rotation zwischen dem versetzten Sensorrahmen und dem Fahrzeugrahmen mit den folgenden 3D-Drehmatrizen definiert: R s e = R z ( ψ e x t ) R y ( θ e x t ) R x ( ϕ e x t = 0 ) R e s = ( R s e ) T
    Figure DE102018218003A1_0045
    R z ( ψ e x t ) = [ cos ( ψ e x t ) sin ( ψ e x t ) 0 sin ( ψ e x t ) cos ( ψ e x t ) 0 0 0 1 ]
    Figure DE102018218003A1_0046
    R y ( θ e x t ) = [ cos ( θ e x t ) 0 sin ( θ e x t ) 0 1 0 sin ( θ e x t ) 0 cos ( θ e x t ) ]
    Figure DE102018218003A1_0047
    R x ( ϕ e x t ) = [ 1 0 0 0 cos ( ϕ e x t ) sin ( ϕ e x t ) 0 sin ( ϕ e x t ) cos ( ϕ e x t ) ]
    Figure DE102018218003A1_0048
    Die Winkel ψext, θext , ϕext, welche die Verstellung des Sensors bezüglich der Soll-Lage beschreiben, werden hier als extrinsische Parameter bezeichnet, die es in der Kalibrierungsphase zu bestimmen gilt.
When determining the static function f can also be an adjustment of the sensor ("sensor frame") in relation to the vehicle frame ("ego frame" or vehicle frame), as in 10th is shown schematically, taken into account and compensated by calibration:
  • Suppose the sensor ( s in 10th ) is by angle ψ ext, θ ext adjusted (in 10th is for simplification only ψ ext shown) and assuming the adjustment ϕ ext ≈ 0 (roll angle), then the rotation between the offset sensor frame and the vehicle frame is defined with the following 3D turning matrices: R s e = R e.g. ( ψ e x t ) R y ( θ e x t ) R x ( ϕ e x t = 0 ) R e s = ( R s e ) T
    Figure DE102018218003A1_0045
    R e.g. ( ψ e x t ) = [ cos ( ψ e x t ) - sin ( ψ e x t ) 0 sin ( ψ e x t ) cos ( ψ e x t ) 0 0 0 1 ]
    Figure DE102018218003A1_0046
    R y ( θ e x t ) = [ cos ( θ e x t ) 0 - sin ( θ e x t ) 0 1 0 - sin ( θ e x t ) 0 cos ( θ e x t ) ]
    Figure DE102018218003A1_0047
    R x ( ϕ e x t ) = [ 1 0 0 0 cos ( ϕ e x t ) - sin ( ϕ e x t ) 0 sin ( ϕ e x t ) cos ( ϕ e x t ) ]
    Figure DE102018218003A1_0048
    The angles ψ ext, θ ext , ϕ ext , which describe the adjustment of the sensor with respect to the target position, are referred to here as extrinsic parameters which have to be determined in the calibration phase.

Die statische Funktion f kann unter der Annahme von ϕext ≈ 0 damit wie folgt formuliert werden: v r = ( r r ) T R e s [ v e + Ω p s e ] = f ( ω z , v x e , ψ e x t , θ e x t , θ , ϕ )

Figure DE102018218003A1_0049
Diese Gleichung kann für einen Kalibrierungsalgorithmus zur Optimierung verwendet werden. Die extrinsischen Parameter, die geschätzt werden, sind ψext , θext . Die Bewegungsparameter v x e
Figure DE102018218003A1_0050
und ωz des Fahrzeugs werden bei der Kalibrierung festgelegt und als bekannt vorausgesetzt. Nach der Bestimmung der ψext , θext in der Kalibrierung sind ψext , θext bekannt und v x e
Figure DE102018218003A1_0051
und ωz können nach der Kalibrierung wie oben beschrieben durch Regression geschätzt werden. Wenn die extrinsischen Parameter ψext , θext des Radarsensors bekannt sind, kann man demnach wie in Zusammenhang mit den 7 bis 9 beschrieben das Extremum der Radialgeschwindigkeit statischer Ziele ermitteln und man erhält so die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Neben der Eigengeschwindigkeit v x e
Figure DE102018218003A1_0052
kann man auf entsprechende Weise auch die Rotationsbewegung ωz des Kraftfahrzeugs unter Berücksichtigung von Verstellungen des Sensors ermitteln.The static function f can be formulated as follows, assuming ϕ ext ≈ 0: v r = - ( r r ) T R e s [ v e + Ω p s e ] = f ( ω e.g. , v x e , ψ e x t , θ e x t , θ , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0049
This equation can be used for a calibration algorithm for optimization. The extrinsic parameters that are estimated are ψ ext , θ ext . The movement parameters v x e
Figure DE102018218003A1_0050
and ω z of the vehicle are determined during calibration and assumed to be known. After determining the ψ ext , θ ext are in calibration ψ ext , θ ext known and v x e
Figure DE102018218003A1_0051
and ω z can be estimated by regression after calibration as described above. If the extrinsic parameters ψ ext , θ ext the radar sensor are known, you can therefore as in connection with the 7 to 9 described determine the extremum of the radial speed of static targets and you get the speed of the motor vehicle. In addition to the airspeed v x e
Figure DE102018218003A1_0052
you can also do the rotational movement in a corresponding way ω z of the motor vehicle taking into account adjustments of the sensor.

Im Folgenden ist beispielhaft beschrieben, wie die Regression mittels eines Least-Square-Verfahrens durchgeführt werden kann.The following describes an example of how the regression can be carried out using a least-square method.

Für jeden Messzyklus lässt sich auf Grundlage von GI. 3 die Radialgeschwindigkeit eines Ziels wie folgt ausdrücken: v r = ( r r ) T ( v x v y v z ) + ε

Figure DE102018218003A1_0053
wobei ε das angenommene Gaußsche Rauschen ist, mit dem die Messungen behaftet sind, also der angenommene statistische Messfehler, und wobei ( v x v y v z ) = R e s v t o t = R e s [ v e + Ω p s e ]
Figure DE102018218003A1_0054
wobei ( v x v y v z )
Figure DE102018218003A1_0055
die Sensorgeschwindigkeit v t o t
Figure DE102018218003A1_0056
ausgedrückt im Sensorrahmen ist und damit vx , vy und vz die kartesischen Komponenten der vom Radar gemessenen Ziel-Geschwindigkeit sind.For each measurement cycle, GI. 3 Express the radial velocity of a target as follows: v r = - ( r r ) T ( v x v y v e.g. ) + ε
Figure DE102018218003A1_0053
in which ε is the assumed Gaussian noise with which the measurements are afflicted, that is the assumed statistical measurement error, and where ( v x v y v e.g. ) = R e s v t O t = R e s [ v e + Ω p s e ]
Figure DE102018218003A1_0054
in which ( v x v y v e.g. )
Figure DE102018218003A1_0055
the sensor speed v t O t
Figure DE102018218003A1_0056
is expressed in the sensor frame and thus v x , v y and v z are the Cartesian components of the target speed measured by the radar.

Es wird im Folgenden davon ausgegangen, dass das angenommene Gaußsche Rauschen ε einen Mittelwert von Null und eine Varianz σ2 aufweist.In the following it is assumed that the assumed Gaussian noise ε has a mean value of zero and a variance σ 2 .

Für N-Messzyklen kann das Modell wie folgt ausgedrückt werden v r = M ( v x v y v z ) + ε

Figure DE102018218003A1_0057
mit M = ( c o s θ 1  cos ϕ 1 cos θ 1  sin ϕ 1 sin θ 1 c o s θ N  cos ϕ N cos θ N  sin ϕ N sin θ N )
Figure DE102018218003A1_0058
wobei vr nun ein N × 1 Vektor ist.For N measurement cycles, the model can be expressed as follows v r = - M ( v x v y v e.g. ) + ε
Figure DE102018218003A1_0057
With M = ( c O s θ 1 cos ϕ 1 cos θ 1 sin ϕ 1 sin θ 1 c O s θ N cos ϕ N cos θ N sin ϕ N sin θ N )
Figure DE102018218003A1_0058
in which v r is now an N × 1 vector.

Wie beispielsweise in C. D. Ghilani, Adjustment computations: spatial data analysis. John Wiley & Sons, 2010 beschrieben ist, ist der „unbiased estimator“ für die Geschwindigkeit: ( v x v y v z ) = ( M T M ) 1 M T v r

Figure DE102018218003A1_0059
Wird GL. 6 nach den Geschwindigkeiten aufgelöst, so erhält man die extrinsischen Parameter ψext und θext .As for example in CD Ghilani, Adjustment computations: spatial data analysis. John Wiley & Sons, described in 2010, is the "unbiased estimator" for speed: ( v x v y v e.g. ) = - ( M T M ) - 1 M T v r
Figure DE102018218003A1_0059
If GL. 6 resolved according to the speeds, you get the extrinsic parameters ψ ext and θ ext .

Die Kovarianzmatrix für das Gleichungssystem ist: c o v ( ( v x v y v z ) ) = σ 2 ( M T M ) 1 .

Figure DE102018218003A1_0060
In diesem Fall ist σ2 der wahre Wert der Varianz der Radialgeschwindigkeit. Ein unbiased Estimator für diesen Parameter ist: σ ^ 2 = ε ^ T ε ^ N 3 ,
Figure DE102018218003A1_0061
Ausgedrückt als Residuen: ε ^ = v r a d + M ( v x v y v z ) .
Figure DE102018218003A1_0062
Die Kovarianzmatrix kann aus den N Messzyklen abgeschätzt werden in der Form: C o v ( ( v x v y v z ) ) = ε ^ T ε ^ N 3 ( M T M ) 1
Figure DE102018218003A1_0063
The covariance matrix for the system of equations is: c O v ( ( v x v y v e.g. ) ) = σ 2nd ( M T M ) - 1 .
Figure DE102018218003A1_0060
In this case, σ 2 is the true value of the radial velocity variance. An unbiased estimator for this parameter is: σ ^ 2nd = ε ^ T ε ^ N - 3rd ,
Figure DE102018218003A1_0061
Expressed as residuals: ε ^ = v r a d + M ( v x v y v e.g. ) .
Figure DE102018218003A1_0062
The covariance matrix can be derived from the N Measuring cycles are estimated in the form: C. O v ( ( v x v y v e.g. ) ) = ε ^ T ε ^ N - 3rd ( M T M ) - 1
Figure DE102018218003A1_0063

Die auf diese Weise abgeschätzte Geschwindigkeit kann damit als Funktion der extrinsischen Winkel ψext ,θext und dem bekannten Bewegungsparameter ve ausgedrückt werden: ( v x v y v z ) = v ( ψ e x t , θ e x t , v e ) .

Figure DE102018218003A1_0064
Mit dem Vektor Θ = ( ψ e x t , θ e x t , v e ) T
Figure DE102018218003A1_0065
kann gemäß der bekannten Methoden die Jacobi-Matrix aufgestellt werden: J = v Θ = ( v x ψ e x t v x θ e x t v x v e v y ψ e x t v y θ e x t v y v e v z ψ e x t v z θ e x t v z v e )
Figure DE102018218003A1_0066
und man erhält in erster Ordnung die Näherung: C o v ( Θ ) J 1 C o v ( v ) J T
Figure DE102018218003A1_0067
Die Diagonalelemente dieser Kovarianzmatrix entsprechen den Kovarianzen σ ^ ψ e x t 2 , σ ^ θ e x t 2 , σ ^ v x e 2
Figure DE102018218003A1_0068
der extrinsischen Winkel bzw. der geschätzten Geschwindigkeit.The speed estimated in this way can thus be a function of the extrinsic angle ψ ext , θ ext and the known movement parameter v e are expressed: ( v x v y v e.g. ) = v ( ψ e x t , θ e x t , v e ) .
Figure DE102018218003A1_0064
With the vector Θ = ( ψ e x t , θ e x t , v e ) T
Figure DE102018218003A1_0065
the Jacobi matrix can be set up according to the known methods: J = v Θ = ( v x ψ e x t v x θ e x t v x v e v y ψ e x t v y θ e x t v y v e v e.g. ψ e x t v e.g. θ e x t v e.g. v e )
Figure DE102018218003A1_0066
and you get the approximation in the first order: C. O v ( Θ ) J - 1 C. O v ( v ) J - T
Figure DE102018218003A1_0067
The diagonal elements of this covariance matrix correspond to the covariances σ ^ ψ e x t 2nd , σ ^ θ e x t 2nd , σ ^ v x e 2nd
Figure DE102018218003A1_0068
the extrinsic angle or the estimated speed.

Nachdem die Kovarianzen σ ^ ψ e x t , i 2

Figure DE102018218003A1_0069
and σ ^ θ e x t , i 2
Figure DE102018218003A1_0070
der extrinsischen Winkel aus der Fehlerfortpflanzung wie oben beschrieben für jeden Messzyklus i ermittelt wurden, kann ein Schätzwert für den extrinsischen Parameter ψext als ein gewichteter Mittelwert über die mehrere Messzyklen i wie folgt berechnet werden: ψ e x t = i ψ e x t , i σ ^ ψ e x t , i 2 σ ^ ψ e x t 2
Figure DE102018218003A1_0071
wobei die Varianz σ ^ ψ e x t 2
Figure DE102018218003A1_0072
wie folgt aus den jeweiligen Kovarianzen der einzelnen Messzyklen i abgeschätzt wird: σ ^ ψ e x t 2 = 1 i 1 σ ^ ψ e x t , i 2
Figure DE102018218003A1_0073
After the covariances σ ^ ψ e x t , i 2nd
Figure DE102018218003A1_0069
and σ ^ θ e x t , i 2nd
Figure DE102018218003A1_0070
The extrinsic angle from the propagation of errors as described above for each measurement cycle i can be an estimate of the extrinsic parameter ψ ext as a weighted average over which several measurement cycles i are calculated as follows: ψ e x t = i ψ e x t , i σ ^ ψ e x t , i 2nd σ ^ ψ e x t 2nd
Figure DE102018218003A1_0071
being the variance σ ^ ψ e x t 2nd
Figure DE102018218003A1_0072
is estimated as follows from the respective covariances of the individual measurement cycles i: σ ^ ψ e x t 2nd = 1 i 1 σ ^ ψ e x t , i 2nd
Figure DE102018218003A1_0073

Diese Mittelwerte können beispielweise berechnet werden, indem die Werte ψext,i , σ ^ ψ e x t , i 2

Figure DE102018218003A1_0074
einzelner Messzyklen über einen bestimmten Zeitraum gepuffert werden und die gemittelten Werte ψext , σ ^ ψ e x t 2
Figure DE102018218003A1_0075
gemäß Gleichungen 8 und 9 auf Basis der gepufferten Werte berechnet werden.These averages can be calculated, for example, by the values ψ ext, i , σ ^ ψ e x t , i 2nd
Figure DE102018218003A1_0074
individual measuring cycles over a certain period of time and the averaged values ψ ext , σ ^ ψ e x t 2nd
Figure DE102018218003A1_0075
can be calculated according to equations 8 and 9 based on the buffered values.

Schätzwerte für den extrinsischen Parameter θext und dessen Varianz können auf analoge Weise ermittelt werden.Estimates for the extrinsic parameter θ ext and its variance can be determined in an analogous manner.

In 11 sind die einzelnen Schritte des oben beschriebenen Kalibrierungsverfahrens zur Bestimmung der extrinsischen Parameter als Flussdiagramm dargestellt. In Schritt 1001 werden die Ziele 66a, 66b der Zielliste aufgrund der Messdaten des Radar-Messsystems bereitgestellt. In Schritt 1002 wird der Näherungsverlauf 60 der statischen Funktion v r = f ( ω z , v x e , ψ e x t , θ e x t , θ , ϕ )

Figure DE102018218003A1_0076
auf Grundlage der als bekannt vorausgesetzten Bewegungsparameter ωz , v x e
Figure DE102018218003A1_0077
und auf Grundlage von Näherungswerten für die extrinsischen Parameter ψext , θext bestimmt. Als Näherungswerte für die extrinsischen Parameter ψext , θext werden beispielsweise die extrinsischen Parameter aus einer vorherigen Iteration des Verfahrens verwendet, oder vorbestimmte oder willkürliche Initialisierungswerte für die extrinsischen Parameter für den Beginn des Verfahrens. In Schritt 1003 wird der Näherungsverlauf 60 der statischen Funktion v r = f ( ω z , v x e , ψ e x t , θ e x t , θ , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0078
um eine vorbestimmte Bandbreite 61 verbreitert. In Schritt 1004 werden die Ziele 66a, 66b auf Grundlage des Näherungsverlaufs 60 der statischen Funktion v r = f ( ω z , v x e , ψ e x t , θ e x t , θ , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0079
und deren Bandbreite 61 als statische Ziele 66a bzw. mobile Ziele 66b klassifiziert. In Schritt 905 wird die Regressionsfunktion 62 an die statischen Ziele 66a angepasst, womit korrigierte extrinsischen Parameter ψext, θext bestimmt werden. Das Verfahren wird zyklisch wiederholt. Insbesondere können die Schritte 1001 bis 1005 mehrfach anhand von Messdaten unterschiedlicher Messzyklen durchgeführt werden. Dadurch, dass die Schritte 1001 bis 1005 zyklisch durchgeführt werden, nähern sich die ermittelten extrinsischen Parameter iterativ den tatsächlichen Werten der Parameter an. So können die in Schritt 1005 ermittelten extrinsischen Parameter als Näherungswert (1002 in 10) als Näherungswerte für die Ermittlung der statischen Ziele eines nachfolgenden Durchlaufs des Verfahrens genutzt werden. Auf diese Weise nähern sich die jeweils in Schritt 905 ermittelten extrinsischen Parameter ψext, θext den tatsächlichen extrinsischen Parameter n iterativ an.In 11 The individual steps of the calibration method described above for determining the extrinsic parameters are shown as a flow chart. In step 1001 become the goals 66a , 66b the target list based on the measurement data of the radar measurement system. In step 1002 becomes the approximation course 60 the static function v r = f ( ω e.g. , v x e , ψ e x t , θ e x t , θ , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0076
on the basis of the movement parameters assumed to be known ω z , v x e
Figure DE102018218003A1_0077
and based on approximations for the extrinsic parameters ψ ext , θ ext certainly. As approximate values for the extrinsic parameters ψ ext , θ ext For example, the extrinsic parameters from a previous iteration of the method are used, or predetermined or arbitrary initialization values for the extrinsic parameters for the start of the method. In step 1003 becomes the approximation course 60 the static function v r = f ( ω e.g. , v x e , ψ e x t , θ e x t , θ , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0078
by a predetermined bandwidth 61 broadened. In step 1004 become the goals 66a , 66b based on the approximation course 60 the static function v r = f ( ω e.g. , v x e , ψ e x t , θ e x t , θ , ϕ )
Figure DE102018218003A1_0079
and their range 61 as static goals 66a or mobile targets 66b classified. In step 905 becomes the regression function 62 to the static goals 66a adapted, with which corrected extrinsic parameters ψ ext , θ ext are determined. The process is repeated cyclically. In particular, the steps 1001 to 1005 be carried out several times using measurement data from different measurement cycles. By doing the steps 1001 to 1005 are carried out cyclically, the determined extrinsic parameters iteratively approach the actual values of the parameters. So you can in step 1005 determined extrinsic parameters as approximate values ( 1002 in 10th ) are used as approximate values for determining the static goals of a subsequent run of the method. In this way, they approach each other in step 905 determined extrinsic parameters ψ ext , θ ext iteratively the actual extrinsic parameter.

Das Verfahren kann nach einer vorbestimmten Zahl von Iterationsschritten abgebrochen werden, oder wenn erkannt wird, dass sich die ermittelten extrinsischen Parameter zwischen zwei aufeinanderfolgenden Iterationen nicht mehr wesentlich unterscheiden. Die extrinsischen Parameter mehrerer Messzyklen können gemittelt werden, indem beispielsweise ein gewichteter Mittelwert bereitgestellt wird, der die tatsächlichen Werte der extrinsischen Parameter gut beschreibt, wie dies oben detailliert beschrieben wurde.The method can be terminated after a predetermined number of iteration steps, or if it is recognized that the extrinsic parameters determined no longer differ significantly between two successive iterations. The extrinsic parameters of a plurality of measurement cycles can be averaged, for example by providing a weighted mean value which describes the actual values of the extrinsic parameters well, as was described in detail above.

Im Kalibrierungsverfahren der 11 wurde nicht nur der Seitenwinkel ϕ und die Radialgeschwindigkeit vr berücksichtigt, sondern auch der Elevationswinkel θ. 12 zeigt beispielsweise in einem 2D-Raum die Schätzung der extrinsischen Parameter ψext , und θext basierend auf der statischen Funktion und dem Einpassen einer 2D-Ebene in die Punkte vrad,n (ϕ, θ), welche jeweils die Radialgeschwindigkeit des n-ten Ziels in Abhängigkeit vom jeweiligen Winkel (Azimutwinkel und Elevationswinkel) beschreibt. Das Verfahren kann auf Grundlage der beschriebenen Prinzipien auf weitere Dimensionen erweitert werden. Die Verfahren können insbesondere für Ortungssysteme wie Radar-Messsysteme angewandt werden, die einen mehrdimensionalen Raum abtasten.In the calibration procedure of 11 not only the side angle ϕ and the radial speed v r considered, but also the elevation angle θ . 12th shows, for example, the estimation of the extrinsic parameters in a 2D space ψ ext , and θ ext based on the static function and fitting a 2D plane into the points v rad, n (ϕ, θ ), which describes the radial speed of the nth target depending on the respective angle (azimuth angle and elevation angle). The method can be extended to other dimensions based on the principles described. The methods can be used in particular for location systems such as radar measuring systems that scan a multidimensional space.

BezugszeichenlisteReference list

11
KraftfahrzeugMotor vehicle
1212th
Steuerungseinheit für LenksystemControl unit for steering system
1414
Steuerungseinheit für BremssystemControl unit for brake system
1616
Steuerungseinheit für AntriebstrangControl unit for drive train
1818th
Steuerungseinheit für autonomes FahrenControl unit for autonomous driving
2020th
optische Sensorenoptical sensors
2222
ZentralsteuerungseinheitCentral control unit
2424th
SatellitennavigationseinheitSatellite navigation unit
2626
RadareinheitRadar unit
2828
FahrzeugkommunikationsnetzwerkVehicle communication network
3232
statische Zielestatic goals
32a32a
statische Zielestatic goals
33a33a
Relativgeschwindigkeit der statischen ZieleRelative speed of the static targets
3434
Radialrichtung der statischen ZieleRadial direction of the static targets
3535
Sollachse der RadareinheitTarget axis of the radar unit
3636
Hochachse (Rotationsachse)Vertical axis (rotation axis)
3737
optische Achse der Radareinheitoptical axis of the radar unit
5151
Sichtbereich der RadareinheitField of view of the radar unit
51a51a
Begrenzung des Sichtbereichs der RadareinheitLimiting the field of view of the radar unit
5252
zentrale optische Achse 52 der Radareinheitcentral optical axis 52 of the radar unit
5353
FahrzeuglängsachseVehicle longitudinal axis
5454
Bewegungsgeschwindigkeit des FahrzeugsSpeed of movement of the vehicle
6060
Näherungsverlauf der statischen FunktionApproximation course of the static function
6161
Bandbreite der statischen FunktionBandwidth of the static function
6262
RegressionsfunktionRegression function
6363
Extremum der RegressionsfunktionExtreme of the regression function
66a66a
statische Zielestatic goals
66b66b
mobile Zielemobile targets
210210
Prozessor einer SteuerungseinheitProcessor of a control unit
220220
RAM einer SteuerungseinheitRAM of a control unit
230230
ROM einer SteuerungseinheitROM of a control unit
240240
Fahrzeugkommunikationsnetzwerk-Interface einer SteuerungseinheitVehicle communication network interface of a control unit
250250
Kommunikationsnetzwerk einer SteuerungseinheitCommunication network of a control unit
260260
externes Speicherlaufwerk einer Steuerungseinheitexternal storage drive of a control unit
301301
RF-ChipRF chip
302302
Interface zum FahrzeugkommunikationssystemInterface to the vehicle communication system
303303
ProzessoreinheitProcessor unit
304304
Radar-µCRadar µC

Claims (20)

Verfahren zur Ermittlung der Eigenbewegung eines Kraftfahrzeugs (1) mithilfe eines Ortungssystems (26), das eine Anzahl an Zielen (66a, 66b) bereitstellt, wobei bei dem Verfahren: a) ermittelt wird, welche der vom Ortungssystem bereitgestellten Ziele (66a, 66b) statische Ziele (66a) sind, b) eine Regressionsfunktion (63) an die statischen Ziele (66a) angepasst wird, wobei die Regressionsfunktion (63) die erwartete Verteilung (f) der statischen Ziele (66a) im Sichtbereich (51; vr, ϕ) des Ortungssystems (26) beschreibt und von ein oder mehreren Bewegungsparametern ( ω z ,   v x e )
Figure DE102018218003A1_0080
des Kraftfahrzeugs (1) abhängig ist; und c) ein oder mehrere der Bewegungsparameter ( ω z ,   v x e )
Figure DE102018218003A1_0081
des Kraftfahrzeugs (1) aus der angepassten Regressionsfunktion (63) ermittelt werden.
Method for determining the self-movement of a motor vehicle (1) using a location system (26) which provides a number of targets (66a, 66b), the method: a) determining which of the targets (66a, 66b) provided by the location system are static targets (66a), b) a regression function (63) is adapted to the static targets (66a), the regression function (63) representing the expected distribution (f) of the static targets (66a) in the field of view (51; v r , ϕ) of the location system (26) describes and one or more movement parameters ( ω e.g. , v x e )
Figure DE102018218003A1_0080
the motor vehicle (1) is dependent; and c) one or more of the motion parameters ( ω e.g. , v x e )
Figure DE102018218003A1_0081
of the motor vehicle (1) can be determined from the adapted regression function (63).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Näherungsverlauf (60) der Regressionsfunktion (63) bestimmt wird und die Ziele (66a, 66b) auf Grundlage des Näherungsverlaufs (60) als statische Ziele (66a) bzw. mobile Ziele (66b) klassifiziert werden.Procedure according to Claim 1 , in which an approximation course (60) of the regression function (63) is determined and the targets (66a, 66b) are classified on the basis of the approximation course (60) as static targets (66a) or mobile targets (66b). Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Näherungsverlauf (60) der Regressionsfunktion (63) auf Grundlage von Näherungswerten der Bewegungsparameter ( ω z ,   v x e )
Figure DE102018218003A1_0082
bestimmt wird.
Procedure according to Claim 2 , in which the approximation course (60) of the regression function (63) on the basis of approximation values of the movement parameters ( ω e.g. , v x e )
Figure DE102018218003A1_0082
is determined.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Näherungswerte der Bewegungsparameter ( ω z ,   v x e )
Figure DE102018218003A1_0083
auf Grundlage von Bewegungsparametern ( ω z ,   v x e )
Figure DE102018218003A1_0084
aus einem vorherigen Messzyklus erhalten werden.
Procedure according to Claim 3 , where the approximate values of the movement parameters ( ω e.g. , v x e )
Figure DE102018218003A1_0083
based on motion parameters ( ω e.g. , v x e )
Figure DE102018218003A1_0084
can be obtained from a previous measurement cycle.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3, oder 4, bei dem der Näherungsverlauf (60) um eine Bandbreite (61) verbreitert wird und die Ziele innerhalb der Bandbreite (61) als statische Ziele (66a) klassifiziert werden. Procedure according to one of the Claims 2 , 3rd , or 4, in which the approximation course (60) is broadened by a bandwidth (61) and the targets within the bandwidth (61) are classified as static targets (66a). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegungsparameter ( ω z ,   v x e )
Figure DE102018218003A1_0085
des Kraftfahrzeugs (1) eine translatorische ( v x e )
Figure DE102018218003A1_0086
und/oder eine rotatorische (wz) Bewegung des Kraftfahrzeugs (1) bzw. des Ortungssystems (26) beschreibt.
Method according to one of the preceding claims, wherein the movement parameters ( ω e.g. , v x e )
Figure DE102018218003A1_0085
of the motor vehicle (1) a translational ( v x e )
Figure DE102018218003A1_0086
and / or describes a rotational (w z ) movement of the motor vehicle (1) or the location system (26).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Regressionsfunktion (63) an die statischen Ziele durch lineare Regressionsanalyse erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the regression function (63) is adapted to the static targets by linear regression analysis. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) fortlaufend anhand von Messdaten aufeinanderfolgender Messzyklen durchgeführt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that steps a) to c) are carried out continuously on the basis of measurement data of successive measurement cycles. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regressionsfunktion (63) fernen von ein oder mehreren extrinsischen Parametern (ψextext) abhängig ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the regression function (63) is further dependent on one or more extrinsic parameters (ψ ext , θ ext ). Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die extrinsischen Parameter (ψextext) bestimmt werden, indem in einer Kalibrierungsphase, in der die Bewegungsparameter ( ω z ,   v x e )
Figure DE102018218003A1_0087
des Kraftfahrzeugs (1) bekannt sind, ermittelt wird, welche der vom Ortungssystem (26) bereitgestellten Ziele (66a, 66b) statische Ziele (66a) sind, die Regressionsfunktion (63) an die statischen Ziele (66a) angepasst wird, und ein oder mehrere der extrinsischen Parameter (ψextext) des Kraftfahrzeugs (1) aus der angepassten Regressionsfunktion (63) ermittelt werden.
Procedure according to Claim 9 , in which the extrinsic parameters (ψ ext , θ ext ) are determined by in a calibration phase in which the movement parameters ( ω e.g. , v x e )
Figure DE102018218003A1_0087
of the motor vehicle (1) are known, it is determined which of the targets (66a, 66b) provided by the location system (26) are static targets (66a), the regression function (63) is adapted to the static targets (66a), and an or several of the extrinsic parameters (ψ ext , θ ext ) of the motor vehicle (1) are determined from the adapted regression function (63).
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die extrinsischen Parameter einen Kippwinkel (ψextext) des Ortungssystems (26) gegenüber der Soll-Einbaulage des Ortungssystems (26) beschreiben.Procedure according to Claim 9 or 10th , wherein the extrinsic parameters describe a tilt angle (ψ ext , θ ext ) of the location system (26) with respect to the target installation position of the location system (26). Verfahren zur Kalibrierung eines Ortungssystems (26), das eine Anzahl an Zielen bereitstellt, wobei bei dem Verfahren: a) ermittelt wird, welche der vom Ortungssystem (26) bereitgestellten Ziele (66a, 66b) statische Ziele (66a) sind, b) eine Regressionsfunktion (63) an die statischen Ziele (66a) angepasst wird, wobei die Regressionsfunktion (63) die erwartete Verteilung (f) der statischen Ziele (66a) im Sichtbereich (51; vr, ϕ) des Ortungssystems (26) beschreibt und von ein oder mehreren vorbekannten Bewegungsparametern ( ω z ,   v x e )
Figure DE102018218003A1_0088
des Kraftfahrzeugs (1) und von extrinsischen Parametern (ψext,θext) abhängig ist, und c) ein oder mehrere der extrinsischen Parameter (ψext,θext) des Kraftfahrzeugs (1) aus der angepassten Regressionsfunktion (63) ermittelt werden.
Method for calibrating a location system (26) which provides a number of targets, the method: a) determining which of the targets (66a, 66b) provided by the location system (26) are static targets (66a), b) a Regression function (63) is adapted to the static targets (66a), the regression function (63) describing the expected distribution (f) of the static targets (66a) in the field of view (51; v r , ϕ) of the location system (26) and by one or more known movement parameters ( ω e.g. , v x e )
Figure DE102018218003A1_0088
of the motor vehicle (1) and is dependent on extrinsic parameters (ψ ext, θ ext ), and c) one or more of the extrinsic parameters (ψ ext, θ ext ) of the motor vehicle (1) are determined from the adapted regression function (63).
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem ein Näherungsverlauf (60) der Regressionsfunktion (63) bestimmt wird und die Ziele (66a, 66b) auf Grundlage des Näherungsverlaufs (60) als statische Ziele (66a) bzw. mobile Ziele (66b) klassifiziert werden.Procedure according to Claim 12 , in which an approximation course (60) of the regression function (63) is determined and the targets (66a, 66b) are classified on the basis of the approximation course (60) as static targets (66a) or mobile targets (66b). Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem der Näherungsverlauf (60) der Regressionsfunktion (63) auf Grundlage von Näherungswerten der extrinsischen Parameter (ψext,θext) bestimmt wird.Procedure according to one of the Claims 12 or 13 , in which the approximate course (60) of the regression function (63) is determined on the basis of approximate values of the extrinsic parameters (ψ ext, θ ext ). Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Näherungswerte der extrinsischen Parameter (ψext,θext) auf Grundlage von extrinsischen Parametern (ψext,θext) aus einer vorherigen Iteration erhalten werden.Procedure according to one of the Claims 12 to 14 , whereby the approximate values of the extrinsic parameters (ψ ext, θ ext ) are obtained on the basis of extrinsic parameters (ψ ext, θ ext ) from a previous iteration. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem der Näherungsverlauf (60) um eine Bandbreite (61) verbreitert wird und die Ziele innerhalb der Bandbreite (61) als statische Ziele (66a) klassifiziert werden.Procedure according to one of the Claims 12 to 15 , in which the approximation course (60) is widened by a bandwidth (61) and the targets within the bandwidth (61) are classified as static targets (66a). Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die extrinsischen Parameter einen Kippwinkel (ψextext) des Ortungssystems (26) gegenüber der Soll-Einbaulage des Ortungssystems (26) beschreiben.Procedure according to one of the Claims 12 to 16 , wherein the extrinsic parameters describe a tilt angle (ψ ext , θ ext ) of the location system (26) with respect to the target installation position of the location system (26). Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die Bewegungsparameter ( ω z ,   v x e )
Figure DE102018218003A1_0089
des Kraftfahrzeugs (1) eine translatorische ( v x e )
Figure DE102018218003A1_0090
und/oder eine rotatorische (wz) Bewegung des Kraftfahrzeugs (1) bzw. des Ortungssystems (26) beschreibt.
Procedure according to one of the Claims 12 to 17th , the movement parameters ( ω e.g. , v x e )
Figure DE102018218003A1_0089
of the motor vehicle (1) a translational ( v x e )
Figure DE102018218003A1_0090
and / or describes a rotational (w z ) movement of the motor vehicle (1) or the location system (26).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Anpassung der Regressionsfunktion (63) an die statischen Ziele durch lineare Regressionsanalyse erfolgt.Procedure according to one of the Claims 12 to 18th , wherein the regression function (63) is adapted to the static targets by linear regression analysis. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei die Schritte a) bis c) zyklisch durchgeführt werden.Procedure according to one of the Claims 12 to 19th , steps a) to c) being carried out cyclically.
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