DE102019127022A1

DE102019127022A1 - Bestimmen einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102019127022A1
Application number: DE102019127022.7A
Authority: DE
Inventors: Evgeniy Gurylev; Nikolai Sergeev
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2021-04-08

Abstract

Zum Bestimmen einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs (1) wird mittels eines Umfeldsensorsystems (2) eine Position einer Referenzstruktur (8) bezüglich des Kraftfahrzeugs (1) wiederholt bestimmt und mittels einer Recheneinheit (3) des Kraftfahrzeugs (1) werden Koordinaten einer Trajektorie (9) der Referenzstruktur (8) bestimmt. Es wird ein Kreis (10) konstruiert, auf dem die Koordinaten näherungsweise liegen und die Gierrate wird basierend auf einem Radius des Kreises (10) bestimmt, wenn eine Abweichung des Kreises (10) von den Koordinaten ein vorgegebenes Fehlerkriterium erfüllt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zur Kalibrierung einer Messung einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs, wobei ein erster Wert für die Gierrate mittels eines Drehratensensors des Kraftfahrzeugs bestimmt wird, eine Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Bestimmung einer Gierrate des Kraftfahrzeugs, ein Kraftfahrzeug, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Computerprogramm.
In Dokument DE 10 2008 026 397 A1 wird ein System zum Schätzen einer Fahrzeugdynamik angegeben, das einen Objekterfassungssensor beinhaltet, beispielsweise ein Lidarsystem oder eine Kamera, sowie fahrzeugseitige Sensoren, die unter anderem einen Giergeschwindigkeitssensor beinhalten können. Das System weist einen Längszustandsschätzprozessor und einen Querzustandsschätzprozessor auf, die jeweils auf Signale des Objekterfassungssensors und der fahrzeugseitigen Sensoren ansprechen und entsprechende Schätzwerte für die Fahrzeuggeschwindigkeit in Vorwärts- beziehungsweise Querrichtung erzeugen.
Die mittels eines Gierratensensors bestimmte Gierrate kann von Fahrerassistenzsystemen beispielsweise zur elektronischen Stabilitätskontrolle, zur Trajektorienbestimmung oder zur Objektverfolgung eingesetzt werden.
Gierratensensoren, die gewöhnlich als Inertialsensoren ausgestaltet sind, liefern jedoch häufig einen Offset beziehungsweise Versatz in der Giergeschwindigkeit, der für kleine Gierraten näherungsweise konstant ist. Dadurch werden Funktionen, beispielsweise zur Trajektorienabschätzung des Fahrzeugs, welche auf der Gierrate beruhen, gestört beziehungsweise liefern falsche Ergebnisse.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Bestimmung der Gierrate eines Kraftfahrzeugs anzugeben, das eine höhere Genauigkeit ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, ein Umfeldsensorsystem des Kraftfahrzeugs einzusetzen, um eine Trajektorie einer statischen Referenzstruktur in der Umgebung des Kraftfahrzeugs zu bestimmen und, falls sich diese Trajektorie ausreichend gut durch einen Kreis oder eine Gerade nähern lässt, die Gierrate basierend auf dem Radius des Kreises zu bestimmen.
Gemäß einem unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs angegeben. Mittels eines Umfeldsensorsystems des Kraftfahrzeugs wird eine Position einer statischen Referenzstruktur, insbesondere in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, bezüglich des Kraftfahrzeugs wiederholt ermittelt. Mittels einer Recheneinheit des Kraftfahrzeugs werden basierend auf der wiederholt bestimmten Position Koordinaten einer Trajektorie der Referenzstruktur in einem Sensorkoordinatensystem, insbesondere des Umfeldsensorsystems, bestimmt. Mittels der Recheneinheit wird ein Kreis konstruiert, auf dem die Koordinaten der Trajektorie der Referenzstruktur wenigstens näherungsweise liegen. Mittels der Recheneinheit wird die Gierrate basierend auf einem Radius des Kreises bestimmt, wenn eine Abweichung des Kreises von den Koordinaten der Trajektorie der Referenzstruktur ein vorgegebenes Fehlerkriterium erfüllt.
Das wiederholte Bestimmen der Position der Referenzstruktur bezüglich des Kraftfahrzeugs beinhaltet insbesondere das Bestimmen der Position der Referenzstruktur zu mindestens drei Zeitpunkten beziehungsweise Zeiträumen, während der Fahrt des Kraftfahrzeugs. Die Zeitpunkte beziehungsweise Zeiträume entsprechen dabei insbesondere aufeinanderfolgenden Messzeiträumen des Umfeldsensorsystems.
Insbesondere bewegt sich das Kraftfahrzeug während der wiederholten Bestimmung der Position der Referenzstruktur bezüglich der Referenzstruktur.
Dass es sich bei der Referenzstruktur um eine statische Referenzstruktur handelt, bedeutet insbesondere, dass sich die Referenzstruktur bezüglich eines Fahrbahnkoordinatensystems oder eines Umgebungskoordinatensystems der Umgebung nicht bewegt. Das Fahrbahnkoordinatensystem beziehungsweise Umgebungskoordinatensystem ist dabei starr mit der Fahrbahn beziehungsweise der Umgebung verbunden und daher auch starr mit dem statischen Objekt verbunden.
Daraus folgt, dass die Bewegung der Referenzstruktur bezüglich des Kraftfahrzeugs in dem Sensorkoordinatensystem der Bewegung des Kraftfahrzeugs in dem Umgebungskoordinatensystem entspricht.
Bei dem Sensorkoordinatensystem handelt es sich dabei insbesondere um ein starr mit dem Umfeldsensorsystem, also auch mit dem Kraftfahrzeug verbundenes Koordinatensystem.
Das Konstruieren des Kreises kann insbesondere das Bestimmen des Radius des Kreises beinhalten und optional das Bestimmen von Mittelpunktskoordinaten eines Mittelpunkts des Kreises.
Der Begriff „Kreis“ beinhaltet als Grenzfall für unendlichen Kreisradius auch eine gerade Linie.
Das Fehlerkriterium kann beispielsweise durch die Abweichung des Kreises von den Koordinaten der Trajektorie erfüllt sein, wenn die Abweichung beziehungsweise eine oder mehrere Kennzahlen für die Abweichung kleiner ist beziehungsweise sind als ein oder mehrere zugehörige vorgegebene Fehlergrenzwerte.
Da es sich bei der Referenzstruktur um eine statische Referenzstruktur handelt, ist die Gierrate per Konstruktion proportional zu dem inversen Radius des Kreises. Bewegt sich die statische Referenzstruktur in dem Sensorkoordinatensystem also auf einer Geraden, also einem Kreis mit unendlichem Kreisradius, so ist die Gierrate gleich Null. Bewegt sich die Referenzstruktur dagegen auf einer Kreisbahn mit einem endlichen Kreisradius, so ist die Gierrate größer als Null.
Nach dem Verfahren gemäß dem verbesserten Konzept wird die Gierrate durch das Umfeldsensorsystem unabhängig von den Messwerten eines Gierratensensors bestimmt und kann so auch bei kleinem Absolutwert der Gierrate mit verbesserter Genauigkeit, insbesondere ohne konstanten Versatz, bestimmt werden. Dadurch wird eine verbesserte Trajektorienabschätzung für die Trajektorie des Kraftfahrzeugs möglich und die Zuverlässigkeit der bestimmten Gierrate für nachfolgende Funktionen wird erhöht.
Die mittels des Umfeldsensorsystems bestimmte Gierrate kann auch zur Kalibrierung eines Gierratensensors oder zur Korrektur von Messungen eines Gierratensensors herangezogen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Bestimmen einer Gierrate nach dem verbesserten Konzept wird eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt. Die Gierrate wird mittels der Recheneinheit basierend auf einem Verhältnis der Längsgeschwindigkeit zu dem Radius bestimmt, insbesondere ist die Gierrate gegeben durch das Verhältnis der Längsgeschwindigkeit zu dem Radius.
Bei der Längsgeschwindigkeit handelt es sich insbesondere um eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs entlang einer Längsachse des Kraftfahrzeugs. Die Längsachse entspricht dabei einer Richtung, in die sich das Kraftfahrzeug bewegt, wenn ein Lenksystem des Kraftfahrzeugs in einer Neutralstellung ist, wenn ein Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs also gleich Null ist.
Die Längsgeschwindigkeit kann insbesondere mittels der Recheneinheit basierend auf der wiederholt bestimmten Position der Referenzstruktur bestimmt werden. Dazu kann die Recheneinheit beispielsweise einen Abstand zwischen zu verschiedenen Zeitpunkten, insbesondere aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten, bestimmten Positionen der Referenzstruktur bestimmen und die Längsgeschwindigkeit basierend auf einem Verhältnis des so bestimmten Abstands zu einer Zeitdifferenz zwischen den entsprechenden Zeitpunkten.
In alternativen Ausführungen kann die Längsgeschwindigkeit mittels eines Geschwindigkeitssensors des Kraftfahrzeugs bestimmt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Trajektorie des Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Schwerpunkttrajektorie des Kraftfahrzeugs, insbesondere in dem Umgebungskoordinatensystem, mittels der Recheneinheit und eines Fahrzeugzustandssensorsystems des Kraftfahrzeugs bestimmt. Mittels der Recheneinheit wird die Trajektorie des Kraftfahrzeugs mit der Trajektorie der Referenzstruktur verglichen und die Referenzstruktur wird abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs als statisches Objekt identifiziert.
Die Schritte zur Identifizierung der Referenzstruktur als statisches Objekt erfolgt dabei insbesondere vor der Durchführung der Schritte zur Bestimmung der Gierrate basierend auf dem Radius des Kreises und insbesondere vor dem Konstruieren des Kreises. Insbesondere wird die Gierrate wie beschrieben nur dann basierend auf dem Radius des Kreises bestimmt, wenn die Referenzstruktur als statisches Objekt identifiziert wird.
Wenn die Referenzstruktur eine statische ist, wenn sie also als statisches Objekt identifiziert wurde, kann mit ausreichender Genauigkeit von dem beschriebenen Zusammenhang zwischen Gierrate und Radius des Kreises der Trajektorie ausgegangen werden.
Das Fahrzeugzustandssensorsystem kann beispielsweise Messdaten erzeugen, anhand derer die Recheneinheit basierend auf odometrischen Schätzverfahren die Trajektorie des Kraftfahrzeugs näherungsweise bestimmt wird.
Insbesondere kann das Fahrzeugzustandssensorsystem den Geschwindigkeitssensor beinhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels des Umfeldsensorsystems optisch abgetastet, um die Position der Referenzstruktur zu ermitteln.
Mit anderen Worten beinhaltet das Umfeldsensorsystem ein aktives optisches Sensorsystem, beispielsweise ein Lidarsystem.
Ein aktives optisches Sensorsystem weist definitionsgemäß eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht beziehungsweise Lichtimpulsen auf. Die Lichtquelle kann insbesondere als Laser ausgestaltet sein. Des Weiteren weist ein aktives optisches Sensorsystem definitionsgemäß wenigstens einen optischen Detektor auf, um reflektierte Anteile des ausgesendeten Lichts zu erfassen. Das aktive optische Sensorsystem ist insbesondere dazu eingerichtet, basierend auf den detektierten Anteilen des Lichts eines oder mehrere Sensorsignale zu erzeugen und zu verarbeiten oder auszugeben.
Hier und im Folgenden kann der Begriff „Licht“ derart verstanden werden, dass damit elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im infraroten Bereich und/oder im ultravioletten Bereich umfasst sind. Dementsprechend kann auch der Begriff „optisch“ derart verstanden werden, dass er sich auf Licht nach diesem Verständnis bezieht.
Beispielsweise kann das aktive optische Sensorsystem zum Aussenden von Infrarotlicht, insbesondere Laserpulsen im Infrarotbereich, eingerichtet sein, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 905 nm oder 1.200 nm.
Unter dem optischen Abtasten der Umgebung des Kraftfahrzeugs kann also insbesondere das Aussenden des Lichts mittels des Umfeldsensorsystems, das Erfassen und das Auswerten der reflektierten Anteile des Lichts verstanden werden. Dadurch wird mittels des Umfeldsensorsystems insbesondere eine Vielzahl von Abtastpunkten, die auch als Punktwolke bezeichnet wird, erzeugt.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zur Kalibrierung einer Messung einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs angegeben, wobei ein erster Wert für die Gierrate mittels eines Drehratensensors des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Fahrzeugzustandssensorsystems, bestimmt wird. Ein zweiter Wert für die Gierrate wird basierend auf einem Verfahren zum Bestimmen einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept bestimmt. Ein Kalibrierparameter wird mittels der Recheneinheit basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert für die Gierrate bestimmt.
Der Drehratensensor ist insbesondere dazu eingerichtet, den ersten Wert für die Gierrate basierend auf einer Messung der Corioliskraft, beispielsweise mittels eines mikromechanischen und/oder piezoelektronischen Messverfahrens, zu bestimmen.
Bei dem Kalibrierparameter handelt es sich beispielsweise um einen konstanten Offset oder Versatz, also eine konstante Abweichung, des mittels des Drehratensensors bestimmten ersten Werts für die Gierrate von einem tatsächlichen Wert für die Gierrate.
Insbesondere kann das Verfahren zum Bestimmen der Gierrate des Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept wiederholt durchgeführt werden, während sich das Kraftfahrzeug bewegt. Die aus den einzelnen Wiederholungen bestimmte Gierrate kann mittels der Recheneinheit gemittelt werden, um so den zweiten Wert für die Gierrate zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Kalibrierung einer Messung einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept wird der bestimmte Kalibrierparameter mittels der Recheneinheit auf einer Speichereinheit des Kraftfahrzeugs oder des Fahrzeugzustandssensorsystems gespeichert.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein weiteres Verfahren zur Bestimmung einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs angegeben. Dazu wird ein Verfahren zur Kalibrierung einer Messung einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept durchgeführt. Zudem wird ein dritter Wert für die Gierrate mittels des Drehratensensors des Kraftfahrzeugs bestimmt. Mittels der Recheneinheit wird der dritte Wert für die Gierrate anhand des Kalibrierparameters korrigiert, um einen vierten Wert für die Gierrate zu bestimmen.
Zum Korrigieren des dritten Wertes kann die Recheneinheit beispielsweise eine Summe des dritten Wertes mit dem Kalibrierparameter bilden oder eine Differenz zwischen dem Kalibrierparameter und dem dritten Wert für die Gierrate. Das Ergebnis der Summe beziehungsweise der Differenz entspricht beispielsweise dem vierten Wert für die Gierrate.
Der vierte Wert für die Gierrate kann daher als korrigierter beziehungsweise kalibrierter oder normierter Wert für die Gierrate betrachtet werden.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird eine Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Bestimmung einer Gierrate des Kraftfahrzeugs angegeben. Die Sensorvorrichtung weist ein Umfeldsensorsystem auf sowie eine Recheneinheit. Das Umfeldsensorsystem ist dazu eingerichtet, eine Position einer statischen Referenzstruktur in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs bezüglich des Kraftfahrzeugs wiederholt zu ermitteln. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, Koordinaten einer Trajektorie der Referenzstruktur in einem Sensorkoordinatensystem des Umfeldsensorsystems zu bestimmen und einen Kreis zu konstruieren, auf dem die Koordinaten der Trajektorie der Referenzstruktur wenigstens näherungsweise liegen. Die Recheneinheit ist ferner dazu eingerichtet, einen Wert für die Gierrate basierend auf einem Radius des Kreises zu bestimmen, wenn eine Abweichung des Kreises von den Koordinaten der Trajektorie der Referenzstruktur ein vorgegebenes Fehlerkriterium erfüllt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Sensorvorrichtung ist die Sensorvorrichtung dazu eingerichtet, eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, den Wert für die Gierrate basierend auf einem Verhältnis der Längsgeschwindigkeit zu dem Radius zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, die Längsgeschwindigkeit basierend auf der wiederholt bestimmten Position der Referenzstruktur zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung einen Geschwindigkeitssensor auf, der dazu eingerichtet ist, die Längsgeschwindigkeit zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erzeugt der Geschwindigkeitssensor basierend auf der Längsgeschwindigkeit ein Geschwindigkeitssensorsignal, welches der Längsgeschwindigkeit entspricht und die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, die Längsgeschwindigkeit basierend auf dem Längsgeschwindigkeitssignal zu berechnen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung ein Fahrzeugzustandssensorsystem auf, das dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Bewegungsparameter des Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, basierend auf dem wenigstens einen Bewegungsparameter eine Trajektorie des Kraftfahrzeugs in dem Umgebungskoordinatensystem zu bestimmen und die Trajektorie des Kraftfahrzeugs mit der Trajektorie der Referenzstruktur zu vergleichen. Die Referenzstruktur wird abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs als statisches Objekt identifiziert, insbesondere mittels der Recheneinheit.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Umfeldsensorsystem als aktives optisches Sensorsystem ausgestaltet oder beinhaltet ein aktives optisches Sensorsystem, insbesondere ein Lidarsystem.
Das aktive optische Sensorsystem beinhaltet als Lichtquelle beispielsweise einen Infrarotlaser, insbesondere eine Infrarotlaserdiode. Das aktive optische Sensorsystem beinhaltet als wenigstens einen optischen Detektor beispielsweise wenigstens eine Photodiode, insbesondere wenigstens eine Avalanche-Photodiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Sensorvorrichtung einen Drehratensensor, der dazu eingerichtet ist, einen weiteren Wert für die Gierrate des Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, basierend auf einer Differenz zwischen dem Wert für die Gierrate und dem weiteren Wert für die Gierrate einen Kalibrierparameter zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, basierend auf dem weiteren Wert für die Gierrate und dem Kalibrierparameter einen korrigierten Wert für die Gierrate zu bestimmen.
Weitere Ausführungsformen der Sensorvorrichtung ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen der Verfahren nach dem verbesserten Konzept und jeweils umgekehrt. Insbesondere ist die Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept dazu eingerichtet oder programmiert, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder die Sensorvorrichtung führt ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durch.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Kraftfahrzeug mit einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept angegeben.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Computerprogramm mit Befehlen angegeben. Bei Ausführung des Computerprogramms durch eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept, insbesondere durch die Recheneinheit der Sensorvorrichtung, veranlassen die Befehle die Sensorvorrichtung dazu, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf dem ein Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept gespeichert ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als erfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von denen abweichen.
In den Figuren zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Sensorsystems nach dem verbesserten Konzept; und
2 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept.

In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 gezeigt, das eine Sensorvorrichtung 7 nach dem verbesserten Konzept aufweist.
Die Sensorvorrichtung 7 weist ein Umfeldsensorsystem 2 auf, beispielsweise ein Lidarsystem. Das Lidarsystem kann infrarote Lichtimpulse 12 in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 aussenden, insbesondere in Richtung eines Objekts 8 in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1, wobei es sich bei dem Objekt 8 beispielsweise um eine statische Referenzstruktur oder ein statisches Objekt in der Umgebung handeln kann.
Das Licht 12 wird von dem Objekt 8 beispielsweise teilweise reflektiert und reflektierte Anteile 13 des Lichts können das Umfeldsensorsystem 2 erreichen. Basierend auf den reflektierten Anteilen 13 kann das Umfeldsensorsystem 2 eines oder mehrere Sensorsignale erzeugen.
Die Sensorvorrichtung 7 weist außerdem eine Recheneinheit 3 auf, die zum Empfangen der Sensorsignale mit dem Umfeldsensorsystem 2 gekoppelt ist.
Optional kann das Kraftfahrzeug 1 ein Fahrzeugzustandssensorsystem 4 aufweisen, welches beispielsweise einen Geschwindigkeitssensor 5 zur Bestimmung einer Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 sowie einen Gierratensensor 6 zur Bestimmung einer Gierrate des Kraftfahrzeugs 1 aufweisen kann.
Die Funktionsweise der Sensorvorrichtung 7 wird im Folgenden anhand beispielhafter Ausführungsformen von Verfahren nach dem verbesserten Konzept bezüglich 2 näher erläutert.
In 2 ist ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen einer Gierrate des Kraftfahrzeugs 1 nach dem verbesserten Konzept gezeigt.
In Schritt i des Verfahrens tastet das Umfeldsensorsystem 2 die Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 ab und erzeugt dabei in aufeinanderfolgenden Messzeiträumen, auch als Frames bezeichnet, jeweilige Punktwolken, welche die Umgebung darstellen. Insbesondere wird dabei in einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Frames jeweils eine Position der statischen Referenzstruktur bestimmt.
Bei der Position der Referenzstruktur handelt es sich insbesondere um eine in der Fahrbahnebene beziehungsweise der x-y Ebene eines starr mit dem Umfeldsensorsystem 2 verbundenen Sensorkoordinatensystems lokalisierte Struktur, beispielsweise um eine Ecke oder Kante eines Gebäudes oder ein pfahlförmiges Objekt, beispielsweise ein Verkehrszeichen.
In Schritt ii des Verfahrens bestimmt die Recheneinheit 3 aus den mittels des Umfeldsensorsystems 2 erzeugten Punktwolken Koordinaten einer Trajektorie 9 der Referenzstruktur in dem Sensorkoordinatensystem. Insbesondere bestimmt die Recheneinheit 3 wenigstens drei Punkte der Trajektorie 9.
Zudem bestimmt die Recheneinheit 3, ob es sich bei dem Objekt 8 tatsächlich um ein statisches Objekt handelt. Ist dies der Fall, so wird das Objekt 8 zur Bestimmung der Gierrate herangezogen. Ansonsten kann das Verfahren bezüglich eines weiteren Objekts wieder mit Schritt i beginnen.
In Schritt iii des Verfahrens konstruiert die Recheneinheit 3 einen Kreis 10 beziehungsweise eine Gerade 10, auf dem die Koordinaten der Trajektorie 9 näherungsweise liegen. Insbesondere kann die Recheneinheit 3 dazu eine kreisförmige oder geradlinige Regressionskurve bestimmen, um die Koordinaten der Trajektorie 9 bestmöglich anzunähern.
In Schritt iv des Verfahrens bestimmt die Recheneinheit 3 eine Abweichung des Kreises 10 von der Trajektorie 9 beziehungsweise vergleicht die Abweichung mit einem vorgegebenen Fehlerkriterium, beispielsweise mit einem vorgegebenen Fehlergrenzwert.
Ist das vorgegebene Fehlerkriterium erfüllt, ist also beispielsweise die Abweichung kleiner als der vorgegebene Fehlergrenzwert, so bestimmt die Recheneinheit 3 in Schritt v des Verfahrens die Gierrate basierend auf dem Radius des Kreises, wobei der Fall einer Geraden 10 einem unendlichen Kreisradius entspricht.
Insbesondere kann die Recheneinheit 3 eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 zur Bestimmung der Gierrate heranziehen. Die Gierrate ist insbesondere gegeben durch die Längsgeschwindigkeit geteilt durch den Radius des Kreises.
Die Längsgeschwindigkeit kann beispielsweise durch die Recheneinheit 3 basierend auf während verschiedener, beispielsweise aufeinanderfolgender, Frames bestimmten Positionen der statischen Referenzstruktur bestimmt werden, indem der Quotient eines entsprechenden Abstands der Positionen und dem zugehörigen Zeitunterschied berechnet wird.
Alternativ oder zusätzlich kann die Längsgeschwindigkeit mittels des optionalen Geschwindigkeitssensors 5 bestimmt werden.
Die so bestimmte Gierrate kann beispielsweise auf einem Speichermedium (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs 1, der Recheneinheit 3 oder des Umfeldsensorsystems 2 gespeichert werden.
Die Schritte i bis v des Verfahrens können beispielsweise mehrfach wiederholt werden, um so mehrere Werte für die Gierrate zu bestimmen. Die Recheneinheit 3 kann die so bestimmten Werte für die Gierrate in Schritt vi des Verfahrens beispielsweise mitteln, um einen Mittelwert für die Gierrate zu berechnen.
In Schritt vii des Verfahrens kann die Recheneinheit 3 basierend auf einem abhängig von einem Sensorsignal des Gierratensensors 6 einen weiteren Wert für die Gierrate bestimmen. Die Recheneinheit 3 bestimmt eine Differenz zwischen den beiden Werten für die Gierrate, um so einen Kalibrierparameter zu erzeugen.
In Schritt viii des Verfahrens kann ein weiteres Sensorsignal des Gierratensensors 6 zur Bestimmung eines operativen Werts für die Gierrate mittels der Recheneinheit 3 ausgewertet werden. Die Recheneinheit 3 korrigiert den operativen Wert für die Gierrate mittels des Kalibrierparameters, der als konstanter Versatz des mittels des Gierratensensors 6 bestimmten Werts für die Gierrate von einem tatsächlichen Wert für die Gierrate angenommen wird.
So kann die Gierrate mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden und für nachfolgende Funktionen, beispielsweise zur Trajektorienbestimmung oder zur Objektverfolgung, herangezogen werden.
Das verbesserte Konzept ermöglicht es, wie beschrieben, einen genaueren Wert für die Gierrate zu bestimmen, als dies mittels eines Gierratensensors und beispielsweise mittels eines ABS-Steuergeräts oder eines ESP-Steuergeräts über einen Bus des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Wert für die Gierrate möglich ist. Insbesondere kann ein, bei geringen Gierraten vorhandener, näherungsweise konstanter Versatz der Gierrate mittels des verbesserten Konzepts korrigiert oder kompensiert werden.
Dazu wird ein statisches Objekt in der Umgebung des Kraftfahrzeugs verfolgt und die Krümmung der Trajektorie des statischen Objekts, also der lokale Kreisradius, auf dem die Trajektorie liegt, wird als proportional zur inversen Gierrate interpretiert.
Da die Bestimmung der Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mit einen relativ geringen Fehler, beispielsweise in der Größenordnung von 0,2 m/s, behaftet ist, kann die Gierrate mittels des verbesserten Konzepts anhand des Umfeldsensorsystems mit einer sehr hohen Genauigkeit bestimmt werden. Nimmt man einen Radius von 500 m und eine Längsgeschwindigkeit von 30 m/s an, so ergibt sich ein Fehler in der Gierrate von 0,03 Grad/s.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008026397 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass - mittels eines Umfeldsensorsystems (2) des Kraftfahrzeugs (1) eine Position einer statischen Referenzstruktur (8) bezüglich des Kraftfahrzeugs (1) wiederholt bestimmt wird; - mittels einer Recheneinheit (3) des Kraftfahrzeugs (1) basierend auf der wiederholt bestimmten Position Koordinaten einer Trajektorie (9) der Referenzstruktur (8) in einem Sensorkoordinatensystem bestimmt werden; - mittels der Recheneinheit (3) ein Kreis (10) konstruiert wird, auf dem die Koordinaten näherungsweise liegen; und - mittels der Recheneinheit (3) die Gierrate basierend auf einem Radius des Kreises (10) bestimmt wird, wenn eine Abweichung des Kreises (10) von den Koordinaten ein vorgegebenes Fehlerkriterium erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) bestimmt wird; und - die Gierrate mittels der Recheneinheit (3) basierend auf einem Verhältnis der Längsgeschwindigkeit zu dem Radius bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - mittels eines Fahrzeugzustandssensorsystems (4) des Kraftfahrzeugs (1) und der Recheneinheit (3) eine Trajektorie des Kraftfahrzeugs (1) bestimmt wird; - mittels der Recheneinheit (3) die Trajektorie des Kraftfahrzeugs (1) mit der Trajektorie (9) der Referenzstruktur (8) verglichen wird; und - mittels der Recheneinheit (3) die Referenzstruktur (8) abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs als statisches Objekt identifiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Umfeldsensorsystems (2) eine Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) optisch abgetastet wird, um die Position der Referenzstruktur (8) zu ermitteln.
Verfahren zur Kalibrierung einer Messung einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs (1), wobei ein erster Wert für die Gierrate mittels eines Drehratensensors (6) des Kraftfahrzeugs (1) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - ein zweiter Wert für die Gierrate basierend auf einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bestimmt wird; und - ein Kalibrierparameter mittels der Recheneinheit (3) basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert bestimmt wird.
Verfahren zur Bestimmung einer Gierrate eines Kraftfahrzeugs (1), wobei ein dritter Wert für die Gierrate mittels eines Drehratensensors (6) des Kraftfahrzeugs (1) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Verfahren nach Anspruch 5 durchgeführt wird; - mittels der Recheneinheit (3) der dritte Wert für die Gierrate anhand des Kalibrierparameters korrigiert wird, um einen vierten Wert für die Gierrate zu bestimmen.
Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug (1) zur Bestimmung einer Gierrate des Kraftfahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (7) - ein Umfeldsensorsystems (2) aufweist, das dazu eingerichtet ist, eine Position einer statischen Referenzstruktur (8) bezüglich des Kraftfahrzeugs (1) wiederholt zu ermitteln; und - eine Recheneinheit (3) aufweist, die dazu eingerichtet ist, - basierend auf der wiederholt bestimmten Position Koordinaten einer Trajektorie (9) der Referenzstruktur (8) in einem Sensorkoordinatensystem zu bestimmen; - einen Kreis (10) zu konstruieren, auf dem die Koordinaten näherungsweise liegen; und - einen Wert für die Gierrate basierend auf einem Radius des Kreises (10) zu bestimmen, wenn eine Abweichung des Kreises (10) von den Koordinaten ein vorgegebenes Fehlerkriterium erfüllt.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sensorvorrichtung (7) dazu eingerichtet ist, eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) zu bestimmen; und - die Recheneinheit (3) dazu eingerichtet ist, den Wert für die Gierrate basierend auf einem Verhältnis der Längsgeschwindigkeit zu dem Radius zu bestimmen.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sensorvorrichtung (7) ein Fahrzeugzustandssensorsystem (4) aufweist, das dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Bewegungsparameter des Kraftfahrzeugs (1) zu bestimmen; - die Recheneinheit (3) dazu eingerichtet ist, - basierend auf dem wenigsten einen Bewegungsparameter eine Trajektorie des Kraftfahrzeugs (1) zu bestimmen; - die Trajektorie des Kraftfahrzeugs (1) mit der Trajektorie (9) der Referenzstruktur (8) zu vergleichen; und - die Referenzstruktur (8) abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs als statisches Objekt zu identifizieren.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Umfeldsensorsystem (2) ein aktives optisches Sensorsystem beinhaltet.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sensorvorrichtung (7) einen Drehratensensor (6) beinhaltet, dazu eingerichtet, einen weiteren Wert für die Gierrate des Kraftfahrzeugs (1) zu bestimmen; - die Recheneinheit (3) dazu eingerichtet ist, basierend auf einer Differenz zwischen dem Wert für die Gierrate und dem weiteren Wert für die Gierrate einen Kalibrierparameter zu bestimmen.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (3) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem weiteren Wert für die Gierrate und dem Kalibrierparameter einen korrigierten Wert für die Gierrate zu bestimmen.
Kraftfahrzeug mit einer Sensorvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 7 bis 12.
Computerprogramm mit Befehlen, welche bei Ausführung des Computerprogramms durch eine Sensorvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 7 bis 12 die Sensorvorrichtung (7) dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
Computerlesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.