DE102019124504A1 - Method and device for simulating and evaluating a sensor system for a vehicle as well as method and device for designing a sensor system for environment detection for a vehicle - Google Patents

Method and device for simulating and evaluating a sensor system for a vehicle as well as method and device for designing a sensor system for environment detection for a vehicle Download PDF

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Matthias Traub
Monish Gogri
Mario Walk
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Abstract

Es werden ein Verfahren zur Simulation und Bewertung eines Sensorsystems für ein Fahrzeug sowie eine korrespondierende Vorrichtung angegeben. Das Sensorsystem (10) weist einen oder mehrere Umfeldsensoren (1, 2, 3, n) auf. Das Verfahren umfasst die Schritte:A1) Bereitstellen jeweils eines Sensormodells (SM) für jeden der Umfeldsensoren (1-n) des Sensorsystems (10), das jeweils repräsentativ ist für physikalische Eigenschaften des jeweiligen Umfeldsensors (1-n) bei Abbildung eines realen Umfelds des Fahrzeugs (100) mittels realer Messung durch den jeweiligen Umfeldsensor (1-n),B1) Bereitstellen eines Umfeldmodells (UM), das repräsentativ ist für ein virtuelles Umfeld eines virtuellen Fahrzeugs (100),C1) Ermitteln virtueller Sensordaten (SD) für jeden der Umfeldsensoren (1-n) des Sensorsystems (100) abhängig von dem Umfeldmodell (UM) und dem jeweiligen Sensormodell (SM), D1) Evaluieren der virtuellen Sensordaten (SD) abhängig von dem Umfeldmodell (UM).Darüber hinaus werden ein Verfahren zum Entwurf eines Sensorsystems zur Umfelddetektion für ein Fahrzeug sowie eine korrespondierende Vorrichtung angegeben.A method for simulating and evaluating a sensor system for a vehicle and a corresponding device are specified. The sensor system (10) has one or more environment sensors (1, 2, 3, n). The method comprises the steps: A1) providing a sensor model (SM) for each of the environment sensors (1-n) of the sensor system (10), which is representative of the physical properties of the respective environment sensor (1-n) when mapping a real environment of the vehicle (100) by means of real measurement by the respective environment sensor (1-n), B1) providing an environment model (UM) which is representative of a virtual environment of a virtual vehicle (100), C1) determining virtual sensor data (SD) for each of the environment sensors (1-n) of the sensor system (100) depending on the environment model (UM) and the respective sensor model (SM), D1) evaluating the virtual sensor data (SD) depending on the environment model (UM) for the design of a sensor system for the detection of the surroundings for a vehicle and a corresponding device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation und Bewertung eines Sensorsystems für ein Fahrzeug sowie eine korrespondierende Vorrichtung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entwurf eines Sensorsystems zur Umfelddetektion für ein Fahrzeug sowie eine korrespondierende Vorrichtung. Schließlich werden ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium angegeben.The invention relates to a method for simulating and evaluating a sensor system for a vehicle and a corresponding device. The invention also relates to a method for designing a sensor system for detecting surroundings for a vehicle and a corresponding device. Finally, a computer program and a computer-readable storage medium are specified.

Mit steigendem Automatisierungsgrad von (Kraft-)fahrzeugen wachsen auch die Anforderungen an Sensorsysteme der Fahrzeuge zur Umfelddetektion. Derartige Sensorsysteme umfassen einen oder mehrere Umfeldsensoren, um Hindernisse im Umfeld des jeweiligen Fahrzeugs bzw. die Umgebung selbst frühzeitig, sicher und präzise zu erkennen. Auf dem Markt existieren bereits zahlreiche solcher Umfeldsensoren und zugrundeliegende Sensortechnologien werden beständig weiterentwickelt. Eine Herausforderung in diesem Zusammenhang liegt insbesondere darin, ein Zusammenwirken einzelner Umfeldsensoren in einem Sensorsystem zu bewerten, ohne aufwändige Testfahrten vornehmen zu müssen.With the increasing degree of automation of (motor) vehicles, the requirements for sensor systems in vehicles for detecting the surroundings also grow. Such sensor systems include one or more environment sensors in order to detect obstacles in the environment of the respective vehicle or the environment itself at an early stage, safely and precisely. Numerous such environmental sensors already exist on the market and the underlying sensor technologies are constantly being further developed. A particular challenge in this context is to evaluate the interaction of individual environment sensors in a sensor system without having to undertake complex test drives.

Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die eine einheitliche, kostengünstige Bewertung verschiedener Sensorsysteme ermöglicht. Insbesondere soll beigetragen werden, das Sensorsystem derart zu konfigurieren, dass ein sicherer Betrieb des Fahrzeugs gewährleistet ist.One object on which the invention is based is to create a method and a corresponding device that enables a uniform, cost-effective evaluation of various sensor systems. In particular, the aim is to help configure the sensor system in such a way that safe operation of the vehicle is guaranteed.

Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is achieved by the independent patent claims. Advantageous refinements are characterized in the subclaims.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Simulation eines Sensorsystems für ein Fahrzeug. Das Sensorsystem weist einen oder mehrere Umfeldsensoren auf. Bei den Umfeldsensoren handelt es sich beispielhaft um eine Kamera und/oder einen Radar und/oder einen Lidar und/oder einen Ultraschallsensor.According to a first aspect, the invention relates to a method for simulating a sensor system for a vehicle. The sensor system has one or more environment sensors. The environment sensors are, for example, a camera and / or a radar and / or a lidar and / or an ultrasonic sensor.

Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

  • In einem Schritt A1) wird jeweils ein Sensormodell für jeden der Umfeldsensoren des Sensorsystems bereitgestellt. Das Sensormodell ist jeweils repräsentativ für physikalische Eigenschaften des jeweiligen Umfeldsensors bei Abbildung eines realen Umfelds des Fahrzeugs mittels realer Messung durch den jeweiligen Umfeldsensor. In anderen Worten beschreibt das jeweilige Sensormodell eine Datenstruktur, die eine Übersetzung von einer realen Gegebenheit auf eine Messung der realen Gegebenheit durch den jeweiligen Umfeldsensors auf Basis physikalischer Eigenschaften und/oder vorgegebenen Testmessungen des jeweiligen Umfeldsensors modelliert.
The process consists of the following steps:
  • In a step A1), a sensor model is provided for each of the environment sensors of the sensor system. The sensor model is in each case representative of the physical properties of the respective environment sensor when mapping a real environment of the vehicle by means of real measurement by the respective environment sensor. In other words, the respective sensor model describes a data structure that models a translation from a real situation to a measurement of the real situation by the respective environment sensor on the basis of physical properties and / or predetermined test measurements of the respective environment sensor.

In einem Schritt B1) wird ein Umfeldmodell bereitgestellt. Das Umfeldmodell ist repräsentativ für ein virtuelles Umfeld eines virtuellen Fahrzeugs. Das Umfeldmodell bezeichnet insbesondere eine Datenstruktur, die eine weitgehend exakte Nachbildung eines realen Umfelds eines realen Fahrzeugs modelliert. Beispielhaft kann das reale Umfeld zur Erzeugung eines solchen Umfeldmodells vermessen und als virtuelles Polygonmodell konstruiert werden. Es kann jedoch auch ein beliebiges Umfeld mit diversen Polygon-Elementen virtuell designt und generiert werden. Polygonmodelle des Umfelds bieten den Vorteil, dass sie den Sensormodellen wichtige physikalische Informationen (Formkontur, Oberflächeneigenschäften wie Reflexion/Absorption) bereitstellen können. Alternativ kann das Umfeldmodell vereinfacht auch in Form von Objektlisten umgesetzt werden, was eine Simulation auf „High-Level-Ebene“ ermöglicht.In a step B1) an environment model is provided. The environment model is representative of a virtual environment of a virtual vehicle. The environment model particularly denotes a data structure that models a largely exact replica of a real environment of a real vehicle. For example, the real environment can be measured to generate such an environment model and constructed as a virtual polygon model. However, any environment with various polygon elements can also be virtually designed and generated. Polygon models of the environment offer the advantage that they can provide the sensor models with important physical information (shape contour, surface properties such as reflection / absorption). Alternatively, the environment model can also be implemented in a simplified manner in the form of object lists, which enables simulation on a "high-level" level.

In einem Schritt C1) werden virtuelle Sensordaten für jeden der Umfeldsensoren des Sensorsystems abhängig von dem Umfeldmodell und dem jeweiligen Sensormodell ermittelt. In anderen Worten werden in dem Schritt C1) virtuelle Messungen in dem durch das Umfeldmodell repräsentierten virtuellen Umfeld durchgeführt. Hierzu können etwa Schnittpunkte einer Anzahl von Strahlen ausgehend von dem jeweiligen Umfeldsensor mit virtuellen Objekten des Umfeldmodells ermittelt werden. Bei einer Simulation auf „High-Level-Ebene“ können die virtuellen Sensordaten alternativ hierzu auch in Form von Objektlisten umgesetzt werden. Die virtuellen Sensordaten repräsentieren insbesondere eine virtuelle Abbildung des virtuellen Umfelds durch den jeweiligen Umfeldsensor.In a step C1), virtual sensor data are determined for each of the environment sensors of the sensor system as a function of the environment model and the respective sensor model. In other words, in step C1) virtual measurements are carried out in the virtual environment represented by the environment model. For this purpose, points of intersection of a number of beams can be determined starting from the respective environment sensor with virtual objects of the environment model. In the case of a “high-level” simulation, the virtual sensor data can alternatively also be implemented in the form of object lists. The virtual sensor data represent, in particular, a virtual image of the virtual environment by the respective environment sensor.

In einem Schritt D1) werden die virtuellen Sensordaten abhängig von dem Umfeldmodell evaluiert. Als derartige Evaluierung wird hier und im Folgenden ein Vergleich des durch die Umfeldsensoren erfassten virtuellen Umfelds und des durch das Umfeldmodell repräsentierten virtuellen Umfelds bezeichnet. Abhängig von dem Vergleich können dabei ein oder mehrere Bewertungskennzahlen (sogenannte „key performance indicators“, KPIs) vergeben werden, wobei das durch die Umfeldsensoren erfasste virtuelle Umfeld im Idealfall mit dem durch das Umfeldmodell repräsentierten virtuellen Umfeld übereinstimmt.In a step D1), the virtual sensor data are evaluated as a function of the environment model. Such an evaluation is referred to here and below as a comparison of the virtual environment detected by the environment sensors and the virtual environment represented by the environment model. Depending on the comparison, one or more evaluation key figures (so-called “key performance indicators”, KPIs) can be assigned, with the virtual environment recorded by the environment sensors ideally matching the virtual environment represented by the environment model.

In vorteilhafter Weise kann das Sensorsystem so ohne aufwändige Testfahrten durchführen zu müssen bereits in einer frühen Entwicklungsphase einheitlich bewertet werden, was insbesondere einen effizienten Vergleich mehrerer Sensorsysteme ermöglicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird beigetragen, auch bei hoher Komplexität hinsichtlich einer Anzahl denkbarer, unterschiedlicher Sensorsysteme anhand von Kosten-Nutzen-Analysen ein optimales Sensorsystem für einen jeweiligen Fahrzeugtyp festzulegen. Automobilherstellern wird damit insbesondere erleichtert, geeignete Sensorsysteme zu definieren, welche sämtliche (Sicherheits-)Anforderungen berücksichtigen bzw. erfüllen. Neben einer Leistungsfähigkeit der einzelnen Umfeldsensoren und einer bevorzugt vollständigen Sichtfeldabdeckung um das Fahrzeug (d.h. 360° um das Fahrzeug im Nah- und Fernbereich) können weitere Faktoren wie Gesamtkosten des jeweiligen Sensorsystems und Integration der einzelnen Umfeldsensoren bzw. des gesamten Sensorsystems in das Fahrzeug, insbesondere Anordnung und Ausrichtung der einzelnen Umfeldsensoren im Hinblick auf ein Design des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Darüber hinaus können ein redundanter Aufbau des Sensorsystems und störende Umwelteinflüsse wie Wetter- und Lichtbedingungen sowie Verschmutzung berücksichtigt werden. Zusammenfassend kann somit auch beigetragen werden, das Sensorsystem derart zu konfigurieren, dass ein sicherer Betrieb des Fahrzeugs gewährleistet ist.In an advantageous manner, the sensor system can be uniformly evaluated in an early development phase without having to carry out complex test drives, which is particularly important enables an efficient comparison of several sensor systems. The method according to the invention contributes to establishing an optimal sensor system for a respective vehicle type on the basis of cost-benefit analyzes, even with a high level of complexity with regard to a number of conceivable different sensor systems. This makes it easier for automobile manufacturers in particular to define suitable sensor systems that take into account or meet all (safety) requirements. In addition to the performance of the individual environment sensors and a preferably complete field of vision coverage around the vehicle (i.e. 360 ° around the vehicle in the near and far range), other factors such as total costs of the respective sensor system and integration of the individual environment sensors or the entire sensor system in the vehicle, in particular Arrangement and alignment of the individual environment sensors are taken into account with regard to a design of the vehicle. In addition, a redundant structure of the sensor system and disturbing environmental influences such as weather and light conditions as well as pollution can be taken into account. In summary, this can also help to configure the sensor system in such a way that safe operation of the vehicle is guaranteed.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt werden in dem Schritt A1) zu dem jeweiligen Umfeldsensor Konfigurationsparameter bereitgestellt, die repräsentativ sind für eine Konfiguration des jeweiligen Umfeldsensors. Die Konfigurationsparameter können insbesondere einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: eine Position des Umfeldsensors im bzw. am Fahrzeug, eine Ausrichtung des Umfeldsensors bezüglich eines vorgegebenen Bezugskoordinatensystems des Fahrzeugs.In an advantageous embodiment according to the first aspect, in step A1) configuration parameters are provided for the respective environment sensor, which are representative of a configuration of the respective environment sensor. The configuration parameters can in particular include one or more of the following parameters: a position of the environment sensor in or on the vehicle, an alignment of the environment sensor with respect to a predefined reference coordinate system of the vehicle.

Darüber hinaus werden in dem Schritt C1) die virtuellen Sensordaten des jeweiligen Umfeldsensors abhängig von den Konfigurationsparametern ermittelt. In vorteilhafter Weise können so etwa unterschiedliche Einbaupositionen verschiedener Umfeldsensoren berücksichtigt werden.In addition, in step C1) the virtual sensor data of the respective environment sensor are determined as a function of the configuration parameters. In this way, for example, different installation positions of different environment sensors can advantageously be taken into account.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird wenigstens ein wichtiger Bereich um das virtuelle Fahrzeug vorgegeben. Als wichtiger Bereich wird hier und im Folgenden eine sogenannte „region of interest“, ROI, bezeichnet. Der wichtige Bereich beschreibt etwa einen Bereich um das Fahrzeug, welcher bevorzugt von dem Sensorsystem überwacht werden soll. Derartige Bereiche können sich etwa aus Vorschriften und Randbedingungen in diesem Zusammenhang ergeben. So kann beispielsweise ein minimaler Kurvenradius eines Straßenabschnitts bei einer vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit gesetzlich geregelt sein, so dass eine nötige Sichtweite auf den Straßenverlauf in Fahrtrichtung und schräg zur Fahrtrichtung geometrisch erschlossen werden können.In an advantageous embodiment according to the first aspect, at least one important area around the virtual vehicle is specified. Here and in the following, a so-called “region of interest”, ROI, is referred to as an important area. The important area describes, for example, an area around the vehicle that should preferably be monitored by the sensor system. Such areas can arise, for example, from regulations and boundary conditions in this context. For example, a minimum curve radius of a road section can be regulated by law at a given maximum speed, so that a necessary visual range of the course of the road in the direction of travel and at an angle to the direction of travel can be determined geometrically.

Darüber hinaus werden in dem Schritt D1) die virtuellen Sensordaten bezüglich des wichtigen Bereichs gewichtet. In addition, in step D1) the virtual sensor data are weighted with regard to the important area.

Einzelne wichtige Bereiche können sich dabei in ihrer Gewichtung unterscheiden, etwa je nach Wahrscheinlichkeit eines Unfalls und einem zu erwartenden Ausmaß im Falle eines Unfalls. In die Gewichtung kann bzw. können etwa eine Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu anderen Verkehrsteilnehmern und/oder ein Abstand zwischen dem Fahrzeug und anderen Verkehrsteilnehmern und/oder ein Typ der anderen Verkehrsteilnehmer und eine damit verbundene Kritikalität im Falle eines Unfalls einfließen.Individual important areas can differ in their weighting, for example depending on the probability of an accident and the extent to be expected in the event of an accident. The weighting can include a relative speed of the vehicle to other road users and / or a distance between the vehicle and other road users and / or a type of other road user and an associated criticality in the event of an accident.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird in dem Schritt D1) abhängig von den virtuellen Sensordaten sämtlicher Umfeldsensoren eine Sensordatenfusion ermittelt. Die Sensordatenfusion wird dabei abhängig von dem Umfeldmodell evaluiert. Insbesondere erfolgt die Ermittlung der Sensordatenfusion nach dem Schritt C1) und bevor das Umfeldmodell in dem Schritt D1) evaluiert wird. Bei dem Ermitteln der Sensordatenfusion werden in anderen Worten die Informationen aller Sensoren zusammengeführt und ein Abbild des Umfeldmodells aus Sicht des gesamten Sensorsetups generiert. Bei der Durchführung einer derartigen Datenfusion können Algorithmen (typischerweise Kalman Filter) zum Einsatz kommen, welche bei der Erstellung dieses Gesamtbilds die Performance der jeweiligen Sensoren berücksichtigen. Einem Sensor mit geringerer Genauigkeit wird beispielhaft weniger Gewichtung zugeteilt als Performance-stärkeren Sensoren.In an advantageous embodiment according to the first aspect, a sensor data fusion is determined in step D1) as a function of the virtual sensor data of all environment sensors. The sensor data fusion is evaluated depending on the environment model. In particular, the sensor data fusion is determined after step C1) and before the environment model is evaluated in step D1). In other words, when determining the sensor data fusion, the information from all sensors is combined and an image of the environment model is generated from the perspective of the entire sensor setup. When performing such a data fusion, algorithms (typically Kalman filters) can be used, which take into account the performance of the respective sensors when creating this overall image. For example, a sensor with lower accuracy is assigned less weighting than higher-performance sensors.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst das Umfeldmodell Umfelddaten, die repräsentativ sind für eine Vielzahl dreidimensionaler Koordinaten virtueller Objektbegrenzungen im virtuellen Umfeld des virtuellen Fahrzeugs. Die Umfelddaten können auch als „Ground Truth“-Daten bezeichnet werden (kurz „GT“).In an advantageous embodiment according to the first aspect, the environment model includes environment data that are representative of a large number of three-dimensional coordinates of virtual object boundaries in the virtual environment of the virtual vehicle. The environment data can also be referred to as “Ground Truth” data (“GT” for short).

Die virtuellen Sensordaten eines jeweiligen Umfeldsensors sind jeweils repräsentativ für eine Vielzahl dreidimensionaler Koordinaten einer virtuellen Messung des jeweiligen Umfeldsensors im virtuellen Umfeld des virtuellen Fahrzeugs.The virtual sensor data of a respective environment sensor are each representative of a large number of three-dimensional coordinates of a virtual measurement of the respective environment sensor in the virtual environment of the virtual vehicle.

Die ermittelte Sensordatenfusion umfasst Fusionsdaten, die repräsentativ sind für eine Vielzahl dreidimensionaler Koordinaten virtueller Objektbegrenzungen im virtuellen Umfeld des virtuellen Fahrzeugs. Die Fusionsdaten stellen in anderen Worten Ergebnisse einer durchgeführten Fusion der Sensordaten dar und können auch als „Tracks“ bezeichnet werden.The determined sensor data fusion includes fusion data that are representative of a large number of three-dimensional coordinates of virtual object boundaries in the virtual environment of the virtual vehicle. In other words, the merger data represent results of a merger that has been carried out Sensor data and can also be referred to as "tracks".

In dem Schritt D1) werden die Fusionsdaten mit den Umfelddaten mittels Bewertungskennzahlen evaluiert. In anderen Worten wird in dem Schritt D1) ein Zusammenwirken sämtlicher (zur Sensordatenfusion beitragender) Umfeldsensoren bewertet. Als Bewertungskennzahlen kommen insbesondere eine oder mehrere Metriken in Frage, die die Fusionsdaten mit den Umfelddaten in Relation setzen.In step D1), the merged data with the surrounding data are evaluated by means of evaluation indicators. In other words, in step D1), an interaction of all environmental sensors (which contribute to the sensor data fusion) is evaluated. In particular, one or more metrics that relate the merged data to the surrounding data come into question as evaluation indicators.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt werden die Fusionsdaten in dem Schritt D1) mit den Umfelddaten anhand einer oder einer Kombination aus mehreren der folgenden statistischen Bewertungskennzahlen evaluiert:

  • - Hausdorff,
  • - optimal subpattern assignment, OSPA,
  • - Positions-/Geschwindigkeits-/Beschleunigungsfehler,
  • - normalized estimation error squared, NEES,
  • - multiple object tracker accuracy, MOTA,
  • - multiple object tracker performance, MOTP,
  • - Detektionsrate, oder
  • - Falsch-Alarm-Rate.
In an advantageous embodiment according to the first aspect, the merged data are evaluated in step D1) with the environment data using one or a combination of several of the following statistical evaluation indicators:
  • - Hausdorff,
  • - optimal subpattern assignment, OSPA,
  • - position / speed / acceleration errors,
  • - normalized estimation error squared, NEES,
  • - multiple object tracker accuracy, MOTA,
  • - multiple object tracker performance, MOTP,
  • - detection rate, or
  • - False alarm rate.

Alternativ zu den vorgenannten Metriken können auch beliebige andere Metriken, insbesondere andere statistische Bewertungskennzahlen, zum Einsatz kommen.As an alternative to the aforementioned metrics, any other metrics, in particular other statistical evaluation indicators, can also be used.

Bei der Hausdorff-Metrik wird ein größter Abstand zwischen einem Track und einem zugehörigen GT-Wert (Ausreißer) bewertet.The Hausdorff metric evaluates the greatest distance between a track and an associated GT value (outlier).

Bei der OSPA-Metrik wird zwischen GT und Tracks ein globales Optimum hinsichtlich Übereinstimmung (subpattern) gesucht und der gemittelte Abstand zwischen Tracks und zugehörigen GT-Werten ermittelt. Gibt es mehr GT-Werte als Tracks (oder umgekehrt), fließt dies negativ in die OSPA-Metrik ein, so dass Falsch-Positive bzw. Falsch-Negative berücksichtigt werden können.In the OSPA metric, a global optimum with regard to correspondence (subpattern) is sought between GT and tracks and the averaged distance between tracks and associated GT values is determined. If there are more GT values than tracks (or vice versa), this flows negatively into the OSPA metric so that false positives or false negatives can be taken into account.

Bei dem Positions-/Geschwindigkeits-/Beschleunigungsfehler wird ein Abstand zwischen Tracks und GT-Werten (in Metern) ermittelt, sodass der entsprechende Fehler die Genauigkeit der Sensordaten angibt.For the position / speed / acceleration error, a distance between tracks and GT values (in meters) is determined so that the corresponding error indicates the accuracy of the sensor data.

Bei der NEES-Metrik wird ein Abstand zwischen Tracks und GT-Werten in Einheiten der Unsicherheit ermittelt. Die NEES-Metrik kann auch ein Indikator dafür sein, ob eine Unsicherheit wie ein Messfehler eines Umfeldsensors oder ein Prozessrauschen im Sensormodell als zu groß oder zu klein angenommen wurde.With the NEES metric, a distance between tracks and GT values is determined in units of uncertainty. The NEES metric can also be an indicator of whether an uncertainty such as a measurement error in an environment sensor or process noise in the sensor model was assumed to be too large or too small.

Bei der MOTA-Metrik werden Abweichungen zwischen Tracks und zugehörigen GT-Werten aufsummiert und geteilt durch die Anzahl aller Zuordnungen (gemittelter Fehler).With the MOTA metric, deviations between tracks and the associated GT values are added up and divided by the number of all assignments (averaged errors).

Bei der MOTP-Metrik werden Falsch-Positive, Falsch-Negative und Falsch-Zuordnungen aufsummiert und geteilt durch eine Anzahl an Objekten im virtuellen Umfeld des Fahrzeugs.With the MOTP metric, false positives, false negatives and false assignments are added up and divided by a number of objects in the virtual environment of the vehicle.

Bei der Detektionsrate wird eine Anzahl der Tracks geteilt durch eine Anzahl der GTs innerhalb der Sichtkegel der Umfeldsensoren.In the detection rate, a number of tracks is divided by a number of GTs within the cones of vision of the environment sensors.

Bei der Falsch-Alarm-Rate wird eine Anzahl an Tracks, die keinem GT-Wert zugeordnet werden konnten, geteilt durch die Gesamtanzahl an Zuordnungen ermittelt.With the false alarm rate, a number of tracks that could not be assigned a GT value is determined divided by the total number of assignments.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt werden die Fusionsdaten in dem Schritt D1) mit den Umfelddaten anhand einer oder einer Kombination aus mehreren der folgenden globalen Bewertungskennzahlen evaluiert:

  • - Objekt-Detektionszeit,
  • - Erfassungsrate,
  • - Sensor-aufgelöste Erfassungsrate.
In an advantageous embodiment according to the first aspect, the merged data are evaluated in step D1) with the environment data on the basis of one or a combination of several of the following global assessment indicators:
  • - object detection time,
  • - acquisition rate,
  • - Sensor-resolved acquisition rate.

Alternativ zu den vorgenannten Metriken können auch beliebige andere Metriken, insbesondere andere globale Bewertungskennzahlen, zum Einsatz kommen.As an alternative to the aforementioned metrics, any other metrics, in particular other global evaluation indicators, can also be used.

Die globalen Bewertungskennzahlen dienen insbesondere zur Differenzierung verschiedener Sensorsysteme.The global evaluation indicators are used in particular to differentiate between different sensor systems.

Bei der Objekt-Detektionszeit wird ermittelt, wann ein Objekt vom jeweiligen Sensorsystem erkannt wurde. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang geprüft werden, wann ein Track angelegt wurde. Darüber hinaus wird ermittelt, welcher Abstand zum Objekt vorliegt. Ferner wird ermittelt, ob ein Bremsweg insbesondere bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit höher als der ermittelte Abstand zum Objekt ist, sodass es zu einem Unfall kommen würde oder ob genügend Zeit verbleibt, um einen Unfall durch Bremsen verhindern zu können.The object detection time determines when an object was recognized by the respective sensor system. In particular, it can be checked in this context when a track was created. In addition, the distance to the object is determined. It is also determined whether a braking distance is higher than the determined distance to the object, especially at a predetermined speed, so that an accident would occur or whether there is enough time to be able to prevent an accident by braking.

Bei der Erfassungsrate wird eine Anzahl der Tracks geteilt durch eine Anzahl aller GTs ermittelt, insbesondere unabhängig davon, ob die GT-Werte innerhalb eines Sichtkegels eines der Umfeldsensoren liegen oder nicht.In the detection rate, a number of tracks divided by a number of all GTs is determined, in particular regardless of whether or not the GT values are within a cone of vision of one of the surroundings sensors.

Bei der Sensor-aufgelösten Erfassungsrate wird eine Übersicht ermittelt, welcher Umfeldsensor zu welchem Track beigetragen hat, um so eine Redundanz im Sensorsystem hervorzuheben.With the sensor-resolved detection rate, an overview is determined of which environmental sensor contributed to which track in order to highlight redundancy in the sensor system.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entwurf eines Sensorsystems zur Umfelddetektion für ein Fahrzeug. Sämtliche im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschriebenen Merkmale gelten ebenso für den zweiten Aspekt und umgekehrt.According to a second aspect, the invention relates to a method for designing a sensor system for detecting surroundings for a vehicle. All of the features described in connection with the first aspect also apply to the second aspect and vice versa.

Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt umfasst folgende Schritte: In einem Schritt A2) wird eine Vielzahl von Umfeldsensoren bereitgestellt. Ferner wird für jeden der Umfeldsensoren ein Sensormodell erzeugt. Das Sensormodell ist jeweils repräsentativ für physikalische Eigenschaften des jeweiligen Umfeldsensors bei Abbildung eines realen Umfelds des Fahrzeugs mittels realer Messung durch den jeweiligen Umfeldsensor. Die Vielzahl von Umfeldsensoren weist insbesondere mehrere unterschiedliche Typen von Umfeldsensoren auf. Das Sensormodell wird beispielhaft anhand von Messprotokollen, bei Prototypen etwa im Rahmen von sogenannten „Proof-of-Concepts“, POCs, erzeugt. Bei den Messprotokollen können insbesondere sogenannte „Corner Cases“ geprüft werden, um systematisch Schlüsselkriterien des jeweiligen Umfeldsensors zu testen. Alternativ oder zusätzlich kann bei Erzeugung des Sensormodells ein Datenblatt des Herstellers oder ein bereits bestehendes Sensormodell herangezogen werden.The method according to the second aspect comprises the following steps: In a step A2) a multiplicity of surroundings sensors are provided. Furthermore, a sensor model is generated for each of the environment sensors. The sensor model is in each case representative of the physical properties of the respective environment sensor when mapping a real environment of the vehicle by means of real measurement by the respective environment sensor. The multitude of environment sensors has, in particular, several different types of environment sensors. The sensor model is generated using measurement protocols, for example, in the case of prototypes as part of so-called “proof-of-concepts”, POCs. In particular, so-called “corner cases” can be checked in the measurement protocols in order to systematically test key criteria of the respective environment sensor. Alternatively or additionally, a data sheet from the manufacturer or an already existing sensor model can be used when generating the sensor model.

In einem Schritt B2) wird wenigstens ein Umfeldmodell erzeugt. Das jeweilige Umfeldmodell ist repräsentativ für ein virtuelles Umfeld eines virtuellen Fahrzeugs. Bei der Erzeugung des jeweiligen Umfeldmodells kann insbesondere jeweils ein Szenario anhand von Szenarioparametern abgebildet werden, das gezielt relevante Schlüsselkriterien des Sensorsystems adressiert (z.B. Corner Cases). Ein Szenario kann etwa das rechtzeitige Erkennen eines Stauendes oder ein Hindernis einer Kurve betreffen.At least one environment model is generated in a step B2). The respective environment model is representative of a virtual environment of a virtual vehicle. When generating the respective environment model, a scenario in particular can be mapped using scenario parameters that specifically addresses relevant key criteria of the sensor system (e.g. corner cases). A scenario can relate to the timely detection of the end of a traffic jam or an obstacle in a curve.

In einem Schritt C2) werden mehrere verschiedene virtuelle Sensorsysteme erzeugt. Ein virtuelles Sensorsystem weist jeweils einen oder mehrere Umfeldsensoren der Vielzahl von Umfeldsensoren auf. In anderen Worten wird aus der bereitgestellten Vielzahl von Umfeldsensoren mit zum Teil unterschiedlichen Typen von Umfeldsensoren jeweils eine Untermenge ausgewählt, um ein Zusammenwirken dieser Umfeldsensoren bewerten zu können.In a step C2), several different virtual sensor systems are generated. A virtual sensor system has one or more environment sensors of the multiplicity of environment sensors. In other words, a subset is selected from the plurality of environment sensors provided, some of which have different types of environment sensors, in order to be able to evaluate the interaction of these environment sensors.

In einem Schritt D2) wird jeweils eine Simulation gemäß dem ersten Aspekt eines der mehreren verschiedenen virtuellen Sensorsysteme durchgeführt abhängig von dem jeweiligen Sensormodell der Umfeldsensoren des entsprechenden Sensorsystems und dem wenigstens einen Umfeldmodell. In anderen Worten wird in dem Schritt A1) das für jeden der Umfeldsensoren des zu simulierenden Sensorsystems erzeugte Sensormodell bereitgestellt, in dem Schritt B1) eines der Umfeldmodelle bereitgestellt und die Evaluierung in dem Schritt D1) ermittelt.In a step D2), a simulation according to the first aspect of one of the several different virtual sensor systems is carried out depending on the respective sensor model of the environment sensors of the corresponding sensor system and the at least one environment model. In other words, in step A1) the sensor model generated for each of the environment sensors of the sensor system to be simulated is provided, in step B1) one of the environment models is provided and the evaluation is determined in step D1).

In einem Schritt E2) wird eine Evaluierung des jeweiligen Sensorsystems abhängig von der Simulation ausgegeben oder gespeichert.In a step E2), an evaluation of the respective sensor system is output or stored as a function of the simulation.

In vorteilhafter Weise können die mehreren verschiedenen virtuellen Sensorsysteme so in einem einheitlichen, reproduzierbaren Bewertungsprozess beurteilt werden, der objektive und vergleichbare Ergebnisse liefert, etwa in Form von KPIs. Das Verfahren trägt zu einer zeitsparenden und kostengünstigen Lösung zur Beurteilung verschiedener Sensorsystem-Varianten für eine Vorauswahl oder eine Festlegung auf ein final zu verbauendes Sensorsystem im Fahrzeug bei. Hierbei kann mit Vorteil eine Analyse hinsichtlich verschiedener Einbaupositionen, Kombinationen und Sensortechnologien der verschiedenen Umfeldsensoren umgesetzt werden, insbesondere im Hinblick auf Wirkzusammenhänge beim Zusammenspiel verschiedener Umfeldsensoren.In an advantageous manner, the several different virtual sensor systems can thus be assessed in a uniform, reproducible evaluation process that delivers objective and comparable results, for example in the form of KPIs. The method contributes to a time-saving and cost-effective solution for assessing different sensor system variants for a preselection or a determination of a sensor system to be finally installed in the vehicle. In this case, an analysis with regard to various installation positions, combinations and sensor technologies of the various environment sensors can advantageously be implemented, in particular with regard to the interactions in the interaction of various environment sensors.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt wird abhängig von der Evaluierung des jeweiligen Sensorsystems eine Auswahl des wenigstens eines Umfeldsensors getroffen. Alternativ oder zusätzlich wird abhängig von der Evaluierung des jeweiligen Sensorsystems eine Platzierung des Umfeldsensors im Fahrzeug vorgenommen. Alternativ oder zusätzlich wird abhängig von der Evaluierung des jeweiligen Sensorsystems eine Ausrichtung des Umfeldsensors bezüglich des Fahrzeugs vorgenommen. In anderen Worten kann das Simulationsergebnis gezielt dazu genutzt werden, die Umfeldsensoren des realen Sensorsystems bestmöglich im realen Fahrzeug zu integrieren, um so zu einem sicheren Betrieb des Fahrzeugs beizutragen.In an advantageous embodiment according to the second aspect, a selection of the at least one environment sensor is made depending on the evaluation of the respective sensor system. Alternatively or additionally, depending on the evaluation of the respective sensor system, the environment sensor is placed in the vehicle. Alternatively or additionally, depending on the evaluation of the respective sensor system, the surroundings sensor is aligned with respect to the vehicle. In other words, the simulation result can be used specifically to integrate the environment sensors of the real sensor system in the real vehicle in the best possible way in order to contribute to the safe operation of the vehicle.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt wird das jeweilige Sensormodell in dem Schritt A2) abhängig von einem vorgegebenen Satz an Sensorparametern ermittelt, die repräsentativ sind für die physikalischen Eigenschaften des jeweiligen Umfeldsensors bei Abbildung eines realen Umfelds des Fahrzeugs mittels realer Messung durch den jeweiligen Umfeldsensor. Die Sensorparameter können insbesondere einen oder mehrere folgender Parameter umfassen: eine Messgenauigkeit des Umfeldsensors, eine Detektionswahrscheinlichkeit des Umfeldsensors, eine Reichweite des Umfeldsensors, einen Sichtkegel des Umfeldsensors (sogenanntes „Field of view“, FOV). Die Sensorparameter entsprechen beispielhaft Erkenntnissen aus Testmessungen und/oder Datenblattangaben. Die Sensorparameter sind variabel und werden insbesondere so eingestellt, dass sie den zu betrachtenden Umfeldsensor möglichst gut repräsentieren und so den für den entsprechenden Umfeldsensor den vorgegebenen Satz an Sensorparametern bilden. Zum Einstellen der Sensorparameter können Angaben aus Sensor-Datenblättern und Messprotokollen entnommen oder aus Testmessungen mit dem einzelnen Umfeldsensor abgeleitet werden. Alternativ ist es möglich, ein durch den Hersteller des Umfeldsensors bereitgestelltes Sensormodell heranzuziehen, das den entsprechenden Umfeldsensor mit hoher Übereinstimmung repräsentiert. Wird solch ein Sensormodell des jeweiligen Sensorherstellers genutzt, so kann auf eine Einstellung der Sensorparameter verzichtet werden. Sind Sensormodelle seitens der Sensorhersteller zu dem Zeitpunkt des Sensorsetup-Entwurfs nicht verfügbar, können durch Einstellung der Sensorparameter eigene Sensormodelle erstellt und zusätzlich neue Sensoreigenschaften getestet werden, die in verfügbaren Sensoren noch nicht realisiert sind, um so auch Anforderungen an zukünftige Sensortechnologien ableiten zu können.In an advantageous embodiment according to the second aspect, the respective sensor model is determined in step A2) as a function of a predetermined set of sensor parameters that are representative of the physical properties of the respective environment sensor when mapping a real environment of the vehicle by means of real measurements by the respective environment sensor . The sensor parameters can in particular include one or more of the following parameters: a measurement accuracy of the environment sensor, a detection probability of the environment sensor, a range of the environment sensor, a cone of vision of the environment sensor (so-called “field of view”, FOV). The sensor parameters correspond, for example, to findings from test measurements and / or data sheet information. The sensor parameters are variable and are set in particular in such a way that they represent the environment sensor to be viewed as well as possible and thus form the set of sensor parameters specified for the corresponding environment sensor. To set the sensor parameters, information can be taken from sensor data sheets and measurement protocols or derived from test measurements with the individual environment sensor. Alternatively, it is possible to use a sensor model provided by the manufacturer of the environment sensor, which represents the corresponding environment sensor with a high degree of correspondence. If such a sensor model from the respective sensor manufacturer is used, then there is no need to set the sensor parameters. If sensor models are not available from the sensor manufacturer at the time of the sensor setup design, custom sensor models can be created by setting the sensor parameters and new sensor properties can be tested that are not yet implemented in available sensors in order to derive requirements for future sensor technologies.

Das Verfahren wird im Anschluss an den Schritt E2) in dem Schritt A2) iterativ fortgesetzt. Abhängig von der Evaluierung wird bzw. werden wenigstens einer der Sensorparameter und/oder einer der Konfigurationsparameter variiert. Das Verfahren wird solange iteriert, bis die Evaluierung des jeweiligen Sensorsystems einen Hochpunkt erreicht oder sämtliche Sensorparameter des Satzes variiert wurden. Ein solcher iterativer Prozess wird im Folgenden auch als „Closed-loop Simulation“ bezeichnet. Durch Rückkopplung der Evaluierung, insbesondere KPIs, können die dem Sensormodell bzw. den virtuellen Sensordaten zugrundeliegenden Einflussgrößen und damit auch das entsprechende Sensorsystem variiert und optimiert werden. Beispielhaft kann der vorgegebene Satz an Sensorparametern in jeder Iteration geändert werden, bis alle möglichen Kombinationen variiert wurden. Alternativ können auch Modellbildungsstrategien aus dem sogenannten Bereich „Design of Experiments“, DoE, zum Einsatz kommen. Sobald erkennbar wird, dass die Variation einer Einflussgröße nach mehreren Durchläufen nicht zu einer Änderung der Evaluierung führt, wird zum nächsten Einflussgröße übergegangen, so dass nur relevante Einflussgrößen in Richtung des gesuchten Optimums variiert werden müssen.Following step E2), the method is iteratively continued in step A2). Depending on the evaluation, at least one of the sensor parameters and / or one of the configuration parameters is or are varied. The process is iterated until the evaluation of the respective sensor system reaches a high point or all sensor parameters of the set have been varied. Such an iterative process is also referred to below as “closed-loop simulation”. By feedback from the evaluation, in particular KPIs, the influencing variables on which the sensor model or the virtual sensor data and thus also the corresponding sensor system are based can be varied and optimized. For example, the specified set of sensor parameters can be changed in each iteration until all possible combinations have been varied. Alternatively, modeling strategies from the so-called “Design of Experiments”, DoE, can also be used. As soon as it becomes apparent that the variation of an influencing variable after several runs does not lead to a change in the evaluation, the next influencing variable is switched on, so that only relevant influencing variables have to be varied in the direction of the desired optimum.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt dienen die in dem Schritt C2) erzeugten mehreren verschiedenen virtuellen Sensorsysteme als initiale Population eines genetischen Algorithmus. Die mehreren verschiedenen virtuellen Sensorsysteme bestehen dabei jeweils aus einem oder mehreren Konfigurationsbereichen. Als Konfigurationsbereich wird hier und im Folgenden ein austauschbarer Teil eines virtuellen Sensorsystems verstanden, welcher durch einen Teil eines anderen virtuellen Sensorsystems ersetzt werden kann. Beispielhaft umfasst ein solcher Teil einen oder mehrere spezifische Umfeldsensoren samt entsprechender Konfiguration wie Position, Ausrichtung und Typ.In an advantageous embodiment according to the second aspect, the multiple different virtual sensor systems generated in step C2) serve as the initial population of a genetic algorithm. The several different virtual sensor systems each consist of one or more configuration areas. Here and in the following, a configuration area is understood to be an exchangeable part of a virtual sensor system which can be replaced by a part of another virtual sensor system. By way of example, such a part comprises one or more specific environment sensors together with the corresponding configuration such as position, orientation and type.

Der genetische Algorithmus umfasst folgende Schritte: In einem Schritt A3) wird für jedes der mehreren verschiedenen virtuellen Sensorsysteme abhängig von einer Anzahl von Umfeldsensoren des jeweiligen Sensorsystems sowie eines jeweiligen Sensortyps der Umfeldsensoren des jeweiligen Sensorsystems ein Kostenkennwert des jeweiligen Sensorsystems ermittelt. Als Kostenkennwert kommt neben den Anschaffungs- bzw. Herstellungskosten des jeweiligen Umfeldsensors auch ein Aufwand, welcher mit einem Einbau des entsprechenden Umfeldsensors in das Fahrzeug verbunden ist, in Betracht.The genetic algorithm comprises the following steps: In a step A3), a cost parameter of the respective sensor system is determined for each of the several different virtual sensor systems depending on a number of environment sensors of the respective sensor system and a respective sensor type of the environment sensors of the respective sensor system. In addition to the acquisition or production costs of the respective environment sensor, an expense associated with installing the corresponding environment sensor in the vehicle can also be considered as a cost parameter.

In einem Schritt B3) wird abhängig von der Evaluierung des jeweiligen Sensorsystems ein Nutzenkennwert des jeweiligen Sensorsystems ermittelt. Der Nutzenkennwert kann beispielsweise aus den KPIs abgeleitet werden. Zusätzlich können beispielsweise vorgenannte wichtige Bereiche berücksichtigt werden.In a step B3), a utility parameter of the respective sensor system is determined as a function of the evaluation of the respective sensor system. The benefit value can be derived from the KPIs, for example. In addition, the aforementioned important areas can be taken into account, for example.

In einem Schritt C3) wird ein Verhältnis aus dem Nutzenkennwert zu dem Kostenkennwert ermittelt und geprüft, ob das Verhältnis einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Im Falle, dass der vorgegebene Schwellenwert überschritten wird, wird das entsprechende Sensorsystem ausgegeben oder gespeichert.In a step C3), a ratio is determined from the utility parameter to the cost parameter and a check is made to determine whether the ratio exceeds a predetermined threshold value. In the event that the predefined threshold value is exceeded, the corresponding sensor system is output or stored.

Anderenfalls werden in einem Schritt D3) abhängig von dem jeweiligen Verhältnis unterschiedliche Konfigurationsbereiche wenigstens zwei der Sensorsysteme ausgewählt. Dies kann auch als „Select“ Schritt des genetischen Algorithmus bezeichnet werden. Insbesondere werden hierbei die Konfigurationsbereiche der zwei bis drei Sensorsysteme mit dem besten, ermittelten Verhältnis gewählt.Otherwise, in a step D3), different configuration areas of at least two of the sensor systems are selected depending on the respective ratio. This can also be referred to as the “select” step of the genetic algorithm. In particular, the configuration areas of the two to three sensor systems with the best determined ratio are selected here.

In einem Schritt E3) werden die ausgewählten Konfigurationsbereiche in zufälliger Weise zu mehreren virtuellen Sensorsystemen als neue Population des genetischen Algorithmus zusammengesetzt und der genetische Algorithmus mit der neuen Population in dem Schritt A3) iterativ fortgesetzt. Dies kann auch als „Crossover“ Schritt des genetischen Algorithmus bezeichnet werden. Den derart neu erstellten Sensorsystemen können nun in dem Schritt A3) wiederum Kostenkennwerte zugeordnet werden, bis das ermittelte Verhältnis eines der Sensorsysteme in dem Schritt C3) den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. In vorteilhafter Weise kann so eine Optimierung der Einflussgrößen der Umfeldsensoren hinsichtlich der wichtigen Bereiche umgesetzt werden, und insbesondere analysiert werden, wie die Kosten eines Sensorsystems im Verhältnis zu dessen Nutzen stehen.In a step E3), the selected configuration areas are randomly combined to form a plurality of virtual sensor systems as a new population of the genetic algorithm, and the genetic algorithm is iteratively continued with the new population in step A3). This can also be referred to as the “crossover” step of the genetic algorithm. In step A3), the newly created sensor systems can in turn be assigned cost parameters until the determined ratio of one of the sensor systems in step C3) exceeds the predefined threshold value. In this way, an optimization of the influencing variables of the environment sensors with regard to the important areas can advantageously be implemented and, in particular, analyzed, such as the Costs of a sensor system are in relation to its benefits.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt wird nach dem Schritt D3) in einem Schritt F3) eine zufällige Variation wenigstens eines der ausgewählten Konfigurationsbereiche als Mutation in dem genetischen Algorithmus vorgenommen. In vorteilhafter Weise kann so eine Diversität der erzeugten Sensorsysteme erhöht werden.In an advantageous embodiment according to the second aspect, after step D3), in a step F3), a random variation of at least one of the selected configuration areas is carried out as a mutation in the genetic algorithm. In this way, the diversity of the sensor systems produced can advantageously be increased.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt wird das wenigstens eine Umfeldmodell in dem Schritt B2) abhängig von einem vorgegebenen Satz an Szenarioparametern ermittelt. Die Szenarioparameter sind repräsentativ für ein vorgegebenes Fahrmanöver des virtuellen Fahrzeugs. Als Szenarioparameter sind beispielhaft eine Geschwindigkeit des virtuellen Fahrzeugs oder ein Kurvenradius der virtuell befahrenen Strecke zu nennen.In an advantageous embodiment according to the second aspect, the at least one environment model is determined in step B2) as a function of a predetermined set of scenario parameters. The scenario parameters are representative of a predefined driving maneuver of the virtual vehicle. Scenario parameters include, for example, a speed of the virtual vehicle or a curve radius of the virtually traveled route.

Das Verfahren wird im Anschluss an den Schritt E2) in dem Schritt B2) iterativ fortgesetzt. Abhängig von der Evaluierung wird wenigstens einer der Szenarioparameter variiert. Das Verfahren wird solange iteriert, bis die Evaluierung des jeweiligen Sensorsystems einen Tiefpunkt erreicht oder sämtliche Szenarioparameter des Satzes variiert wurden. Ein solcher iterativer Prozess wird wie bereits erläutert auch als „Closed-loop Simulation“ bezeichnet. Durch Rückkopplung der Evaluierung, insbesondere KPIs, können die dem Umfeldmodell zugrundeliegenden Einflussgrößen und damit auch das entsprechende Sensorsystem variiert und optimiert werden. Beispielhaft kann der vorgegebene Satz an Szenarioparametern in jeder Iteration geändert werden, bis alle möglichen Kombinationen variiert wurden. Alternativ können auch Modellbildungsstrategien aus dem sogenannten Bereich „Design of Experiments“, DoE, zum Einsatz kommen. Sobald erkennbar wird, dass die Variation einer Einflussgröße nach mehreren Durchläufen nicht zu einer Änderung der Evaluierung führt, wird zum nächsten Einflussgröße übergegangen, so dass nur relevante Einflussgrößen in Richtung des gesuchten Optimums variiert werden müssen. Durch Variieren der Szenarioparameter, bis die Evaluierung, insbesondere die entsprechenden KPIs, einen Tiefpunkt erreicht bzw. erreichen, kann eine negative Optimierung umgesetzt werden, durch die automatisiert ein Worst-Case-Szenario einschließlich der Leistungsfähigkeit des jeweiligen Sensorsystems hierin bestimmt werden kann.The method is iteratively continued after step E2) in step B2). Depending on the evaluation, at least one of the scenario parameters is varied. The method is iterated until the evaluation of the respective sensor system reaches a low point or all scenario parameters of the set have been varied. As already explained, such an iterative process is also referred to as “closed-loop simulation”. By feedback from the evaluation, in particular KPIs, the influencing variables on which the environment model is based and thus also the corresponding sensor system can be varied and optimized. For example, the specified set of scenario parameters can be changed in each iteration until all possible combinations have been varied. Alternatively, modeling strategies from the so-called “Design of Experiments”, DoE, can also be used. As soon as it becomes apparent that the variation of an influencing variable after several runs does not lead to a change in the evaluation, the next influencing variable is switched on, so that only relevant influencing variables have to be varied in the direction of the desired optimum. By varying the scenario parameters until the evaluation, in particular the corresponding KPIs, reaches or reaches a low point, a negative optimization can be implemented through which a worst-case scenario including the performance of the respective sensor system can be determined automatically.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Simulation eines Sensorsystems für ein Fahrzeug. Das Sensorsystem weist einen oder mehrere Umfeldsensoren auf. Die Vorrichtung ist eingerichtet, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen. Bei der Vorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Recheneinheit wie einen Computer.According to a third aspect, the invention relates to a device for simulating a sensor system for a vehicle. The sensor system has one or more environment sensors. The device is set up to carry out the method according to the first aspect. The device is in particular a processing unit such as a computer.

Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Entwurf eines Sensorsystems zur Umfelddetektion für ein Fahrzeug. Die Vorrichtung ist eingerichtet, das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt auszuführen. Bei der Vorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Recheneinheit wie einen Computer.According to a fourth aspect, the invention relates to a device for designing a sensor system for detecting surroundings for a vehicle. The device is set up to carry out the method according to the second aspect. The device is in particular a processing unit such as a computer.

Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogramm umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt auszuführen.According to a fifth aspect, the invention relates to a computer program comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the computer to execute the method according to the first or second aspect.

Gemäß einem sechsten Aspekt betrifft die Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß dem fünften Aspekt gespeichert ist.According to a sixth aspect, the invention relates to a computer-readable storage medium on which the computer program according to the fifth aspect is stored.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings.

Es zeigen:

  • 1 ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem zur Umfelddetektion,
  • 2 ein Schema zur Bewertung eines Sensorsystems,
  • 3 eine Datenverarbeitungskette zur Umfelddetektion im automatisierten Fahrzeug,
  • 4 ein weiteres Schema zur Bewertung eines Sensorsystems,
  • 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Simulation eines Sensorsystems,
  • 6 beispielhafter Vergleich statistischer und globaler Bewertungskennzahlen,
  • 7 beispielhafte Illustration globaler Bewertungskennzahlen,
  • 8 eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Simulation eines Sensorsystems,
  • 9 beispielhaftes Schema zur Optimierung eines Sensorsystems mittels Rückkopplung,
  • 10 eine beispielhafte gewichtete Evaluierung anhand wichtiger Bereiche,
  • 11 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Erzeugung eines Umfeldmodells,
  • 12 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Simulation eines Sensorsystems für ein Fahrzeug, und
  • 13 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Entwurf eines Sensorsystems zur Umfelddetektion für ein Fahrzeug.
Show it:
  • 1 a vehicle with a sensor system for detecting the surroundings,
  • 2 a scheme for evaluating a sensor system,
  • 3 a data processing chain for the detection of the surroundings in the automated vehicle,
  • 4th another scheme for evaluating a sensor system,
  • 5 a schematic representation of a method for simulating a sensor system,
  • 6th exemplary comparison of statistical and global valuation indicators,
  • 7th exemplary illustration of global valuation indicators,
  • 8th a schematic representation of a further method for simulating a sensor system,
  • 9 exemplary scheme for optimizing a sensor system by means of feedback,
  • 10 an exemplary weighted evaluation based on important areas,
  • 11 a flowchart of an exemplary method for generating an environment model,
  • 12th a flowchart of an exemplary method for simulating a sensor system for a vehicle, and
  • 13th a flowchart of an exemplary method for designing a sensor system for environment detection for a vehicle.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements of the same construction or function are provided with the same reference symbols in all the figures.

Anhand 1 ist Fahrzeug 100 mit einem Sensorsystem 10 zur Umfelddetektion dargestellt. Das Sensorsystem 10 weist eine Vielzahl von Umfeldsensoren 1-n auf, die jeweils eingerichtet sind, Objekte 30, 31 in der Umgebung des Fahrzeugs 100 zu erfassen. Das Sensorsystem 10 weist dabei einen spezifischen Aufbau auf, gemäß dem sich eine Anzahl sowie jeweilige Typen und Verbaupositionen und -ausrichtungen der einzelnen Umfeldsensoren 1-n ergeben. Dieser Aufbau wird im Folgenden auch als „Setup“ oder „Sensorsetup“ bezeichnet. Beispielhaft handelt es sich bei dem Umfeldsensor 1 im dargestellten Setup um eine Kamera, die Objekte 30, 31 im Sichtfeld erfasst und ausgibt. Bei den Objekten 30, 31 handelt es sich insbesondere um (dynamische) Objekte wie andere Verkehrsteilnehmer. Bei dem Umfeldsensor 2 handelt es sich beispielhaft um einen Radar-Sensor. Der Umfeldsensor 3 ist beispielhaft als Lidar-Sensor ausgebildet. Bei dem Umfeldsensor n handelt es sich beispielhaft um einen Ultraschallsensor. Dem Sensorsystem 10 kann eine Steuereinheit 11 zugeordnet sein, die signaltechnisch mit den Umfeldsensoren 1-n gekoppelt und zur Sensordatenfusion SF eingerichtet ist.Based 1 is vehicle 100 with a sensor system 10 shown for environment detection. The sensor system 10 has a multiplicity of surroundings sensors 1-n, each of which is set up as objects 30th , 31 in the vicinity of the vehicle 100 capture. The sensor system 10 has a specific structure according to which a number as well as respective types and installation positions and orientations of the individual environment sensors 1-n result. This structure is also referred to as “setup” or “sensor setup” in the following. The environment sensor is an example 1 in the setup shown around a camera, the objects 30th , 31 detected in the field of view and outputs. With the objects 30th , 31 In particular, it concerns (dynamic) objects like other road users. With the environment sensor 2 it is, for example, a radar sensor. The environment sensor 3 is designed as a lidar sensor, for example. With the environment sensor n it is an example of an ultrasonic sensor. The sensor system 10 can be a control unit 11 be assigned, the signal technology coupled with the environment sensors 1-n and for sensor data fusion SF is set up.

Mit steigendem Automatisierungsgrad von Fahrzeugen 100 wachsen auch die Anforderungen an die Umfeldsensoren 1-n, um eine Umgebung des Fahrzeugs 100 frühzeitig, sicher und präzise zu erkennen. Bei Ausarbeitung zukünftiger Fahrzeugkonzepte spielt eine Konfiguration des Sensorsetups daher eine zentrale Rolle. Es gibt zahlreiche Umfeldsensoren 1-n auf dem Markt und es kommen stets neue Sensortechnologien hinzu. Automobilhersteller stehen jedoch vor der Herausforderung, eine geeignete Sensoranordnung zu definieren, welche alle (Sicherheits-)Anforderungen erfüllt: Neben einer Einzelsensor-Performance und einer Sichtfeldabdeckung (360°, Nah- und Fernbereich) sollten weitere Faktoren wie Setup-Gesamtkosten, Fahrzeugintegration und Design berücksichtigt werden. Darüber hinaus sollten das Sensorsetup redundant aufgebaut und störende Umwelteinflüsse (Wetter- und Lichtbedingungen, Verschmutzung) berücksichtigt werden. Daraus resultiert eine hohe Komplexität im Sinne möglicher Sensorsetup-Konfigurationen. Bislang existiert keine standardisierte Bewertungsmethode, um verschiedene Setup-Varianten einheitlich zu beurteilen und anhand von Kosten-Nutzen-Analysen ein optimales Sensorsetup für einen jeweiligen Fahrzeugtyp festzulegen. In einem frühen Entwicklungsstadium ist es praktisch nicht möglich, jede denkbare Sensorkombination mit Testfahrten zu untersuchen.With the increasing degree of automation of vehicles 100 The requirements placed on the environment sensors 1-n for the environment of the vehicle also increase 100 to be recognized early, safely and precisely. When developing future vehicle concepts, the configuration of the sensor setup therefore plays a central role. There are numerous environmental sensors 1-n on the market and new sensor technologies are constantly being added. Automobile manufacturers, however, are faced with the challenge of defining a suitable sensor arrangement that meets all (safety) requirements: In addition to individual sensor performance and field of view coverage (360 °, near and far range), other factors such as total setup costs, vehicle integration and design should be considered must be taken into account. In addition, the sensor setup should be redundant and disruptive environmental influences (weather and light conditions, pollution) should be taken into account. This results in a high level of complexity in terms of possible sensor setup configurations. So far, there has been no standardized evaluation method to uniformly assess different setup variants and to determine an optimal sensor setup for a respective vehicle type on the basis of cost-benefit analyzes. At an early stage of development, it is practically impossible to examine every conceivable sensor combination with test drives.

In 2 ist eine Sensorsetup-Bewertung skizziert. Die Bewertung der einzelnen Sensoren 1-n basiert zum einen auf den von den jeweiligen Sensorherstellern H bereitgestellten Spezifikationen im Datenblatt D und gegebenenfalls zur Verfügung gestellten Mess-protokollen M. Diese Informationen über den Sensor 1-n stellen einen ersten Anhaltspunkt dar, um eine Vorauswahl zu treffen. Da die Angaben jedoch herstellerabhängig unter unterschiedlichen sowie idealen Messbedingungen zustande kamen, ist zum anderen eine einheitliche Überprüfung dieser Werte seitens der Automobilhersteller O üblich. Dazu wird der jeweilige Sensor 1-n in seinem derzeitigen Entwicklungsstand 1*-n* (z.T. Prototypenstatus) für Testzwecke, meist im Rahmen von Proof-of-Concepts (POCs), ausgeliehen und eigene Messprotokolle M* angefertigt, um die Angaben im Datenblatt zu überprüfen und zu ergänzen. Dabei kann eine Liste an „Corner Cases“ zum Tragen kommen, um systematisch die Schlüsselkriterien zu testen. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse können die Sensoren 1-n, 1*-n* charakterisiert (Charakterisierung C des Einzelsensors 1-n, 1*-n*) und bewertet (Sensor-Bewertung B) werden.In 2 a sensor setup evaluation is outlined. The evaluation of the individual sensors 1-n is based on the one hand on that of the respective sensor manufacturers H specifications provided in the data sheet D. and optionally provided measurement protocols M. This information about the sensor 1-n represents a first reference point for making a preselection. However, since the information was obtained under different and ideal measurement conditions depending on the manufacturer, it is also necessary for the automobile manufacturers to check these values uniformly O common. For this purpose, the respective sensor 1-n in its current state of development 1 * -n * (partly prototype status) is loaned for test purposes, mostly in the context of proof-of-concepts (POCs), and its own measurement protocols M * made to check and supplement the information in the data sheet. A list of “corner cases” can be used to systematically test the key criteria. Based on the knowledge gained, the sensors 1-n, 1 * -n * can be characterized (characterization C. of the individual sensor 1-n, 1 * -n *) and evaluated (sensor evaluation B. ) will.

Das Sensorverhalten SV im Verbund sowie die Gesamtsetup-Performance werden durch Testfahrten T ermittelt. Typischerweise finden die Testfahrten T jedoch zu einem späteren Zeitpunkt der Fahrzeug-entwicklung statt (zwecks Feinjustage/Optimierung, wenn das finale Setup schon feststeht), da hierzu die Gesamtwirkkette (vgl. 3 - Umfeldsensoren 1-n erfassen das Umfeld des Fahrzeugs 100. Nach einem Vorverarbeitungsschritt P von durch die Umfeldsensoren 1-n ausgegebenen Umfelddaten erfolgt eine Sensordatenfusion SF, anhand der ein Umgebungsmodell U ermittelt werden kann, das repräsentativ ist für Objekte im Umfeld des Fahrzeugs 100 aus Sicht des Sensorsystems 10. Das Umgebungsmodell U kann daraufhin FAS-Funktionen F bereitgestellt werden, die zur Umsetzung der Funktion Aktuatoren A des Fahrzeugs 100 ansteuern) benötigt wird. Da die Entwicklung der Erkennungsfunktions- und Fusionsalgorithmen auf dem jeweiligen Sensorsetup aufbauen, stehen diese zum Zeitpunkt der Sensorauswahl und Setup-Auslegung noch nicht zur Verfügung. Aufgrund des hohen Zeit- und Kostenfaktors von Testfahrten und deren Datenauswertung sowie des Nichtvorhandenseins der benötigten Gesamtwirkkette zum Zeitpunkt des frühen Entwicklungsstadiums können Testfahrten T nicht zur Bewertung beliebig vieler verschiedener Setup-Varianten herangezogen werden. Testfahrten können lediglich im Rahmen der Einzelsensorbewertung eine Erweiterung der Corner Case Liste darstellen, um das dynamische Verhalten des Sensors besser einschätzen zu können.The sensor behavior SV in the network as well as the overall setup performance are determined by test drives T determined. Typically, the test drives take place T However, at a later point in time during vehicle development (for the purpose of fine adjustment / optimization, when the final setup has already been determined), as the overall functional chain (cf. 3 - Environment sensors 1-n detect the environment of the vehicle 100 . After a preprocessing step P A sensor data fusion takes place from the environment data output by the environment sensors 1-n SF , based on an environment model U can be determined that is representative of objects in the vicinity of the vehicle 100 from the point of view of the sensor system 10 . The environment model U can then use FAS functions F. are provided to implement the function actuators A. of the vehicle 100 control) is required. Since the development of the detection function and fusion algorithms are based on the respective sensor setup, these are not yet available at the time of sensor selection and setup design. Due to the high time and cost factor of test drives and their data evaluation as well as the lack of the required overall functional chain at the time of the early development stage, test drives T cannot be used to evaluate any number of different setup variants. Test drives can only represent an extension of the corner case list in the context of the individual sensor evaluation to include the better assess the dynamic behavior of the sensor.

Bei der Sensor-Bewertung B und Sensor-Auswahl kann ein Benchmark einzelner Sensoren gleichen Typs (über eine Charakterisierung C des Einzelsensors), ein Benchmark verschiedener Sensortechnologien und Sensorsetup-Konfigurationen (Einbauposition), eine Kosten-Nutzen-Analyse, eine Auswertung einer Sensorperformance in der Datenverarbeitungskette bzw. im Gesamtsystem sowie eine Auswahl nach Redundanz erfolgen.When evaluating the sensor B. and sensor selection can be a benchmark of individual sensors of the same type (via a characterization C. of the individual sensor), a benchmark of various sensor technologies and sensor setup configurations (installation position), a cost-benefit analysis, an evaluation of a sensor performance in the data processing chain or in the overall system as well as a selection based on redundancy.

Für die Bewertung verschiedener Sensorsetup-Konfigurationen zum Zeitpunkt der Fahrzeug-Konzepterstellung existiert aktuell kein methodisches Vorgehen. Bislang waren die Setups für die Fahrerassistenzsysteme (FAS) mit bspw. einer Kamera, einem Radar und vier Ultraschallsensoren jeweils vorne und hinten am Fahrzeug 10 noch überschaubar. Bei der Auslegung des Setups werden Sichtkegel der Sensoren (Field of Views, FOVs) in Seitenansichten und der Draufsicht der Fahrzeugsilhouette skizziert und so angeordnet und ausgerichtet, dass der vom FAS zu überblickende Sichtbereich möglichst gut abgedeckt wird. Mit steigendem Automatisierungsgrad wachsen jedoch die Anforderungen an das Setup, da deutlich größere Bereiche um das Fahrzeug 100 erfasst werden müssen. Eine Fahrzeug-Skizze mit eingezeichneten FOVs kann dabei schnell unübersichtlich werden und verliert hinsichtlich der Setup-Bewertung an Aussagekraft. Auch eine 3D-Ansicht der FOVs um das Fahrzeug 100 innerhalb einer Computer-Aided-Design(CAD)-Umgebung (wie CATIA) bietet lediglich einen visuellen Eindruck. Zur Bewertung und Vergleichbarkeit verschiedener Setup-Varianten bedarf es daher einer simulationsbasierten Methodik, die anhand von Bewertungskriterien und Key Performance Indicators (KPIs) neben qualitativen auch quantitative Aussagen erlaubt. Zum aktuellen Stand fehlt es jedoch an solch einer Simulationsinfrastruktur. Bestehende Simulationstools adressieren die Entwicklung und Optimierung von Erkennungs- und Fusionsalgorithmen sowie der FAS, nicht jedoch die Bewertung der Sensorsetup-Konfiguration.There is currently no methodical procedure for evaluating various sensor setup configurations at the time the vehicle concept is being drawn up. Up until now, the setups for the driver assistance systems (ADAS) were, for example, a camera, a radar and four ultrasonic sensors at the front and rear of the vehicle 10 still manageable. When designing the setup, cones of vision of the sensors (Field of Views, FOVs) are sketched in side views and the top view of the vehicle silhouette and arranged and aligned in such a way that the field of view overlooked by the ADAS is covered as well as possible. However, as the degree of automation increases, so do the setup requirements, as there are significantly larger areas around the vehicle 100 must be recorded. A vehicle sketch with drawn-in FOVs can quickly become confusing and lose its meaningfulness with regard to the setup evaluation. Also a 3D view of the FOVs around the vehicle 100 within a computer-aided design (CAD) environment (such as CATIA) only provides a visual impression. In order to evaluate and compare different setup variants, a simulation-based methodology is required which, based on evaluation criteria and key performance indicators (KPIs), allows both qualitative and quantitative statements to be made. However, there is currently no such simulation infrastructure. Existing simulation tools address the development and optimization of detection and fusion algorithms as well as the ADAS, but not the evaluation of the sensor setup configuration.

Ein Ziel ist es daher, ein konsistentes und objektives Bewertungs- und Auswahlverfahren für Sensorsetups zu schaffen. Der hohen Komplexität, die sich aus steigenden (Sicherheits-)Anforderungen an das Setup, der Vielzahl an möglichen Setup-Variationen und der Diversität für verschiedene Fahrzeugtypen / Derivate ergibt, gilt es entgegenzutreten. Es soll eine Alternative geschaffen werden zu Setup-Betrachtungen anhand von Skizzen/3D-Ansichten der Sensor-Sichtbereiche, die mit zunehmender Sensoranzahl unübersichtlich werden und keine aussagekräftige Bewertung bezüglich der Erkennungs-Performance erlauben. Derartige Setup-Betrachtungen diskutieren die Sensor-Anordnung und Integration am jeweiligen Fahrzeugtyp ohne quantitative Bewertung und Vergleichbarkeit verschiedener Lösungsmöglichkeiten. Auch eine ledigliche Betrachtung des Fahrzeugs 100 ohne Berücksichtigung der Umgebungssituationen/Fahrszenarien soll vermieden werden. Insbesondere sollen zeit- und kostenintensive Testfahrten und anschließende Datenaufbereitung /-Auswertung reduziert werden, auch im Hinblick darauf, dass zur Bewertung der Setup-Performance im Rahmen von Testfahrten bereits Erkennungs- und Fusionsalgorithmen zur Datenaufbereitung benötigt werden, die zum Zeitpunkt der Setup-Auslegung noch nicht existieren. Ähnlich hierzu sind auch neuartige Sensoren zu einem frühen Entwicklungszeitpunkt oftmals noch nicht (sinnvoll) einsatzbereit für Testfahrten (Prototypen). Darüber hinaus ist es wünschenswert, einige wichtige Fahrszenarien und Fahrmanöver, die durch Testfahrten nicht nachbildbar sind, z.B. Gefahrensituationen, zu berücksichtigen. Das Risiko, dass einige Setup-Konfigurationen aufgrund des Zeit- und Kostenaufwands für Testfahrten nicht näher untersucht werden, soll reduziert werden. Schließlich gilt es, eine Simulationsinfrastruktur zur Sensorsetup-Bewertung zu schaffen, die die Sensorsetup-Auslegung adressiert statt lediglich Entwicklung und Optimierung der nachfolgenden Datenverarbeitung.One goal is therefore to create a consistent and objective evaluation and selection process for sensor setups. The high complexity resulting from increasing (safety) requirements for the setup, the multitude of possible setup variations and the diversity for different vehicle types / derivatives must be countered. The aim is to create an alternative to setup considerations based on sketches / 3D views of the sensor viewing areas, which become confusing as the number of sensors increases and do not allow a meaningful evaluation with regard to the detection performance. Such setup considerations discuss the sensor arrangement and integration on the respective vehicle type without quantitative assessment and comparability of various possible solutions. Even just looking at the vehicle 100 should be avoided without taking into account the surrounding situations / driving scenarios. In particular, time-consuming and costly test drives and subsequent data preparation / evaluation are to be reduced, also in view of the fact that recognition and fusion algorithms are already required for data preparation in order to evaluate the setup performance in the context of test drives, which were still required at the time of the setup design does not exist. Similarly, new types of sensors are often not (meaningfully) ready for test drives (prototypes) at an early stage of development. In addition, it is desirable to take into account some important driving scenarios and driving maneuvers that cannot be reproduced by test drives, for example dangerous situations. The risk that some setup configurations are not investigated in more detail due to the time and expense required for test drives should be reduced. Ultimately, it is important to create a simulation infrastructure for sensor setup evaluation that addresses the sensor setup design instead of just developing and optimizing the subsequent data processing.

Für die Auslegung und Bewertung von Sensorsetups und neuen Sensortechnologien wird daher ein dreistufiges Verfahren vorgeschlagen (siehe 4). Zwischen der Bewertung der Einzelsensoren im Rahmen des Benchmarkings (Stufe I) und Testfahrten zur Bewertung der Setup-Performance im Gesamtsystem unter realen Bedingungen (Stufe III) soll als Zwischenschritt (Stufe II) eine simulationsbasierte Bewertung des Sensorsetups erfolgen. Schritt I und III dieses dreistufigen Verfahrens entsprechen den obigen Ausführungen zu 2 und 3. In dem Schritt I sollen Sensor-Spezifikationen identifiziert werden. Hierbei erfolgt eine Bestimmung der Performance eines einzelnen Sensors anhand von Datenblatt, Messprotokollen und Corner Case Tests. Zwischenstufe II stellt ein neues Entwicklungswerkzeug dar, mit dessen Hilfe zeit- und kosteneffizient verschiedene Setup-Varianten/Sensor-Kombinationen konfiguriert, getestet und bewertet werden sollen, um die Sensorsetup-Performance zu diesem frühen Zeitpunkt in qualitativer und quantitativer Weise fundiert zu beschreiben. Hierbei soll eine Simulation des Sensorsetups erfolgen, wobei eine Konfiguration des Sensorsetups und eine Sensorparametereinstellung anhand gewonnener Informationen aus Schritt I, eine Simulation der Setup-Performance und eine Analyse von Wirkzusammenhängen durchgeführt werden. In dem Schritt III können schließlich Testfahrten vorgenommen werden, um die Sensorsetup-Performance im Gesamtsystem unter realen Umgebungsbedingungen zu validieren. Dies erfolgt bevorzugt nur für die Setup-Varianten, die innerhalb der Simulation in Schritt II vielversprechende Ergebnisse gezeigt haben. Schritt III dient damit vordergründig der Optimierung und Feinjustage des Ziel-Setups.A three-stage process is therefore proposed for the design and evaluation of sensor setups and new sensor technologies (see 4th ). Between the evaluation of the individual sensors as part of the benchmarking (stage I) and test drives to evaluate the setup performance in the overall system under real conditions (stage III), a simulation-based evaluation of the sensor setup should take place as an intermediate step (stage II). Steps I and III of this three-step process correspond to the explanations above 2 and 3 . In the step I. sensor specifications are to be identified. The performance of an individual sensor is determined using data sheets, measurement protocols and corner case tests. Intermediate level II represents a new development tool with the help of which different setup variants / sensor combinations can be configured, tested and evaluated in a time- and cost-efficient manner in order to describe the sensor setup performance at this early point in time in a qualitative and quantitative manner. The sensor setup is to be simulated, with a configuration of the sensor setup and a sensor parameter setting based on information obtained from step I. , a simulation of the setup performance and an analysis of cause and effect relationships can be carried out. Finally, in step III, test drives can be carried out in order to validate the sensor setup performance in the overall system under real ambient conditions. This preferably only takes place for the setup variants that have shown promising results within the simulation in step II. Step III serves primarily to optimize and fine-tune the target setup.

Die im Schritt I anhand von Datenblättern, Messprotokollen und Corner Case Tests ermittelten Sensoreigenschaften dienen als Input für die Parameter-Einstellungen generischer Sensormodelle / virtueller Sensoren der Simulationsinfrastruktur im Schritt II. In dieser Konzeptphase liegen typischerweise noch keine Sensormodelle seitens der Sensorhersteller vor, welche in den Simulationsworkflow eingebaut werden könnten. Daher ist eine Verwendung generischer Sensormodelle und ein Befüllen von Stellparametern nach den Erkenntnissen aus Testmessungen/Datenblattangaben angezeigt. Innerhalb der Simulationsumgebung können verschiedene Sensorsetups gestaltet und die jeweiligen Sensoreigenschaften individuell eingestellt werden. Anschließend kann für beliebige virtuelle Testfahrten die jeweilige Sensorsetup-Performance ermittelt und in Form von Bewertungskennzahlen übersichtlich dargestellt werden. Auf diese Weise wird eine schnelle, systematische und objektive Analyse der verschiedenen Setup-Varianten möglich, was eine fundierte Entscheidungsgrundlage zur Festlegung auf das finale Setup bietet. Im Schritt III werden nur noch die wenigen Setups, die in der Simulation vielversprechende Ergebnisse gezeigt haben oder auch nur das auf dieser Basis final festgelegte Setup, in realen Testfahrten evaluiert, um die Setup-Performance im Fahrzeug-Gesamtsystem und unter realen Umgebungsbedingungen zu erfassen.The one in the crotch I. Sensor properties determined on the basis of data sheets, measurement protocols and corner case tests serve as input for the parameter settings of generic sensor models / virtual sensors of the simulation infrastructure in the step II . In this concept phase, there are typically no sensor models from the sensor manufacturer that could be incorporated into the simulation workflow. Therefore, the use of generic sensor models and the filling of setting parameters based on the findings from test measurements / data sheet information is indicated. Various sensor setups can be designed within the simulation environment and the respective sensor properties can be set individually. The respective sensor setup performance can then be determined for any virtual test drive and clearly displayed in the form of evaluation indicators. In this way, a fast, systematic and objective analysis of the different setup variants is possible, which provides a sound basis for making decisions about the final setup. In step III Only the few setups that have shown promising results in the simulation or only the setup finally determined on this basis are evaluated in real test drives in order to record the setup performance in the overall vehicle system and under real ambient conditions.

Anhand der 5 und 8 ist jeweils ein detaillierter Simulationsablauf skizziert, der die gesamte Prozesskette von der Datenerfassung (Ground Truth und Sensordaten), der Datenverarbeitung (Datenfusion), der Datenauswertung (Metriken) bis hin zur Datenanalyse (KPIs, Kosten-Nutzen-Abwägung) zur Ableitung von Wissen (Setup-Performance) abdeckt.Based on 5 and 8th a detailed simulation process is outlined in each case, which covers the entire process chain from data acquisition (ground truth and sensor data), data processing (data fusion), data evaluation (metrics) to data analysis (KPIs, cost-benefit analysis) to the derivation of knowledge ( Setup performance).

Hierbei ist vorgesehen, dass der folgende Simulationsworkflow auf „High-Level-Ebene“ abläuft, d.h. die Ground Truth Daten UD und die simulierten Sensordaten SD liegen in Form von Objektlisten vor. Prinzipiell wäre es auch denkbar, den Simulationsworkflow mit physikalisch basierten Sensormodellen und Umgebungssimulation aufzusetzen. Allerdings fehlt es für die Erstellung und Parametrierung von physikalischen Sensormodellen zumeist an tiefgründigem Wissen über die Funktionsweise der zu bewertenden Sensoren 1-n, das den Sensorherstellern H vorenthalten ist. Weiterhin fehlt es für die Performance-Bewertung an Erkennungsfunktionen, die aus den „Sensor-Rohdaten“ für die Fusion verwertbare Daten liefert (klassifizierte Objekte, wie bei Objektlisten-Format). Schließlich fehlt es ebenso an einem etablierten Umgebungssimulationstool, das die nötigen Parameter wie Materialeigenschaften in ausreichender Güte liefert.It is provided that the following simulation workflow runs on a “high level”, ie the ground truth data UD and the simulated sensor data SD are available in the form of object lists. In principle, it would also be conceivable to set up the simulation workflow with physically based sensor models and environment simulation. However, for the creation and parameterization of physical sensor models, there is usually a lack of in-depth knowledge about the functioning of the sensors 1-n to be evaluated, which the sensor manufacturers H is withheld. Furthermore, there is a lack of recognition functions for the performance evaluation that provide usable data for the fusion from the “raw sensor data” (classified objects, as in the object list format). Finally, there is also a lack of an established environment simulation tool that delivers the necessary parameters such as material properties in sufficient quality.

Die Simulation kann in zwei verschiedenen Modi, einem Open-Loop Modus sowie einem Closed-Loop Modus genutzt werden. In einer ersten Ausführungsvariante wird die Simulation im Open-Loop Modus betrieben (5).The simulation can be used in two different modes, an open-loop mode and a closed-loop mode. In a first variant, the simulation is operated in open-loop mode ( 5 ).

Der Simulationsworkflow ist in zwei Teile gegliedert: Im ersten Teil werden mit einer Umgebungssimulation US virtuelle Fahrszenarien SZ (Fahrzeug-Umgebung, Straßenverlauf, Verkehrsteilnehmer und das Fahrmanöver des Ego-Fahrzeugs) gestaltet (Fahrszenarien-Generierung SG), die der Setup-Bewertung zugrunde gelegt werden sollen. Entgegen dem Vorgehen bei der Funktionsabsicherung / Validierung eines Gesamtfahrzeugs kurz vor Produktionsstart, bei dem mehrere hunderte oder tausende verschiedene Szenarien und Millionen Kilometer simulativ abgefahren werden, soll bei der Bewertung der Setup-Konfiguration in der frühen Konzeptphase eine begrenzte Anzahl an ausgewählten Szenarien zum Einsatz kommen, welche gezielt die für die Setup-Bewertung relevanten Punkte adressieren (z.B. Corner Cases).The simulation workflow is divided into two parts: In the first part, an environment simulation US virtual driving scenarios SZ (Vehicle environment, course of the road, road users and the driving maneuver of the ego vehicle) designed (driving scenarios generation SG ) on which the setup evaluation should be based. Contrary to the procedure for the functional validation / validation of a complete vehicle shortly before the start of production, in which several hundreds or thousands of different scenarios and millions of kilometers are simulated, a limited number of selected scenarios should be used in the evaluation of the setup configuration in the early concept phase which specifically address the points relevant to the setup assessment (e.g. corner cases).

Die in dem ersten Teil generierten virtuellen Fahrszenarien SZ dienen als Ground Truth eines Umfeldmodells UM mit Umfelddaten UD als Ground Truth Daten. Diese simulierten Ground Truth Daten der Szenarios werden an den zweiten Teil des Simulationsworkflows übergeben. Der zweite Teil adressiert die Sensorsimulation SS und den Analyse-Part AP. Der zweite Teil läuft beispielhaft innerhalb der integrierten Entwicklungsumgebung Microsoft Visual Studio. Die eingehenden Ground Truth Daten UD aus der vorherigen Umgebungssimulation US können entweder im Live-Modus L verarbeitet oder in einem Aufzeichnungs-Modus R aufgezeichnet und später abgerufen werden. Letzteres ermöglicht die persistente Speicherung vieler Szenarien in einen Szenarienkatalog K. Die gespeicherten Szenarien können dann für die Setup-Bewertung wieder abgespielt werden; der erste Workflow-Teil (virtuelle Umgebungssimulation US) ist für das Arbeiten mit der Sensorkonfiguration- und Bewertungssimulation im Open-Loop-Modus dann nicht mehr notwendig. Der zweite Teil ist somit ein eigenständiges Framework, das zu einem flexiblen Arbeitsmittel führt.The virtual driving scenarios generated in the first part SZ serve as the ground truth of an environment model AROUND with environment data UD as ground truth data. These simulated ground truth data of the scenarios are transferred to the second part of the simulation workflow. The second part addresses the sensor simulation SS and the analysis part AP . The second part runs as an example within the integrated development environment Microsoft Visual Studio. The incoming ground truth data UD from the previous environment simulation US can either in live mode L. processed or in a recording mode R. recorded and retrieved later. The latter enables the persistent storage of many scenarios in a scenario catalog K . The saved scenarios can then be played back for the setup evaluation; the first part of the workflow (virtual environment simulation US ) is then no longer necessary for working with the sensor configuration and evaluation simulation in open-loop mode. The second part is thus an independent framework that leads to a flexible work tool.

Der Sensorsimulations- SS und Analyse-Part AP umfasst drei Module:

  • Ein erstes Modul betrifft die Simulation der Sensordaten SD aller Sensoren 1-n eines Setups 10: Hier wird das virtuelle Sensorsetup konfiguriert und Sensormodelle SM der einzelnen Sensoren 1-n erstellt. Über eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) können zudem Eigenschaften SE der einzelnen Sensoren des Setups (entsprechend der gewonnenen Informationen aus Schritt I des Drei-Stufen-Modells in 4) eingestellt werden. Insbesondere können hierbei sowohl die im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Sensorparameter als auch die im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Konfigurationsparameter als Eigenschaften SE variiert werden. Bei den Sensormodellen SM handelt es sich um generische probabilistische Sensormodelle, die für jeden virtuellen Sensor des Setups entsprechend der jeweiligen sensorspezifischen Werte SK (u.a. Sensorposition am Fahrzeug, Messgenauigkeit, Detektionswahrscheinlichkeit) eingestellt werden, um den realen Sensor 1-n möglichst präzise in der Simulation zu repräsentieren. Bei Bedarf ist es jedoch auch möglich, über ein Software Development Kit (SDK) / ProgrammCode neue Sensormodelle SM hinzuzufügen oder die bestehenden Sensormodelle SM anzupassen, um das Tool für neuartige Sensortechnologien zu erweitern. An dieser Stelle besteht die Möglichkeit, die Parameter der Sensorsetup-Konfiguration über ein Optimierungstool automatisiert zu optimieren wie anhand 8 und dem Closed-Loop Modus geschildert. Zusammengefasst werden in dem ersten Modul die Ground Truth Daten UD entsprechend den Einstellungen der probabilistischen Sensormodelle SM modifiziert und als simulierte Sensordaten SD ausgegeben.
The sensor simulation SS and analysis part AP comprises three modules:
  • A first module concerns the simulation of the sensor data SD of all sensors 1-n of a setup 10: The virtual sensor setup and sensor models are configured here SM of the individual sensors 1-n created. Via a graphic User interface (GUI) can also have properties SE of the individual sensors of the setup (according to the information obtained from step I. of the three-step model in 4th ) can be set. In particular, both the sensor parameters mentioned in the general part of the description and the configuration parameters mentioned in the general part of the description can be used as properties SE can be varied. With the sensor models SM These are generic probabilistic sensor models that correspond to the respective sensor-specific values for each virtual sensor in the setup SK (including sensor position on the vehicle, measurement accuracy, detection probability) can be set in order to represent the real sensor 1-n as precisely as possible in the simulation. If necessary, however, it is also possible to use a software development kit (SDK) / program code to add new sensor models SM or add the existing sensor models SM adapt to expand the tool for novel sensor technologies. At this point there is the option of automatically optimizing the parameters of the sensor setup configuration using an optimization tool, such as using 8th and the closed-loop mode. The ground truth data are summarized in the first module UD according to the settings of the probabilistic sensor models SM modified and as simulated sensor data SD issued.

In einem zweiten Modul werden die simulierten Sensordaten SD in einem Datenfusionsmodul SF, das z.B. auf erweiterten Kalman-Filtern basiert, fusioniert und in das nachfolgende Umgebungsmodell U gespeist. Die Datenfusion bzw. die zugrunde liegende Algorithmik wie bspw. die Kalman Filter können beim Fusionieren der verschiedenen Sensorinformationen denjenigen Sensoren höheres Gewicht verleihen, die auch eine höhere Messgenauigkeit aufweisen. Diese Information über die jeweilige Sensormessgenauigkeit kann anhand der Einstellungen in den Sensormodellen entnommen werden.The simulated sensor data are used in a second module SD in a data fusion module SF , which is based on extended Kalman filters, for example, and merged into the subsequent environment model U fed. The data fusion or the underlying algorithms such as the Kalman filters, when merging the various sensor information, can give greater weight to those sensors which also have a higher measurement accuracy. This information about the respective sensor measurement accuracy can be taken from the settings in the sensor models.

In einem dritten Modul werden anschließend die simulierten und fusionierten Sensordaten FD (Tracks) mit den Ground Truth (GT) Daten UD anhand von diversen Metriken verglichen (Evaluierung E). Dieser Part gibt für das getestete Setup einen Ergebnis-Report P aus, das die Bewertungskennzahlen (KPIs) für jedes Szenario auflistet.The simulated and merged sensor data are then processed in a third module FD (Tracks) with the Ground Truth (GT) data UD compared on the basis of various metrics (evaluation E). This part gives a result report for the tested setup P that lists the KPIs for each scenario.

Die KPIs können in zwei Typen untergliedert werden:

  1. 1. Statistische KPIs, beispielsweise die folgenden Metriken:
    • - Hausdorff Metrik: größter Abstand zwischen einem Track und dem zugehörigen GT-Wert (Ausreißer).
    • - Optimal SubPattern Assignment (OSPA): Zwischen GT und Tracks wird ein globales Optimum hinsichtlich Übereinstimmung (subpattern) gesucht und der gemittelte Abstand zwischen Tracks und den zugehörigen GT-Werten ermittelt. Gibt es mehr GT-Werte als Tracks (oder umgekehrt), fließt dies negativ in die Metrik ein, um False-Positives / False Negatives zu berücksichtigen.
    • - Position/Velocity/Acceleration Error: Abstand zwischen Tracks und GT-Werten (in Metern). Gibt die Genauigkeit der Sensordaten an.
    • - Normalized Estimation Error Squared (NEES): Abstand zwischen Tracks und GT-Werten in Einheiten der Unsicherheit. Diese Metrik kann auch ein Indikator dafür sein, ob die Unsicherheit (Sensor-Messfehler, Prozessrauschen) als zu groß oder zu klein angenommen wurde (im Sensormodell).
    • - Multiple Object Tracker Accuracy (MOTA): Abweichungen zwischen Tracks und zugehörigen GT-Werten aufsummiert und geteilt durch die Anzahl aller Zuordnungen (gemittelter Fehler).
    • - Multiple Object Tracker Performance (MOTP): False-Positives, False-Negatives und Falsch-Zuordnungen aufsummiert und geteilt durch die Objektanzahl.
    • - Detektionsrate: Anzahl der Tracks geteilt durch die Anzahl der GTs (innerhalb von Sensor-FOVs).
    • - Falsch-Alarm-Rate: Anzahl an Tracks, die keinem GT-Wert zugeordnet werden konnten, geteilt durch die Gesamtanzahl an Zuordnungen.
  2. 2. Globale KPIs (zur Differenzierung verschiedener Setup-Konfigurationen), beispielsweise die folgenden Metriken:
    • - Objekt-Detektionszeit: Wann wurde ein Objekt vom Sensorsystem erkannt (Track angelegt); Welcher Abstand liegt hier zum Objekt vor? Ist der Bremsweg (bei gegebener Geschwindigkeit) höher als der vorhandene Abstand zum Objekt, sodass es zu einem Unfall kommen würde oder reicht die Zeit aus, um noch bremsen zu können?
    • - Erfassungsrate: Anzahl der Tracks geteilt durch die Anzahl aller GTs (unabhängig davon, ob die GT-Werte innerhalb eines Sensor-FOVs liegen oder nicht).
    • - Sensor-aufgelöste Erfassungsrate: Übersicht, welcher Sensor zu welchem Track beigetragen hat, um Redundanz aufzuzeigen.
The KPIs can be divided into two types:
  1. 1. Statistical KPIs, such as the following metrics:
    • - Hausdorff metric: largest distance between a track and the associated GT value (outlier).
    • - Optimal SubPattern Assignment (OSPA): A global optimum with regard to correspondence (subpattern) is sought between GT and tracks and the averaged distance between tracks and the associated GT values are determined. If there are more GT values than tracks (or vice versa), this flows negatively into the metric in order to take false positives / false negatives into account.
    • - Position / Velocity / Acceleration Error: Distance between tracks and GT values (in meters). Indicates the accuracy of the sensor data.
    • - Normalized Estimation Error Squared (NEES): Distance between tracks and GT values in units of uncertainty. This metric can also be an indicator of whether the uncertainty (sensor measurement error, process noise) was assumed to be too large or too small (in the sensor model).
    • - Multiple Object Tracker Accuracy (MOTA): Deviations between tracks and associated GT values summed up and divided by the number of all assignments (averaged errors).
    • - Multiple Object Tracker Performance (MOTP): false positives, false negatives and false assignments summed up and divided by the number of objects.
    • - Detection rate: number of tracks divided by the number of GTs (within sensor FOVs).
    • - False alarm rate: Number of tracks that could not be assigned a GT value, divided by the total number of assignments.
  2. 2. Global KPIs (to differentiate between different setup configurations), for example the following metrics:
    • - Object detection time: When was an object recognized by the sensor system (track created); What is the distance to the object here? Is the braking distance (at a given speed) greater than the existing distance to the object, so that an accident would occur, or is there enough time to be able to brake?
    • - Acquisition rate: number of tracks divided by the number of all GTs (regardless of whether the GT values are within a sensor FOV or not).
    • - Sensor-resolved acquisition rate: overview of which sensor contributed to which track in order to show redundancy.

Anhand dieser Ergebnisse kann die Performance der getesteten Sensorsetups quantitativ und objektiv bewertet werden. Die KPI-Berichte P sowie anschließend mögliche Kosten-Nutzen-Analysen K/N bieten eine fundierte Entscheidungsbasis zur Festlegung des optimalen Sensorsetups, welches später mittels Testfahrten T tiefergehend evaluiert und optimiert werden kann.Based on these results, the performance of the tested sensor setups can be assessed quantitatively and objectively. The KPI reports P and then possible cost-benefit analyzes K / N offer a well-founded decision-making basis for determining the optimal sensor setup, which will be carried out later by means of test drives T can be evaluated and optimized in more depth.

Anhand der 6 und 7 sind zum besseren Verständnis verschiedene KPIs beispielhaft dargestellt.Based on 6th and 7th Various KPIs are shown as examples for better understanding.

6 zeigt links eine erstes Setup, mittig und recht jeweils ein zweites Setup. Würde man nur „Statistische KPIs“ betrachten, die sich nur auf die Genauigkeit zwischen Tracks und GT-Werten konzentrieren, wäre keine Aussage zur Gesamtsetup-Performance möglich. Im ersten Setup könnten die Statistischen KPIs mittelmäßig ausfallen, weil manche Sensoren eine geringere Genauigkeit besitzen. Das zweite Setup dagegen könnte sehr gute statistische KPIs aufweisen aufgrund hochwertigerer Sensoren. Allerdings deckt das zweite Setup nur einen kleinen Bereich um das Fahrzeug 100 ab. Ohne „Globale KPIs“ ist dazu aber keine Aussage möglich (Mitte). Um die „Umfeld-Abdeckung“ und damit Unterschiede zwischen Setups zu berücksichtigen, können daher globale KPIs eingesetzt werden, die berücksichtigen, wie viele der GT-Werte vom Setup gar nicht erfasst wurden (Rechts). 6th shows a first setup on the left, a second setup in the middle and on the right. If one were only to look at “statistical KPIs” that only focus on the accuracy between tracks and GT values, no statement about the overall setup performance would be possible. In the first setup, the statistical KPIs could turn out to be mediocre because some sensors are less accurate. The second setup, on the other hand, could have very good statistical KPIs due to higher quality sensors. However, the second setup only covers a small area around the vehicle 100 from. Without “global KPIs”, however, no statement can be made on this (middle). In order to take into account the "environment coverage" and thus differences between setups, global KPIs can therefore be used that take into account how many of the GT values were not recorded by the setup (right).

7 verdeutlicht ferner verschiedene globale KPIs:

  • Links (1.) ist die Erkennungszeit „Zuerst gesehen“ und/oder Abstandsrate „Bremsweg / Objektabstand“ verschiedener Objekte (Objekt IDs #1-#4) dargestellt. Es wird geprüft, wann ein Objekt zum ersten Mal gesehen wird, insbesondere um eine „Unfallprognose“ unter Berücksichtigung des Bremsweges in die Evaluierung einfließen lassen zu können.
7th also illustrates various global KPIs:
  • On the left (1.) the detection time “first seen” and / or the distance rate “braking distance / object distance” of various objects (object IDs # 1- # 4) is shown. It is checked when an object is seen for the first time, in particular in order to be able to incorporate an "accident prognosis" into the evaluation, taking the braking distance into account.

Mittig links (2.) sind die Erkennungszeiträume „insgesamt“ dargestellt. Es wird geprüft, welche Objekte bei jedem Zeitschritt erkannt werden.In the middle on the left (2.) the detection periods “in total” are shown. It is checked which objects are recognized at each time step.

Mittig rechts sind die Erfassungszeiträume „pro Sensor“ dargestellt, und zwar für einen Lidar (3a), einen Radar (3b) und eine Kamera (3c). Es wird geprüft, welche Objekte von welchem Sensor zu jedem Zeitpunkt erfasst werden.In the middle on the right, the acquisition periods “per sensor” are shown for a lidar (3a), a radar (3b) and a camera (3c). It is checked which objects are detected by which sensor at any point in time.

Rechts (4.) ist die globale Erkennungsrate dargestellt, um eine Abdeckung der Umgebung zu berücksichtigen.On the right (4th) the global recognition rate is shown in order to take into account coverage of the surrounding area.

In einer zweiten Ausführungsvariante wird die Simulation im Closed-Loop Modus betrieben (8). Dieser weist einen im Wesentlichen gleichen Open-Loop-Anteil OL wie der anhand 5 beschriebene Open-Loop Modus auf, welcher durch eine Rückkopplung CL ergänzt ist.In a second variant, the simulation is operated in closed-loop mode ( 8th ). This has essentially the same open loop portion OIL like that based on 5 described open-loop mode, which by a feedback CL is supplemented.

In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der zweiten Ausführungsvariante wird die Rückkopplung CL zur Szenario-Variation herangezogen.In a first exemplary embodiment according to the second variant embodiment, the feedback CL used for scenario variation.

Mithilfe eines Optimierungstools OP zur Parametrisierung können die einzelnen Variablen eines Szenarios (wie bspw. Geschwindigkeit des Ego-Fahrzeugs oder Kurvenradius) variiert werden, um von einem Szenario mehrere Varianten automatisiert zu generieren. Die Parametrisierung kann die Variablen dabei schrittweise ändern (z.B. Ego-Geschwindigkeit zwischen 30 km/h und 100 km/h in Schritten von 10 km/h). Auf diese Weise kann der Szenarienkatalog K komfortabel aufgebaut und in der späteren Analyse die kritischen Szenarien-Varianten/Grenzfälle aufgedeckt werden.Using an optimization tool OP For parameterization, the individual variables of a scenario (such as the speed of the ego vehicle or curve radius) can be varied in order to automatically generate several variants of a scenario. The parameterization can change the variables step by step (eg ego speed between 30 km / h and 100 km / h in steps of 10 km / h). In this way, the scenario catalog K Conveniently set up and the critical scenario variants / borderline cases are revealed in the later analysis.

Es ist auch möglich, die KPIs direkt als Feedback an ein Optimierungstool OP für die Szenarien-Erstellung zurückzugeben, und damit eine geschlossene Simulationskette (Closed-Loop) zu schaffen (9). Das Optimierungstool OP variiert die Szenarien-Parameter (wie z.B. die Ego-Geschwindigkeit) solange, bis die KPIs einen Tiefpunkt erreicht haben. Nach Generierung relevanter Szenarien (im Schritt SG) wird ein Szenarien-Set SZ an den Sensorsimulations- SS und Analyse-Part AP übermittelt, der entsprechend KPIs ausgibt. In dem Prüfschritt NO wird geprüft, ob ein jeweiliges Szenario kritischer geworden ist. Im Anschluss werden in einem Änderungsschritt VSP die Szenarien Parameter schrittweise geändert, beispielhaft die Parameter Ego-Geschwindigkeit zwischen 0 km/h und 100 km/h, Objekt- Geschwindigkeit zwischen 0 km/h und 100 km/h und der Kurvenradius zwischen 50 m und 100 m. Die Szenarien-Parameter fließen als neue Subvariante SZ* jedes Szenarios wiederum in die Generierung SG relevanter Szenarien SZ ein. Über diese „negative Optimierung“ kann automatisiert das Worst-Case-Szenario einschließlich der dort ermittelten Setup-Performance bestimmt werden.It is also possible to send the KPIs directly as feedback to an optimization tool OP to be returned for the scenario creation, and thus to create a closed simulation chain (closed loop) ( 9 ). The optimization tool OP varies the scenario parameters (such as ego speed) until the KPIs have reached a low point. After generating relevant scenarios (in step SG ) becomes a scenario set SZ on the sensor simulation SS and analysis part AP which outputs KPIs accordingly. In the test step NO it is checked whether a respective scenario has become more critical. This is followed by a change step VSP the scenario parameters changed gradually, for example the parameters ego speed between 0 km / h and 100 km / h, object speed between 0 km / h and 100 km / h and the curve radius between 50 m and 100 m flow as a new sub-variant SZ * turn each scenario into the generation SG relevant scenarios SZ a. This “negative optimization” can be used to automatically determine the worst-case scenario, including the setup performance determined there.

Die Änderung der Szenarien-Parameter innerhalb des Optimierungstools OP kann dabei durch Kombinatorik oder Optimierungsstrategien erfolgen, indem in jedem Durchlauf ein Parameter geändert und die anderen Parameter unverändert belassen werden, bis alle Kombinationen durchgespielt wurden (Full-Raster), so dass sehr viele Szenarien-Varianten entstehen, die im Nachgang nach ihrer „Kritikalität“ geordnet werden können (Kombinatorik). Alternativ können Modellbildungsstrategien der Optimierungstools aus dem Bereich Design of Experiments, DoE, zum Einsatz kommen. Sobald erkennbar wird, dass das Erhöhen/Erniedrigen eines Parameters nach mehreren Durchläufen nicht zu einer Erhöhung der Kritikalität eines Szenarios (KPI-Verschlechterung) beigetragen hat, wird zum nächsten Parameter übergegangen, so dass nicht alle Kombinationen durchgespielt werden, sondern nur die relevanten in Richtung des gesuchten Optimums (Optimierungsstrategien).Changing the scenario parameters within the optimization tool OP can be done through combinatorics or optimization strategies by changing one parameter in each run and leaving the other parameters unchanged until all combinations have been played through (full raster), so that a large number of scenarios Variants arise that can subsequently be classified according to their “criticality” (combinatorics). Alternatively, modeling strategies from the optimization tools from the Design of Experiments, DoE, can be used. As soon as it becomes apparent that increasing / decreasing a parameter after several runs has not contributed to an increase in the criticality of a scenario (KPI deterioration), the process moves on to the next parameter, so that not all combinations are played through, but only the relevant ones in the direction the sought-after optimum (optimization strategies).

In einer optionalen Ausgestaltung können bei der Szenarien-Betrachtung vorab die sogenannten „Regions of Interest“ (ROI) definiert werden. Die ROIs beschreiben die Bereiche um ein Fahrzeug 100, welche von dem zu entwerfendem Setup abgedeckt sein sollten. Die ROIs werden abgeleitet aus diversen Gesetzmäßigkeiten und daraus sich ergebende Zusammenhänge. Anhand 10 ist ein beispielhaftes Schema zur Ableitung der ROIs dargestellt. Zunächst wird eine Situation bzw. ein Szenario gewählt (R1), das für die Sensorik relevant ist, etwa ein rechtzeitiges Erkennen eines Stauendes oder Hindernisses in einer Kurve. Hierauf werden Randbedingungen für Stadt-, Land- oder Autobahn-Segmente als Parameter angewandt, um ROIs zu ermitteln (R2) wie z.B. gesetzliche Bestimmungen (Kurvenradien, Höchstgeschwindigkeit) und/oder Abstand und Relativgeschwindigkeit zwischen Ego-Fahrzeug und Hindernis. Im Betrachtungsfall Stauende in einer Kurve dienen als Parameter, welcher minimale Kurvenradius bei gegebener Geschwindigkeit gesetzlich für Stadt-, Land-, oder Autobahn-Segmente geregelt ist und welcher Bremsweg sich bei der gegebenen Geschwindigkeit ergibt. Darüber hinaus kann aus geometrischen Betrachtungen die nötige Sicht-Reichweite noch vorne und seitlich (FOV) abgeleitet werden und so das „ROI“ definiert werden. Die ROI-Bereiche können sich in ihrer Wichtigkeit (je nach Wahrscheinlichkeit/Häufigkeit eines Unfalls und dem zu erwartenden Ausmaß im Falle eines Unfalls) unterscheiden und daher mit einem kritischen Faktor gewichtet werden (R3), z.B. anhand des Ausmaß oder Folgen bei Eintreten eines Unfalls (Unfallstatistik, Gebrauchssicherheits-Anforderungen). In die Gewichtung fließen beispielhaft die Relativgeschwindigkeit und der Abstand zwischen Ego-Fahrzeug und anderen Verkehrsteilnehmern ein, sowie ein Faktor, der die Kritikalität bei Eintreten eines Zusammenstoßes berücksichtigt (Fußgänger ist kritischer als ein anderes Fahrzeug). Die gewichteten ROI*s können als „Heatmap“ in Form von gewichteten Punkten um das Ego-Fahrzeug angezeigt werden. Anhand dieser Darstellung können konkrete Fahrszenarien designt werden, welche eine fundierte Basis zur Bewertung der Sensorsetup-Performance bereitstellen. Außerdem kann die Heatmap dazu genutzt werden, die Variation der Sensormodell-Eigenschaften und Setupkonfigurationen zu bewerten (Wieviel wurde von den sehr wichtigen Bereichen abgedeckt, wieviel von den mittelwichtigen Bereichen, und wieviel von den weniger wichtigen Bereichen), wie beispielhaft im Folgenden näher erläutert wird.In an optional embodiment, the so-called "Regions of Interest" ( ROI ) To be defined. The ROIs describe the areas around a vehicle 100 which should be covered by the setup being designed. The ROIs are derived from various regularities and the resulting relationships. Based 10 an exemplary scheme for deriving the ROIs is shown. First a situation or a scenario is selected ( R1 ), which is relevant for the sensors, such as early detection of the end of a traffic jam or an obstacle in a curve. Boundary conditions for urban, rural or motorway segments are then applied as parameters in order to determine ROIs ( R2 ) such as legal regulations (curve radii, maximum speed) and / or the distance and relative speed between the ego vehicle and the obstacle. In the case under consideration, the end of a traffic jam in a curve serves as parameters which minimum curve radius is legally regulated for city, country or motorway segments at a given speed and which braking distance results at the given speed. In addition, the required viewing range can be derived from geometrical considerations at the front and side (FOV) and the "ROI" can thus be defined. The ROI areas can differ in their importance (depending on the probability / frequency of an accident and the extent to be expected in the event of an accident) and can therefore be weighted with a critical factor ( R3 ), e.g. on the basis of the extent or consequences of an accident (accident statistics, safety requirements). The weighting includes, for example, the relative speed and the distance between the ego vehicle and other road users, as well as a factor that takes into account the criticality in the event of a collision (pedestrian is more critical than another vehicle). The weighted ROI * s can be displayed as a “heat map” in the form of weighted points around the ego vehicle. Using this representation, specific driving scenarios can be designed, which provide a sound basis for evaluating the sensor setup performance. In addition, the heat map can be used to evaluate the variation in the sensor model properties and setup configurations (how much was covered by the very important areas, how much was covered by the moderately important areas, and how much was the less important areas), as explained in more detail below .

In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der zweiten Ausführungsvariante wird die Rückkopplung CL zur Variation der Setup-Konfiguration und Sensoreigenschaften herangezogen.In a second embodiment according to the second embodiment variant, the feedback CL used to vary the setup configuration and sensor properties.

Ähnlich zu der Szenarien-Variation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel können auch die Setup-Konfigurationen sowie die einzelnen Parameter der Sensormodelle SM (Reichweite, Genauigkeit, FOV) durch die KPI-Feedbackschleife automatisiert variiert und im Closed-Loop-Verfahren optimiert werden. Dabei ist denkbar, eine Optimierung hinsichtlich der KPIs oder eine Optimierung hinsichtlich der Heatmap vorzunehmen.Similar to the scenario variation according to the first exemplary embodiment, the setup configurations and the individual parameters of the sensor models can also be used SM (Range, accuracy, FOV) can be varied automatically by the KPI feedback loop and optimized in the closed-loop process. It is conceivable to carry out an optimization with regard to the KPIs or an optimization with regard to the heat map.

Die Optimierung hinsichtlich der KPIs kann analog zu den Szenarien erfolgen. Der Parametersatz wird beispielhaft nach dem Schema gemäß 9 in jedem Durchlauf geändert, bis alle Kombinationen durchgespielt wurden oder nach Modellbildungsstrategien aus dem Bereich Design of Experiments, DoE, ein Optimum gefunden wurde. Die verschiedenen Setup-Varianten können anschließend anhand der KPIs nach ihrer Performance geordnet werden und das optimale Setup leicht ausgewählt werden. Wichtig hierbei ist, dass für dieses Vorgehen ein „allumfassendes Szenario“ erstellt wird, auf welches die KPIs hin optimiert werden. Das zugrundeliegende Szenario sollte demnach alle zu betrachtenden Punkte für die Setup-Bewertung abdecken und auch die Situationsverhältnisse berücksichtigen (wichtige/häufige/relevantere Situationen sollten öfter vorkommen als weniger wichtige Situationen).The optimization with regard to the KPIs can be carried out in the same way as the scenarios. The parameter set is exemplified according to the scheme 9 changed in each run until all combinations have been played through or an optimum has been found according to modeling strategies from the Design of Experiments (DoE) area. The different setup variants can then be sorted according to their performance using the KPIs and the optimal setup can be easily selected. It is important here that an “all-encompassing scenario” is created for this procedure, on which the KPIs are optimized. The underlying scenario should therefore cover all points to be considered for the setup assessment and also take into account the situation (important / frequent / more relevant situations should occur more often than less important situations).

Bei der Optimierung hinsichtlich der Heatmap kann wie oben beschrieben eine Heatmap erstellt werden, die die Bereiche um das Fahrzeug 100 gewichtet. Diese Information kann im Optimierungsprozess dazu beitragen, dass bei der Setup-Erstellung und Optimierung den wichtigeren Bereichen mehr Bedeutung zugewendet wird. Über eine Kosten-Nutzen-Betrachtung kann analysiert werden, wie die Kosten eines Setups (Anzahl der Sensoren und Kosten der jeweiligen Sensortypen) im Verhältnis zum Nutzen stehen (welche Bereiche werden von diesen Sensoren abgedeckt). Für diesen Optimierungsablauf kann beispielsweise ein genetischer Algorithmus zum Einsatz kommen, der schematisch anhand der 11 dargestellt ist.When optimizing with regard to the heat map, a heat map can be created as described above that shows the areas around the vehicle 100 weighted. This information can help in the optimization process that more importance is given to the more important areas during setup creation and optimization. A cost-benefit analysis can be used to analyze how the costs of a setup (number of sensors and costs of the respective sensor types) are in relation to the benefits (which areas are covered by these sensors). For example, a genetic algorithm can be used for this optimization process, which is shown schematically on the basis of the 11 is shown.

Mithilfe eines genetischen Algorithmus kann automatisiert ein optimales Setup gefunden werden. Hierzu wird zunächst ein initiales Set an verschiedenen Setups definiert (C2), welches als Startpunkt für die Optimierung dient. Darüber hinaus wird eine Kostenfunktion definiert, die das Setup-Set bewertet (A3, B3). Neben den Kosten kann die Kostenfunktion die KPIs (Feedback aus dem Simulationsworkflow entsprechend Closed Loop Modus) und/oder die Heatmap (gewichtete ROIs G) als Werte zur Optimierung berücksichtigen. Weiterhin wird definiert (G3), ab wann das Setup optimal ist (Verhältnis Kosten zu Umfeld-Abdeckung wichtiger Bereiche), so dass geprüft werden kann, wann der genetische Algorithmus beendet werden kann (C3).With the help of a genetic algorithm, an optimal setup can be found automatically. To do this, an initial set is first created different setups defined ( C2 ), which serves as the starting point for the optimization. In addition, a cost function is defined that evaluates the setup set ( A3 , B3 ). In addition to the costs, the cost function can take into account the KPIs (feedback from the simulation workflow according to closed loop mode) and / or the heat map (weighted ROIs G) as values for optimization. It is also defined ( G3 ), from when the setup is optimal (ratio of costs to environmental coverage of important areas), so that it can be checked when the genetic algorithm can be terminated ( C3 ).

Aus dem vorherigen (im ersten Durchlauf aus dem initialen) Setup-Set (Population) werden aus den laut Kostenfunktion besten 2-3 Setups jeweils unterschiedliche Bereiche ausgewählt (D3) („Selection“) und im nächsten Schritt (E3) („Crossover“) in zufälliger Weise zu einem neuen Setup zusammengesetzt. Einige Bereiche können zusätzlich zufällige variiert werden (F3), um die Diversität zu erhöhen („Mutation“).From the previous (in the first run from the initial) setup set (population), different areas are selected from the 2-3 setups that are best according to the cost function ( D3 ) ("Selection") and in the next step ( E3 ) ("Crossover") randomly reassembled to form a new setup. Some areas can also be varied randomly ( F3 ) to increase diversity (“mutation”).

Das neu erstellte Setup wird wieder anhand der Kostenfunktion bewertet und der Kreislauf beginnt erneut, bis nach mehreren Durchläufen das Setup die Anforderungen der Kostenfunktion erfüllt.The newly created setup is again evaluated using the cost function and the cycle begins again until, after several runs, the setup meets the requirements of the cost function.

Anhand der Ablaufdiagramme der 12 und 13 werden im Folgenden Programmschritte bei Simulation eines Sensorsystems 10 (12) bzw. bei Entwurf eines Sensorsystems 10 ( 13) zur Umsetzung obiger Ausführungen näher erläutert. Sämtliche im allgemeinen Teil der Beschreibung offenbarten Merkmale sind auf nachfolgende Programmschritte anwendbar und umgekehrt.Using the flowcharts of the 12th and 13th are the following program steps when simulating a sensor system 10 ( 12th ) or when designing a sensor system 10 ( 13th ) for the implementation of the above explanations. All the features disclosed in the general part of the description can be applied to the following program steps and vice versa.

Das Programm zur Simulation eines Sensorsystems gemäß 12 wird in einem Schritt A1) gestartet, in dem jeweils ein Sensormodell SM für jeden der Umfeldsensoren 1-n des Sensorsystems 10 bereitgestellt wird. In einem darauffolgenden Schritt B1) wird ein Umfeldmodell UM bereitgestellt. Daraufhin werden in einem Schritt C1) virtuelle Sensordaten SD für jeden der Umfeldsensoren 1-n des Sensorsystems 10 abhängig von dem Umfeldmodell UM und dem jeweiligen Sensormodell SM ermittelt. Schließlich werden die virtuellen Sensordaten SD fusioniert und abhängig von dem Umfeldmodell UM evaluiert. Das Programm gemäß 12 kann insbesondere bei Entwurf eines Sensorsystems 10 in dem Programm gemäß 13 eingesetzt werden.The program for simulating a sensor system according to 12th is in one step A1 ) started, in each of which a sensor model SM for each of the environment sensors 1-n of the sensor system 10 provided. In a subsequent step B1 ) becomes an environmental model AROUND provided. This will be done in one step C1 ) virtual sensor data SD for each of the environment sensors 1-n of the sensor system 10 depending on the environment model AROUND and the respective sensor model SM determined. Finally, the virtual sensor data SD merged and dependent on the environment model AROUND evaluated. The program according to 12th can be especially useful when designing a sensor system 10 in the program according to 13th can be used.

Das Programm gemäß 13 wird in einem Schritt A2) gestartet, in dem ein Sensormodell SM für jeden einer Vielzahl von Umfeldsensoren 1-n erzeugt wird. In einem darauffolgenden Schritt B2) wird wenigstens ein Umfeldmodell UM erzeugt. Daraufhin werden in einem Schritt C2) mehrere verschiedene virtuelle Sensorsystem 10 erzeugt, die jeweils einen oder mehrere der Umfeldsensoren 1-n aufweisen. Im Anschluss wird in einem Schritt D2) jeweils eine Simulation durchgeführt, indem dem Programm gemäß 12 jeweils eines der Sensorsysteme 10 zugrunde gelegt wird und die jeweiligen Sensormodelle der Umfeldsensoren 1-n des entsprechenden Sensorsystems 10 und das wenigstens einen Umfeldmodell UM bereitgestellt werden. Schließlich wird eine Evaluierung des jeweiligen Sensorsystems abhängig von der Simulation ausgegeben oder gespeichert.The program according to 13th is in one step A2 ) started in which a sensor model SM is generated for each of a plurality of environment sensors 1-n. In a subsequent step B2 ) becomes at least one environment model AROUND generated. This will be done in one step C2 ) several different virtual sensor systems 10 generated, each having one or more of the environment sensors 1-n. Then in one step D2 ) a simulation is carried out in each case according to the program 12th each one of the sensor systems 10 is used as a basis and the respective sensor models of the environment sensors 1-n of the corresponding sensor system 10 and at least one environment model AROUND to be provided. Finally, an evaluation of the respective sensor system is output or saved as a function of the simulation.

Die beschriebene simulationsbasierte Bewertung von Sensorsetup-Konfigurationen für die Fahrzeug-Umfelderfassung bietet folgende Vorteile:

  • Es kann eine virtuelle Testsuite für die Auslegung und Bewertung von Sensorsetups für beliebige Fahrszenarien/Fahrmanöver erzielt werden. Hierbei kann ein einheitlicher, reproduzierbarer Bewertungsprozess, der objektive und vergleichbare Ergebnisse in Form von KPIs liefert, erreicht werden. Dies bietet eine zeitsparende und kostengünstige Lösung zur Beurteilung verschiedener Setup-Varianten für die Vorauswahl / Festlegung auf ein finales Setup. Hierdurch wird ein wichtiges Werkzeug in der frühen Phase der Fahrzeugkonzept-Entwicklung angegeben, das Entwickler beim Setup-Entwurf unterstützt und als fundierte Entscheidungsgrundlage dient. Eine Setup-Analyse hinsichtlich verschiedener Sensor-Einbaupositionen, Sensor-Kombinationen und verschiedener Sensoren/Sensortechnologien wird ermöglicht. Darüber hinaus bietet sich die Möglichkeit einer Performance-Analyse für zu untersuchende Setups (Open-Loop Simulation) oder eine automatisierte Setup-Optimierung für gegebene Fahrzeugmodelle (Closed-Loop Simulation). Es wird zur Aufdeckung von Wirkzusammenhängen beim Zusammenspiel verschiedener Sensoren beigetragen. Eine einfache Nutzung der Simulationsumgebung über eine nutzerfreundliche GUI zum Konfigurieren des virtuellen Sensorsetups und schnelles Anpassen/Einstellen der Sensorparameter wird ermöglicht; gleichzeitig besteht aber auch die Möglichkeit, über das Software Development Kit die Sensormodelle in ihrer Funktionsweise im Programmcode anzupassen oder neue Sensormodelle selbst zu erstellen. Dies kann entscheidend für die Evaluation zukünftiger Sensortechnologien sein, die Anpassungen der bisherigen Sensormodelle erfordern. KPIs ermöglichen eine quantitative und objektive Bewertung der verschiedenen Sensorsetups. Es kann eine übersichtliche Ergebnisübersicht über die jeweilige Setup-Performance in diversen Fahrszenarien erzielt werden. Durch eine implementierte, standardisierte OSI-Schnittstelle kann eine hohe Kompatibilität mit diversen Umgebungssimulationstools erreicht werden. Schließlich kann die Simulation als kompaktes und flexibles Simulationswerkzeug (lauffähig auf einem Notebook) implementiert werden.
The described simulation-based evaluation of sensor setup configurations for vehicle environment detection offers the following advantages:
  • A virtual test suite for the design and evaluation of sensor setups for any driving scenario / driving maneuver can be achieved. A uniform, reproducible evaluation process that delivers objective and comparable results in the form of KPIs can be achieved here. This offers a time-saving and cost-effective solution for assessing different setup variants for the pre-selection / determination of a final setup. This provides an important tool in the early phase of vehicle concept development that supports developers in the setup design and serves as a well-founded basis for decision-making. A setup analysis with regard to different sensor installation positions, sensor combinations and different sensors / sensor technologies is made possible. In addition, there is the option of performing a performance analysis for setups to be examined (open-loop simulation) or automated setup optimization for given vehicle models (closed-loop simulation). It contributes to the discovery of causal relationships in the interaction of different sensors. A simple use of the simulation environment via a user-friendly GUI for configuring the virtual sensor setup and quick adjustment / setting of the sensor parameters is made possible; At the same time, however, it is also possible to use the software development kit to adapt the functionality of the sensor models in the program code or to create new sensor models yourself. This can be decisive for the evaluation of future sensor technologies that require adjustments to the previous sensor models. KPIs enable a quantitative and objective evaluation of the various sensor setups. A clear overview of the results of the respective setup performance can be achieved in various driving scenarios. An implemented, standardized OSI interface enables high compatibility with various environment simulation tools to be achieved. Finally, the simulation can be implemented as a compact and flexible simulation tool (executable on a notebook).

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100
Fahrzeugvehicle
1010
SensorsystemSensor system
30, 3130, 31
Objektobject
1, 1*1, 1 *
Kamera (Prototyp*)Camera (prototype *)
2, 2*2, 2 *
Radar (Prototyp*)Radar (prototype *)
3, 3*3, 3 *
Lidar (Prototyp*)Lidar (prototype *)
n, n*n, n *
Ultraschallsensor (Prototyp*)Ultrasonic sensor (prototype *)
1111
SteuereinheitControl unit
SFSF
SensordatenfusionSensor data fusion
HH
SensorerstellerSensor creator
DD.
Datenblattdata sheet
M, M*M, M *
Messprotokoll (Automobilhersteller*)Measurement protocol (automobile manufacturer *)
OO
AutomobilherstellerAutomobile manufacturer
CC.
Sensor-CharakterisierungSensor characterization
BB.
Sensor-BewertungSensor evaluation
SVSV
Sensorverhalten im VerbundSensor behavior in the network
TT
Testfahrttest drive
PP.
VorverarbeitungsschrittPreprocessing step
UU
UmgebungsmodellEnvironment model
FF.
FAS-FunktionFAS function
AA.
AktuatorActuator
I-IIII-III
Schrittesteps
USUS
UmgebungssimulationEnvironment simulation
SZ, SZ*SZ, SZ *
virtuelle Fahrszenarien (optimiert *)virtual driving scenarios (optimized *)
SGSG
Fahrszenarien-Generierung Driving scenario generation
UMAROUND
UmfeldmodellEnvironment model
UDUD
UmfelddatenEnvironment data
SSSS
SensorsimulationSensor simulation
APAP
Analyse-PartAnalysis part
LL.
Live-ModusLive mode
RR.
Aufzeichnungs-ModusRecording mode
KK
SzenarienkatalogScenario catalog
SESE
Sensor-EigenschaftenSensor properties
SM, SM*SM, SM *
Sensormodell (optimiert*)Sensor model (optimized *)
SKSK
sensorspezifische Wertesensor-specific values
SDSD
simulierte Sensordatensimulated sensor data
FDFD
FusionsdatenFusion data
PP.
Ergebnis-ReportResults report
K/NK / N
Kosten-Nutzen-AnalyseCost-benefit analysis
OLOIL
Open-Loop-AnteilOpen loop portion
CLCL
RückkopplungFeedback
OPOP
OptimierungstoolOptimization tool
NONO
PrüfschrittTest step
VSPVSP
ÄnderungsschrittChange step
R1-R3R1-R3
ROI-ErmittlungsschrittROI determination step
ROI, ROI*ROI, ROI *
wichtiger Bereich (gewichtet*)important area (weighted *)
KPIKPI
BewertungskennzahlValuation indicator
A1-G3A1-G3
ProgrammschritteProgram steps

Claims (15)

Verfahren zur Simulation eines Sensorsystems (10) für ein Fahrzeug (100), wobei das Sensorsystem (10) einen oder mehrere Umfeldsensoren (1, 2, 3, n) aufweist, und das Verfahren folgende Schritte umfasst: A1) Bereitstellen jeweils eines Sensormodells (SM) für jeden der Umfeldsensoren (1-n) des Sensorsystems (10), das jeweils repräsentativ ist für physikalische Eigenschaften des jeweiligen Umfeldsensors (1-n) bei Abbildung eines realen Umfelds des Fahrzeugs (100) mittels realer Messung durch den jeweiligen Umfeldsensor (1-n), B1) Bereitstellen eines Umfeldmodells (UM), das repräsentativ ist für ein virtuelles Umfeld eines virtuellen Fahrzeugs (100), C1) Ermitteln virtueller Sensordaten (SD) für jeden der Umfeldsensoren (1-n) des Sensorsystems (100) abhängig von dem Umfeldmodell (UM) und dem jeweiligen Sensormodell (SM), D1) Evaluieren der virtuellen Sensordaten (SD) abhängig von dem Umfeldmodell (UM).A method for simulating a sensor system (10) for a vehicle (100), the sensor system (10) having one or more environment sensors (1, 2, 3, n), and the method comprising the following steps: A1) Providing a sensor model (SM) for each of the environment sensors (1-n) of the sensor system (10), which is representative of the physical properties of the respective environment sensor (1-n) when mapping a real environment of the vehicle (100) by means of real measurement by the respective environment sensor (1-n), B1) providing an environment model (UM) which is representative of a virtual environment of a virtual vehicle (100), C1) determining virtual sensor data (SD) for each of the environment sensors (1-n) of the sensor system (100) depending on the environment model (UM) and the respective sensor model (SM), D1) Evaluation of the virtual sensor data (SD) as a function of the environment model (UM). Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem Schritt A1) zu dem jeweiligen Umfeldsensor (1-n) Konfigurationsparameter bereitgestellt werden, die repräsentativ sind für eine Konfiguration des jeweiligen Umfeldsensors (1-n), und in dem Schritt C1) die virtuellen Sensordaten (SD) des jeweiligen Umfeldsensors (1-n) abhängig von den Konfigurationsparameter ermittelt werden.Procedure according to Claim 1 , whereby in step A1) configuration parameters are provided for the respective environment sensor (1-n) which are representative of a configuration of the respective environment sensor (1-n), and in step C1) the virtual sensor data (SD) of the respective environment sensor (1-n) can be determined depending on the configuration parameters. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein wichtiger Bereich (ROI*) um das virtuelle Fahrzeug (100) vorgegeben wird, und die virtuellen Sensordaten (SD) bezüglich des wichtigen Bereichs (ROI*) in dem Schritt D1) gewichtet werden.Method according to one of the preceding claims, in which at least one important area (ROI *) around the virtual vehicle (100) is specified, and the virtual sensor data (SD) are weighted with respect to the important area (ROI *) in step D1). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Schritt D1) abhängig von den virtuellen Sensordaten (SD) sämtlicher Umfeldsensoren (1-n) eine Sensordatenfusion (SF) ermittelt wird, die abhängig von dem Umfeldmodell (UM) evaluiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in step D1) a sensor data fusion (SF) is determined as a function of the virtual sensor data (SD) of all environment sensors (1-n) and is evaluated as a function of the environment model (UM). Verfahren nach Anspruch 4, wobei - das Umfeldmodell (UM) Umfelddaten (UD) umfasst, die repräsentativ sind für eine Vielzahl dreidimensionaler Koordinaten virtueller Objektbegrenzungen im virtuellen Umfeld des virtuellen Fahrzeugs (100), - die virtuellen Sensordaten (SD) eines jeweiligen Umfeldsensors (1-n) jeweils repräsentativ sind für eine Vielzahl dreidimensionaler Koordinaten einer virtuellen Messung des jeweiligen Umfeldsensors (1-n) im virtuellen Umfeld des virtuellen Fahrzeugs (100), - die Sensordatenfusion (SF) Fusionsdaten (FD) umfasst, die repräsentativ sind für eine Vielzahl dreidimensionaler Koordinaten virtueller Objektbegrenzungen im virtuellen Umfeld des virtuellen Fahrzeugs (100), und in dem Schritt D1) die Fusionsdaten (FD) mit den Umfelddaten (UD) mittels Bewertungskennzahlen (KPI) evaluiert werden.Procedure according to Claim 4 wherein - the environment model (UM) comprises environment data (UD) which are representative of a large number of three-dimensional coordinates of virtual object boundaries in the virtual environment of the virtual vehicle (100), - the virtual sensor data (SD) of a respective environment sensor (1-n) Representative are a large number of three-dimensional coordinates of a virtual measurement of the respective environment sensor (1-n) in the virtual environment of the virtual vehicle (100), - the sensor data fusion (SF) includes fusion data (FD) which are representative of a large number of three-dimensional coordinates of virtual object boundaries in the virtual environment of the virtual vehicle (100), and in step D1) the fusion data (FD) with the environment data (UD) are evaluated by means of evaluation indicators (KPI). Verfahren nach Anspruch 5, wobei in dem Schritt D1) die Fusionsdaten (FD) mit den Umfelddaten (UD) anhand einer oder einer Kombination aus mehreren der folgenden statischen Bewertungskennzahlen (KPI) evaluiert werden: - Hausdorff, - optimal subpattern assignment, OSPA, - Positions-/Geschwindigkeits-/Beschleunigungsfehler, - normalized estimation error squared, NEES, - multiple object tracker accuracy, MOTA, - multiple object tracker performance, MOTP, - Detektionsrate, oder - Falsch-Alarm-Rate.Procedure according to Claim 5 , whereby in step D1) the fusion data (FD) with the environment data (UD) are evaluated on the basis of one or a combination of several of the following static evaluation indicators (KPI): - Hausdorff, - optimal subpattern assignment, OSPA, - position / speed - / acceleration error, - normalized estimation error squared, NEES, - multiple object tracker accuracy, MOTA, - multiple object tracker performance, MOTP, - detection rate, or - false alarm rate. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei in dem Schritt D1) die Fusionsdaten (FD) mit den Umfelddaten (UD) anhand einer oder einer Kombination aus mehreren der folgenden globalen Bewertungskennzahlen (KPI) evaluiert werden: - Objekt-Detektionszeit, - Erfassungsrate, - Sensor-aufgelöste Erfassungsrate.Procedure according to Claim 5 or 6th , wherein in step D1) the fusion data (FD) with the environment data (UD) are evaluated using one or a combination of several of the following global assessment indicators (KPI): object detection time, detection rate, sensor-resolved detection rate. Verfahren zum Entwurf eines Sensorsystems (10) zur Umfelddetektion für ein Fahrzeug (100) mit den Schritten: A2) Bereitstellen einer Vielzahl von Umfeldsensoren (1-n) und Erzeugen eines Sensormodells (SM) für jeden der Umfeldsensoren (1-n), das jeweils repräsentativ ist für physikalische Eigenschaften des jeweiligen Umfeldsensors (1-n) bei Abbildung eines realen Umfelds des Fahrzeugs (100) mittels realer Messung durch den jeweiligen Umfeldsensor (1-n), B2) Erzeugen wenigstens eines Umfeldmodells (UM), das jeweils repräsentativ ist für ein virtuelles Umfeld eines virtuellen Fahrzeugs (100), C2) Erzeugen mehrerer verschiedener virtueller Sensorsysteme (10), wobei ein virtuelles Sensorsystem (10) jeweils einen oder mehrere Umfeldsensoren (1-n) der Vielzahl von Umfeldsensoren (1-n) aufweist, D2) Durchführen jeweils einer Simulation eines der mehreren verschiedenen virtuellen Sensorsysteme (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 abhängig von dem jeweiligen Sensormodell (SM) der Umfeldsensoren (1-n) des entsprechenden Sensorsystems (10) und dem wenigstens einen Umfeldmodell (UM), und E2) Ausgabe oder Speichern einer Evaluierung (E) des jeweiligen Sensorsystems (10) abhängig von der Simulation.Method for designing a sensor system (10) for detecting the surroundings for a vehicle (100) with the following steps: A2) providing a multiplicity of surroundings sensors (1-n) and generating a sensor model (SM) for each of the surroundings sensors (1-n), which each is representative of the physical properties of the respective environment sensor (1-n) when mapping a real environment of the vehicle (100) by means of real measurement by the respective environment sensor (1-n), B2) generating at least one environment model (UM), each representative is for a virtual environment of a virtual vehicle (100), C2) generating several different virtual sensor systems (10), a virtual sensor system (10) each having one or more environment sensors (1-n) of the plurality of environment sensors (1-n) , D2) each carrying out a simulation of one of the several different virtual sensor systems (10) according to one of the Claims 1 to 7th depending on the respective sensor model (SM) of the environment sensors (1-n) of the corresponding sensor system (10) and the at least one environment model (UM), and E2) output or storage of an evaluation (E) of the respective sensor system (10) depending on the Simulation. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem abhängig von der Evaluierung (E) des jeweiligen Sensorsystems (10) eine Auswahl des wenigstens eines Umfeldsensors (1-n) getroffen wird und/oder eine Platzierung des Umfeldsensors (1-n) im Fahrzeug (100) und/oder eine Ausrichtung des Umfeldsensors (1-n) bezüglich des Fahrzeugs (100) vorgenommen wird.Procedure according to Claim 8 , in which, depending on the evaluation (E) of the respective sensor system (10), the at least one environment sensor (1-n) is selected and / or the environment sensor (1-n) is placed in the vehicle (100) and / or a Alignment of the environment sensor (1-n) with respect to the vehicle (100) is carried out. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 oder 9, bei dem - das jeweilige Sensormodell (SM) in dem Schritt A2) abhängig von einem vorgegebenen Satz an Sensorparametern ermittelt wird, die repräsentativ sind für die physikalischen Eigenschaften des jeweiligen Umfeldsensors bei Abbildung eines realen Umfelds des Fahrzeugs (100) mittels realer Messung durch den jeweiligen Umfeldsensor (1-n), und - das Verfahren im Anschluss an den Schritt E2) in dem Schritt A2) iterativ fortgesetzt wird, - abhängig von der Evaluierung (E) wenigstens einer der Sensorparameter und/oder einer der Konfigurationsparameter variiert wird bzw. werden, und - das Verfahren solange iteriert wird, bis die Evaluierung (E) des jeweiligen Sensorsystems (10) einen Hochpunkt erreicht oder sämtliche Sensorparameter des Satzes variiert wurden.Method according to one of the preceding Claims 8 or 9 In which - the respective sensor model (SM) is determined in step A2) depending on a predetermined set of sensor parameters that are representative of the physical properties of the respective environment sensor when mapping a real environment of the vehicle (100) by means of real measurement by the respective environment sensor (1-n), and - the method is continued iteratively following step E2) in step A2), - depending on the evaluation (E) at least one of the sensor parameters and / or one of the configuration parameters is varied or and - the method is iterated until the evaluation (E) of the respective sensor system (10) reaches a high point or all sensor parameters of the set have been varied. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 oder 9, bei dem die in dem Schritt C2) erzeugten mehreren verschiedenen virtuellen Sensorsysteme (10) als initiale Population eines genetischen Algorithmus dienen und jeweils aus einem oder mehreren Konfigurationsbereichen bestehen, wobei bei dem genetischen Algorithmus A3) für jedes der mehreren verschiedenen virtuellen Sensorsysteme (10) abhängig von einer Anzahl von Umfeldsensoren (1-n) des jeweiligen Sensorsystems (10) sowie eines jeweiligen Sensortyps der Umfeldsensoren (1-n) des jeweiligen Sensorsystems (10) ein Kostenkennwert des jeweiligen Sensorsystems (10) ermittelt wird, B3) abhängig von der Evaluierung (E) des jeweiligen Sensorsystems (10) ein Nutzenkennwert des jeweiligen Sensorsystems (10) ermittelt wird, C3) ein Verhältnis (N/K) aus dem Nutzenkennwert zu dem Kostenkennwert ermittelt wird, und geprüft wird, ob das Verhältnis (N/K) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wobei im Falle dass der vorgegebene Schwellenwert überschritten wird, das entsprechende Sensorsystem (10) ausgegeben oder gespeichert wird, und anderenfalls D3) abhängig von dem jeweiligen Verhältnis (N/K) unterschiedliche Konfigurationsbereiche wenigstens zwei der Sensorsysteme (10) ausgewählt werden, E3) die ausgewählten Konfigurationsbereiche in zufälliger Weise zu mehreren virtuellen Sensorsystemen (10) als neue Population des genetischen Algorithmus zusammengesetzt werden, und der genetische Algorithmus mit der neuen Population in dem Schritt A3) iterativ fortgesetzt wird.Method according to one of the preceding Claims 8 or 9 , in which the several different virtual sensor systems (10) generated in step C2) serve as the initial population of a genetic algorithm and each consist of one or more configuration areas, with the genetic algorithm A3) for each of the several different virtual sensor systems (10) depending on a number of environment sensors (1-n) of the respective sensor system (10) and a respective sensor type of the environment sensors (1-n) of the respective sensor system (10), a cost parameter of the respective sensor system (10) is determined, B3) depending on the evaluation (E) of the respective sensor system (10), a utility parameter of the respective sensor system (10) is determined, C3) a ratio (N / K) is determined from the utility parameter to the cost parameter, and it is checked whether that Ratio (N / K) exceeds a predetermined threshold value, with the corresponding sensor system (10) being output or stored in the event that the predetermined threshold value is exceeded, and otherwise D3) at least two different configuration areas depending on the respective ratio (N / K) of the sensor systems (10) are selected, E3) the selected configuration areas are randomly combined to form several virtual sensor systems (10) as a new population of the genetic algorithm, and the genetic algorithm is iteratively continued with the new population in step A3). Verfahren nach Anspruch 11, wobei nach dem Schritt D3) F3) eine zufällige Variation wenigstens eines der ausgewählten Konfigurationsbereiche als Mutation in dem genetischen Algorithmus vorgenommen wird.Procedure according to Claim 11 , wherein after step D3) F3) a random variation of at least one of the selected configuration areas is carried out as a mutation in the genetic algorithm. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 12, bei dem - das wenigstens eine Umfeldmodell (UM) in dem Schritt B2) abhängig von einem vorgegebenen Satz an Szenarioparametern ermittelt wird, die repräsentativ sind für ein vorgegebenes Fahrmanöver des virtuellen Fahrzeugs (100), und - das Verfahren im Anschluss an den Schritt E2) in dem Schritt B2) iterativ fortgesetzt wird, - abhängig von der Evaluierung (E) wenigstens einer der Szenarioparameter variiert wird, und - das Verfahren solange iteriert wird, bis die Evaluierung des jeweiligen Sensorsystems (10) einen Tiefpunkt erreicht oder sämtliche Szenarioparameter des Satzes variiert wurden.Method according to one of the preceding Claims 7 to 12th in which the at least one environment model (UM) is determined in step B2) as a function of a predefined set of scenario parameters that are representative of a predefined driving maneuver of the virtual vehicle (100), and the method following step E2 ) is continued iteratively in step B2), - at least one of the scenario parameters is varied depending on the evaluation (E), and - the method is iterated until the evaluation of the respective sensor system (10) reaches a low point or all scenario parameters of the set were varied. Vorrichtung zur Simulation eines Sensorsystems (10) für ein Fahrzeug (100), wobei das Sensorsystem (10) einen oder mehrere Umfeldsensoren (1-n) aufweist, und die Vorrichtung eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.Device for simulating a sensor system (10) for a vehicle (100), wherein the sensor system (10) has one or more environment sensors (1-n), and the device is set up, the method according to one of the Claims 1 to 7th to execute. Vorrichtung zum Entwurf eines Sensorsystems (10) zur Umfelddetektion für ein Fahrzeug (100), wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13 auszuführen.Apparatus for designing a sensor system (10) for detecting the surroundings of a vehicle (100), wherein the apparatus is set up to carry out the method according to one of the Claims 8 to 13th to execute.
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