DE102019127023A1

DE102019127023A1 - Bestimmen einer Gierwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems

Info

Publication number: DE102019127023A1
Application number: DE102019127023.5A
Authority: DE
Inventors: 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

Gemäß einem Verfahren zum Bestimmen einer Gierwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems (2), welches an einem Kraftfahrzeug (1) montiert ist, werden mittels des Sensorsystems (2) Abtastpunkte (13) einer Referenzstruktur (14) erzeugt, während sich das Kraftfahrzeug (1) entlang einer Trajektorie (22) bewegt. Mittels einer Recheneinheit (4) wird ein Mittelpunkt (23) eines Kreises (24) bestimmt wird, auf dem die Trajektorie (22) liegt, eine erste gerade Linie (25) wird derart bestimmt, dass die Abtastpunkte (13) wenigstens näherungsweise auf der ersten geraden Linie (25) liegen und eine zweite gerade Linie (26) wird bestimmt, auf der ein Referenzabtastpunkt (27) der Abtastpunkte (13) liegt und die senkrecht auf einer Verbindungslinie (28) zwischen dem Mittelpunkt (23) und dem Referenzabtastpunkt (27) steht. Ein Winkel (δ), den die erste gerade Linie (25) mit der zweiten geraden Linie (26) einschließt, wird als Gierwinkel (δ) des Sensorsystems (2) bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Gierwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems, welches an einem Kraftfahrzeug montiert ist, wobei mittels des Sensorsystems Abtastpunkte einer Referenzstruktur in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs erzeugt werden, während sich das Kraftfahrzeug entlang einer Trajektorie bewegt. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium.
Aktive optische Sensorsysteme, wie beispielsweise Lidarsysteme, können an Kraftfahrzeugen montiert werden, um vielfältige Funktionen elektronischer Fahrzeugführungssysteme oder Fahrerassistenzsysteme zu realisieren. Diese Funktionen beinhalten Abstandsmessungen, Abstandsregelalgorithmen, Spurhalteassistenten, Objektverfolgungsfunktionen und so weiter. Abweichungen einer Einbauposition oder Orientierung des Sensorsystems von einer nominalen Orientierung beeinflussen die Genauigkeit der Messwerte beziehungsweise deren Interpretation und Auswertung und damit die Zuverlässigkeit und Robustheit der entsprechenden Funktionen. Daher ist es erforderlich, das aktive optische Sensorsystem zu kalibrieren, um entsprechende Orientierungs- oder Positionsabweichungen kompensieren zu können.
Im Dokument US 2016/0209211 A1 wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Fehlausrichtung eines Objektsensors beschrieben. Dabei werden Sensormesswerte erfasst und basierend darauf wird ermittelt, ob sich das Fahrzeug auf einer geraden Linie bewegt. Ist dies der Fall, werden Messpunkte eines Objekts erfasst und basierend auf diesen wird die Sensorfehlerausrichtung bestimmt.
Dadurch kann die Fehlausrichtung des Sensors nur in einer beschränkten Zahl von Situationen bestimmt werden, nämlich wenn sich das Fahrzeug auf einer geraden Linie bewegt. Die Anzahl der zur Verfügung stehenden Messpunkte beziehungsweise die Häufigkeit, mit der die Kalibrierung durchgeführt werden kann, beeinflusst jedoch maßgeblich die Genauigkeit der Kompensation der Orientierungs- oder Positionsabweichungen. Daher ist die Einschränkung des Verfahrens auf geradlinige Bewegungen des Kraftfahrzeugs nachteilhaft.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zum Bestimmen einer Gierwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems anzugeben, das eine genauere Kalibrierung bezüglich des Gierwinkels ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, gemäß einem vorgegebenen Fehlerkriterium zu identifizieren, ob sich das Fahrzeug näherungsweise auf einem kreisbogenförmigen Abschnitt einer Trajektorie bewegt. Ist dies der Fall können Abtastpunkte einer Referenzstruktur mit einer entsprechenden Tangente eines Kreises, der denselben Mittelpunkt hat wie der kreisbogenförmige Abschnitt, verglichen, um den Gierwinkel zu bestimmen.
Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Gierwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems, welches an einem Kraftfahrzeug montiert ist, angegeben. Dabei werden mittels des Sensorsystems Abtastpunkte einer Referenzstruktur, insbesondere einer Referenzstruktur einer vorgegebenen Art, in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs erzeugt, während sich das Kraftfahrzeug entlang einer Trajektorie bewegt. Mittels einer Recheneinheit, insbesondere des Kraftfahrzeugs oder einer Sensorvorrichtung für das Kraftfahrzeug, wird ein Mittelpunkt eines Kreises bestimmt, auf dem die Trajektorie gemäß einem vorgegebenen Fehlerkriterium liegt, insbesondere wenigstens näherungsweise liegt. Mittels der Recheneinheit wird eine erste gerade Linie derart bestimmt, dass die Abtastpunkte wenigstens näherungsweise auf der ersten geraden Linie liegen. Mittels der Recheneinheit wird eine zweite gerade Linie bestimmt, auf der ein Referenzabtastpunkt der Abtastpunkte liegt und die senkrecht auf einer Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt und dem Referenzabtastpunkt steht. Mittels der Recheneinheit wird ein Winkel als Gierwinkel des Sensorsystems bestimmt, den die erste gerade Linie mit der zweiten geraden Linie einschließt.
Das Kraftfahrzeug bewegt sich insbesondere entlang der Trajektorie und währenddessen werden mittels des Sensorsystems wiederholt oder periodisch entsprechende Punktwolken von Abtastpunkten basierend auf einer Abtastung der Umgebung erzeugt. Insbesondere wird für jeden Zeitraum einer vorgegebenen Länge, welcher auch als Frame bezeichnet werden kann, eine Abtastpunktwolke erzeugt. Bei den Abtastpunkten der Referenzstruktur handelt es sich insbesondere um eine Untermenge einer der Punktwolken, die während eines der Zeiträume erzeugt wurde.
Beispielsweise können die Punktwolken in einem Ringspeicher abgelegt werden, sodass stets eine vorgegebene Anzahl von Speicherplätzen des Ringspeichers mit Punktwolken von Abtastpunkten belegt ist. Falls das Fehlerkriterium erfüllt ist, werden die Abtastpunkte der Referenzstruktur beispielsweise mittels der Recheneinheit aus einem der Speicherplätze ausgelesen, um die beschriebenen weiteren Verarbeitungsschritte durchzuführen. Bei dem Speicherplatz beziehungsweise der ausgewählten Punktwolke handelt es sich nicht notwendigerweise um die aktuellste Punktwolke. Es ist vielmehr vorteilhaft, beispielsweise die älteste Punktwolke, welche beispielsweise auf einem ersten Speicherplatz des Ringspeichers gespeichert ist, auszuwählen und die Abtastpunkte aus dieser ersten oder ältesten Punktwolke gewählt werden.
Insbesondere beinhaltet das Erzeugen der Abtastpunkte der Referenzstruktur das Erzeugen der entsprechenden Punktwolke während eines der Zeiträume und das Identifizieren der Abtastpunkte der Referenzstruktur in der Punktwolke sowie das Auswählen der entsprechenden Abtastpunkte aus der Punktwolke. Das Identifizieren der Abtastpunkte der Referenzstruktur kann beispielsweise basierend auf geometrischen Beziehungen der Abtastpunkte zueinander erfolgen. Je nach Art der vorgegebenen Referenzstruktur können unterschiedliche geometrische Beziehungen auf das Vorhandensein der Referenzstruktur hindeuten. Wenn es sich bei der Referenzstruktur beispielsweise um eine Fahrbahnbegrenzung oder eine Fahrbahnmarkierungslinie oder einer sonstige näherungsweise zu stückweise näherungsweise gerade Struktur handelt, liegen die Abtastpunkte der Referenzstruktur beispielsweise näherungsweise auf einer geraden Linie.
Der Mittelpunkt des Kreises wird insbesondere bestimmt, indem der Kreis bestimmt beziehungsweise identifiziert wird. Dazu wird geprüft, ob sich die Trajektorie mit ausreichender Genauigkeit durch den Kreis nähern lässt, sodass die Trajektorie mit ausreichender Genauigkeit auf dem Kreis beziehungsweise einem Kreisbogen des Kreises liegt. Was in diesem Zusammenhang als ausreichend angesehen werden kann, ist durch das vorgegebene Fehlerkriterium definiert. Das Fehlerkriterium kann auch weitere Bedingungen beinhalten. Beispielsweise kann das Fehlerkriterium nur dann als gegeben oder erfüllt angesehen werden, wenn der Kreis, auf dem die Trajektorie wenigstens näherungsweise liegt, einen Radius aufweist, der größer oder gleich einem vorgegebenen Mindestradius ist. Je größer der Mindestradius gewählt wird, desto glatter sind tendenziell Trajektorien, für die das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Dass die Trajektorie gemäß dem Fehlerkriterium auf dem Kreis liegt, bedeutet insbesondere, dass die Trajektorie wenigstens näherungsweise auf einem entsprechenden Kreisbogen liegt. Insbesondere beschreibt die Trajektorie nicht notwendigerweise einen vollständigen Kreis.
Beispielsweise wird mittels der Recheneinheit die Trajektorie aufgezeichnet beziehungsweise eine Beschreibung der Trajektorie erzeugt und aufgezeichnet, ein Kreis wird, insbesondere entsprechend des Fehlerkriteriums, an die aufgezeichnete Trajektorie angenähert oder gefittet. Es wird ein Fehler oder eine Abweichung der Annäherung beziehungsweise des Fits gerechnet. Anhand des Fehlers beziehungsweise der Abweichung wird entschieden, ob das Fehlerkriterium erfüllt ist, also ob die Trajektorie im Sinne des verbesserten Konzepts wenigstens näherungsweise auf dem Kreis liegt.
Zum Bestimmen des Mittelpunkts des Kreises werden insbesondere entsprechende Ortskoordinaten des Mittelpunkts in einem beliebigen Koordinatensystem bestimmt, beispielsweise in einem Sensorkoordinatensystem, also einem starr mit dem Sensorsystem verbundenen Koordinatensystem.
Das Aufzeichnen der Trajektorie beziehungsweise das Erzeugen der Beschreibung der Trajektorie kann beispielsweise basierend auf mittels des Kraftfahrzeugs erfassten odometrischen Daten oder Bewegungsmessgrößen des Kraftfahrzeugs erfolgen.
Unter einer geraden Linie kann hier und im Folgenden eine Gerade oder ein Teil einer Geraden, insbesondere ein endlicher Teil einer Geraden, verstanden werden.
Hier und im Folgenden kann ein aktives optisches Sensorsystem dadurch als solches definiert sein, dass es eine Sendeeinheit mit einer Lichtquelle aufweist, insbesondere zum Aussenden von Licht beziehungsweise Lichtpulsen. Die Lichtquelle kann insbesondere als Laser ausgestaltet sein. Des Weiteren weist ein aktives optisches Sensorsystem eine Empfangseinheit mit mindestens einem optischen Detektor auf, insbesondere zum Erfassen von Licht oder Lichtpulsen, insbesondere reflektierter Anteile des ausgesendeten Lichts. Das aktive optische Sensorsystem ist insbesondere dazu eingerichtet, basierend auf dem detektierten Licht eines oder mehrere Sensorsignale zu erzeugen und zu verarbeiten und/oder auszugeben.
Hier und im Folgenden kann der Begriff „Licht“ derart verstanden werden, dass damit elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im Infrarotbereich 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.
Das Licht, welches von dem aktiven optischen Sensorsystem ausgesendet wird, kann insbesondere infrarotes Licht, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 905 nm, ungefähr 905 nm, 1.200 nm oder ungefähr 1.200 nm beinhalten. Diese Wellenlängenangaben können sich dabei jeweils auf einen Wellenlängenbereich mit einer breiteren Verteilung beziehen, welche für die entsprechende Lichtquelle typisch ist.
Im vorliegenden Falle des aktiven optischen Sensorsystems kann es sich bei der Lichtquelle beispielsweise um eine Laserlichtquelle handeln. Die genannten Wellenlängen können, im Rahmen üblicher Toleranzen, beispielsweise Peakwellenlängen des Laserspektrums entsprechen.
Das Sensorsystem kann beispielsweise eine Ablenkvorrichtung, beispielsweise mit einem beweglichen oder drehbar gelagerten Spiegel, beinhalten, mittels der von der Sendeeinheit erzeugtes Licht kontrolliert abgelenkt werden kann. In alternativen Ausführungsformen kann die Ablenkvorrichtung ein um eine oder zwei Achsen kipp- oder schwenkbares Spiegelelement zum Ablenken des Lichts in der Sendeebene aufweisen. Das Spiegelelement kann beispielsweise als mikroelektromechanisches System, MEMS, ausgestaltet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Ablenkvorrichtung kann zudem auch zum Ablenken des reflektierten Lichts dienen, sodass das reflektierte Licht auf einen oder mehrere der Detektoren der Empfangseinheit geleitet wird. In alternativen Ausführungsformen kann eine weitere Ablenkvorrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise analog zur Ablenkvorrichtung ausgestaltet ist, um das reflektierte Licht entsprechend abzulenken und auf die Detektoren zu leiten.
Insbesondere entspricht eine Longitudinalachse des Sensorsystems, welche beispielsweise eine X-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, einer Aussenderichtung der Lichtstrahlen bei einem Aussendewinkel von Null Grad, also beispielsweise einer Neutralstellung der Ablenkvorrichtung. Die Ablenkvorrichtung kann von der Neutralstellung abweichende Stellungen einnehmen, um das Licht abzulenken, sodass es innerhalb einer Sendeebene aus dem Sensorsystem austritt.
Eine Querachse des Sensorsystems, welche beispielsweise eine Y-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, liegt innerhalb der Sendeebene und steht beispielsweise senkrecht auf der Longitudinalachse, welche per Konstruktion ebenfalls innerhalb der Sendeebene liegt. Eine Normalachse des Sensorsystems steht senkrecht auf der Longitudinalachse und der Querachse des Sensorsystems. Die Normalachse des Sensorsystems definiert beispielsweise eine Z-Achse des Sensorkoordinatensystems.
Mit anderen Worten ist eine Blickrichtung oder Aussenderichtung des Sensorsystems bei Neutralstellung der Ablenkvorrichtung gleich der X-Achse des Sensorkoordinatensystems. Die Sendeebene ist durch die XY-Ebene des Sensorkoordinatensystems gegeben. Das Sensorsystem kann Licht mit unterschiedlichen Aussendewinkeln innerhalb der Sendeebene aussenden.
Eine Longitudinalachse des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere eine X-Achse eines Fahrzeugkoordinatensystems definiert, ist beispielsweise gegeben durch eine Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Neutralstellung eines Lenksystems des Kraftfahrzeugs oder bei einem Lenkwinkel, insbesondere einem Radwinkel oder einem Lenkradwinkel, des Kraftfahrzeugs von Null Grad.
Eine Querachse des Kraftfahrzeugs steht senkrecht auf der Longitudinalachse des Kraftfahrzeugs und liegt in einer Ebene, die parallel zur Fahrbahn ist, beziehungsweise parallel zu einer Ebene, innerhalb der Auflagepunkte der Räder des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn liegen. Die Querachse definiert insbesondere eine Y-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems. Eine Normalachse des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere eine Z-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems definiert, steht senkrecht auf der Longitudinalachse und auf der Querachse des Kraftfahrzeugs.
Eine Gesamtwinkellage des Sensorsystems kann beispielsweise durch die Gierwinkellage, eine Nickwinkellage sowie eine Rollwinkellage des Sensorsystems definiert sein. Dabei sind der Gierwinkel, ein Nickwinkel und ein Rollwinkel des Sensorsystems als Rotationswinkel oder Eulerwinkel des Sensorkoordinatensystems bezüglich eines nominalen Sensorkoordinatensystems nach einer vorgegebenen Konvention definiert.
Die Konvention kann beispielsweise derart sein, dass sich das Sensorkoordinatensystem aus dem nominalen Koordinatensystem durch die folgenden drei Rotationen ergibt, wobei davon ausgegangen wird, dass das Sensorkoordinatensystem und das nominale Sensorkoordinatensystem zunächst identisch sind: Das Sensorkoordinatensystem wird um den Gierwinkel um die Z-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems rotiert. Danach wird das resultierende Sensorkoordinatensystem um den Nickwinkel um die resultierende Y-Achse des resultierenden Sensorkoordinatensystems rotiert. Danach wird das resultierende Sensorkoordinatensystem um den Rollwinkel um die resultierende X-Achse des resultierenden Sensorkoordinatensystems rotiert. Andere Konventionen sind ebenfalls möglich.
Falls der Rollwinkel und der Nickwinkel gleich Null sind, entspricht der Gierwinkel insbesondere einem Rotationswinkel des Sensorkoordinatensystems um die Z-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems.
Die Gierwinkellage entspricht insbesondere einem Schätzwert oder Messwert für den Gierwinkel des Sensorsystems.
Das nominale Sensorkoordinatensystem kann beispielsweise durch das Fahrzeugkoordinatensystem gegeben oder definiert sein. Insbesondere kann das nominale Sensorkoordinatensystem durch die Longitudinalachse, die Querachse und die Normalachse des Kraftfahrzeugs gegeben oder definiert sein.
Dabei kann beispielsweise jede Koordinatenachse des nominalen Sensorkoordinatensystems parallel zu einer entsprechenden der Longitudinalachse, der Querachse und der Normalachse des Kraftfahrzeugs sein. Alternativ können die Koordinatenachsen des nominalen Sensorkoordinatensystems jeweils vordefinierte Winkel mit der Longitudinalachse, der Querachse und/oder der Normalachse des Kraftfahrzeugs einschließen.
Dass das Sensorsystem an dem Kraftfahrzeug montiert ist, kann beispielsweise derart verstanden werden, dass das Sensorsystem an dem Kraftfahrzeug befestigt ist und kann insbesondere auch bedeuten, dass das Sensorsystem teilweise oder vollständig innerhalb des Kraftfahrzeugs verbaut ist. Dabei ist jedenfalls sichergestellt, dass die Sendeeinheit das Licht in die Umgebung des Kraftfahrzeugs außerhalb des Kraftfahrzeugs aussenden kann und die Empfangseinheit die reflektierten Anteile empfangen kann.
Der nach dem beschriebenen Verfahren bestimmte Gierwinkel kann direkt als Gierwinkellage des Sensorsystems angesehen werden. Alternativ können die beschriebenen Schritte wiederholt werden und die entsprechend bestimmten verschiedenen Werte für den Gierwinkel können beispielsweise gemittelt werden, um die Gierwinkellage zu bestimmen. Die Abtastpunkte der Referenzstruktur wurden insbesondere alle mit demselben Detektor der Empfangseinheit erzeugt.
Zum Bestimmen der ersten geraden Linie wird insbesondere eine Ausgleichsgerade, welche die Abtastpunkte der Referenzstruktur annähert, bestimmt. Die erste gerade Linie entspricht dieser Ausgleichsgeraden oder ist ein Teil davon.
Bei dem Referenzabtastpunkt kann es sich insbesondere um einen beliebigen Abtastpunkt der Abtastpunkte der Referenzstruktur handeln.
Indem die zweite gerade Linie senkrecht auf der Verbindungslinie steht, entspricht sie einer Tangente an einen weiteren Kreis oder ist Teil der Tangente an den weiteren Kreis, wobei der Berührpunkt der Tangente dem Referenzabtastpunkt entspricht. Der weitere Kreis hat denselben Mittelpunkt wie der Kreis und einen Radius, der durch einen Abstand zwischen dem Mittelpunkt und dem Referenzabtastpunkt gegeben ist.
Bei der Verbindungslinie handelt es sich insbesondere um eine Sekante des Kreises oder des weiteren Kreises durch den Mittelpunkt oder einen Teil davon, also um eine Zentrale des Kreises oder des weiteren Kreises oder einem Teil davon.
Die Referenzstruktur entspricht beispielsweise einer näherungsweise geradlinigen Struktur, sodass die Abtastpunkte der Referenzstruktur in guter Näherung wenigstens näherungsweise auf der ersten geraden Linie liegen.
Der Kreis beschreibt näherungsweise die Trajektorie des Kraftfahrzeugs und der weitere Kreis verläuft näherungsweise konzentrisch zu der Trajektorie und durch den Referenzabtastpunkt. Falls der Gierwinkel gleich Null ist, so ist die Tangente an den weiteren Kreis durch den Referenzabtastpunkt und somit die zweite gerade Linie per Konstruktion parallel oder identisch zu der ersten geraden Linie. Der Winkel, den die erste mit der zweiten geraden Linie einschließt, ist dementsprechend ein Maß für den Gierwinkel.
Nach dem verbesserten Konzept kann die Gierwinkellage des Sensorsystems mit Vorteil online, also während eines Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs, bestimmt werden.
Insbesondere sind kein Kalibriertarget und keine definierte Kalibrierumgebung erforderlich, um die Gierwinkellage nach dem verbesserten Konzept zu bestimmen.
Nach dem verbesserten Konzept kann die Gierwinkellage bestimmt werden, wenn sich das Kraftfahrzeug näherungsweise auf einer kreisförmigen oder kreisbogenförmigen Trajektorie bewegt. Im Grenzfall sehr großer Kreisradien schließt dies auch Trajektorien ein, die näherungsweise geradlinig sind. Dadurch wird die Anzahl der möglichen Messpunkte während des Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs erhöht. Entsprechend kann der Gierwinkel häufiger bestimmt werden und eine Kalibrierung bezüglich des Gierwinkels kann mit höherer Genauigkeit erfolgen, beispielsweise durch Mittelwertbildung.
Indem die Trajektorie hinsichtlich des vorgegebenen Fehlerkriteriums mit dem Kreis verglichen wird, wird sichergestellt, dass nur ausreichend „gute“ Trajektorien, also ausreichend gut durch einen Kreisbogen näherbare Trajektorien, zur Gierwinkelbestimmung herangezogen werden. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit sichergestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfüllt die Trajektorie das vorgegebene Fehlerkriterium nur dann, wenn der Radius des Kreises größer oder gleich dem Minimalradius ist.
Durch die resultierende Beschränkung auf ausreichend glatte Trajektorien wird die Gierwinkelbestimmung ebenfalls genauer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels eines Bewegungssensorsystems, insbesondere des Kraftfahrzeugs oder der Sensorvorrichtung, wenigstens ein Bewegungsparameter des Kraftfahrzeugs erfasst und insbesondere gespeichert, während sich das Kraftfahrzeug entlang der Trajektorie bewegt. Mittels der Recheneinheit wird eine Beschreibung der Trajektorie basierend auf dem wenigstens einen Bewegungsparameter erzeugt, um den Mittelpunkt des Kreises zu bestimmen.
Das Erfassen des wenigstens einen Bewegungsparameters beinhaltet insbesondere ein Bestimmen oder Messen des wenigstens einen Bewegungsparameters und/oder das Ableiten des wenigstens einen Bewegungsparameters aus einer oder mehreren Messungen.
Der wenigstens eine Bewegungsparameter beinhaltet insbesondere eine oder mehrere odometrische Messgrößen oder auf einer oder mehreren odometrischen Messgrößen basierende Größen. Unter einer odometrischen Messgröße kann dabei eine Messgröße verstanden werden, basierend auf der sich eine Positionsänderung des Kraftfahrzeugs berechnen oder abschätzen lässt.
Das Erfassen und gegebenenfalls Speichern des wenigstens einen Bewegungsparameters kann beispielsweise ein periodisches, kontinuierliches oder wiederholtes Messen oder Bestimmen des wenigstens einen Bewegungsparameters mittels des Bewegungssensorsystems beinhalten.
Insbesondere kann die Beschreibung der Trajektorie basierend auf einem zeitlichen Verlauf oder einer zeitlichen Änderung des wenigstens einen Bewegungsparameters bestimmt werden.
Bei der Beschreibung der Trajektorie handelt es sich insbesondere um eine geometrische oder mathematische Beschreibung der Trajektorie. Insbesondere kann die Beschreibung der Trajektorie entsprechende Positionen oder Koordinaten des Kraftfahrzeugs zu unterschiedlichen Zeitpunkten beinhalten oder aus diesen bestehen.
In solchen Ausführungsformen wird die Trajektorie beziehungsweise die Beschreibung der Trajektorie anhand des Bewegungssensorsystems und damit insbesondere unabhängig von dem aktiven optischen Sensorsystem bestimmt. Die so bestimmte Trajektorie kann daher als Referenz für die Bestimmung des Gierwinkels herangezogen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der wenigstens eine Bewegungsparameter eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, und/oder eine Gierrate des Kraftfahrzeugs.
Bei der Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs handelt es sich insbesondere um eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs entlang der X-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems, deren Orientierung im Raum sich insbesondere während der Bewegung des Kraftfahrzeugs verändern kann.
Bei der Gierrate des Kraftfahrzeugs handelt es sich insbesondere um eine Rotationsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs um die Z-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems.
Das Bewegungssensorsystem kann beispielsweise einen oder mehrere Inertialsensoren, Beschleunigungssensoren oder Geschwindigkeitssensoren des Kraftfahrzeugs beinhalten, um den wenigstens einen Bewegungsparameter zu messen oder zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der wenigstens eine Bewegungsparameter eine Beschleunigung oder Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, wobei die Querbeschleunigung beispielsweise einer Beschleunigung entlang der Y-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der wenigstens eine Bewegungsparameter neben den Messwerten oder den davon abgeleiteten Werten zugehörige Zeitmarken, die auch als Time Stamps bezeichnet werden können. Das bedeutet, jedem Messwert oder jedem von einem oder mehreren Messwerten abgeleiteten Wert ist eine Zeitmarke zugeordnet. Durch die Zuordnung der Zeitmarken zu den Messwerten wird die odometrische Bestimmung der Position des Kraftfahrzeugs basierend auf den Messwerten ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Recheneinheit basierend auf der Beschreibung der Trajektorie ein Näherungskreis bestimmt, auf dem die Trajektorie wenigstens näherungsweise liegt. Abhängig von einer Abweichung des Näherungskreises von der Trajektorie wird geprüft, ob das Fehlerkriterium erfüllt ist. Ein Mittelpunkt des Näherungskreises wird mittels der Recheneinheit als der Mittelpunkt des Kreises bestimmt, wenn das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Das Bestimmen des Näherungskreises beinhaltet insbesondere ein Optimieren oder Fitten entsprechender Kreisparameter, insbesondere von Mittelpunktskoordinaten und Kreisradius, an die aktuell vorhandenen Positionen der Beschreibung der Trajektorie. Je nachdem, wie gut sich die Trajektorie durch den Näherungskreis nähern lässt, ist das Fehlerkriterium erfüllt oder nicht erfüllt. Dabei kann beispielsweise der Radius des Näherungskreises auf Radien größer oder gleich dem Minimalradius beschränkt sein, um die Bestimmung des Gierwinkels auf ausreichend glatte Trajektorien zu beschränken. Mit anderen Worten entspricht der Näherungskreis dem Kreis, wenn das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Die Abweichung des Näherungskreises von der Trajektorie beinhaltet insbesondere eine Kennzahl, welche einen Fehler der Optimierung, des Fits oder der Näherung des Näherungskreises an die Trajektorie beschreibt. Beispielsweise kann die Abweichung einen mittleren quadratischen Fehler der Näherung beinhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Recheneinheit festgestellt, dass das Fehlerkriterium erfüllt ist, wenn, insbesondere nur dann, wenn die Abweichung kleiner oder gleich einer vorgegebenen Maximalabweichung ist.
Beispielsweise kann die Recheneinheit in verschiedenen Ausführungsformen nur unter der Bedingung, dass die Trajektorie über eine vorgegebene Mindestlänge, eine Mindestanzahl von Positionen oder über eine vorgegebene Mindestzeit mit einer Abweichung kleiner oder gleich der Maximalabweichung durch den Näherungskreis genähert werden kann, feststellen, dass das Fehlerkriterium erfüllt ist,.
Die Mindestlänge beziehungsweise die Mindestanzahl von Positionen kann beispielsweise der Anzahl von Speicherplätzen des Ringspeichers entsprechen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Beschreibung der Trajektorie mittels der Recheneinheit periodisch aktualisiert, wobei für jeden Zeitraum einer Vielzahl, also wenigstens dreier, aufeinanderfolgender Zeiträume basierend auf dem wenigstens einen Bewegungsparameter eine Position des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. Der Näherungskreis und die Abweichung des Näherungskreises von der Trajektorie werden für jeden der Zeiträume basierend auf der jeweils aktualisierten Beschreibung der Trajektorie bestimmt. Für jeden der Zeiträume wird geprüft, ob das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Insbesondere wird der Näherungskreis beispielsweise so lange verworfen, bis das Fehlerkriterium erfüllt ist. Dann entspricht der Kreis dem Näherungskreis.
Der wenigstens eine Bewegungsparameter wird beispielsweise ebenfalls periodisch erfasst, insbesondere wird die Position des Kraftfahrzeugs beispielsweise für jeden der Zeiträume bestimmt. Basierend auf den periodisch bestimmten Positionen wird die Beschreibung der Trajektorie beispielsweise aktualisiert.
Die Beschreibung der Trajektorie kann beispielsweise auf dem Ringspeicher oder einem weiteren Ringspeicher beispielsweise mit derselben Anzahl von Speicherplätzen wie der Ringspeicher gespeichert werden. In diesem Fall wird beim Aktualisieren der Beschreibung beispielsweise der jeweils älteste Eintrag in dem Ringspeicher oder dem weiteren Ringspeicher gelöscht oder verworfen und der jeweils neueste Eintrag beziehungsweise die jeweils aktuellste Position des Kraftfahrzeugs wird gespeichert.
Gemäß solcher Ausführungsformen kann die Trajektorie periodisch durch jeweilige Näherungskreise angenähert werden und erst dann, wenn die Trajektorie gemäß dem Fehlerkriterium ausreichend gut geeignet ist, um den Gierwinkel mit einer gewünschten Genauigkeit zu bestimmen, wird diese als Referenz für die Gierwinkelbestimmung herangezogen, indem, wie beschrieben, die erste und die zweite gerade Linie bestimmt und miteinander verglichen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Umgebung des Kraftfahrzeugs periodisch mittels des Sensorsystems abgetastet, wobei für jeden der Zeiträume eine Punktwolke mittels des Sensorsystems erzeugt und insbesondere gespeichert wird. Die Abtastpunkte der Referenzstruktur werden mittels der Recheneinheit aus einer der Punktwolken ausgewählt, wenn das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Insbesondere werden die Abtastpunkte der Referenzstruktur aus der aktuell ältesten Punktwolke ausgewählt, die zu der Trajektorie gehört.
Indem eine gespeicherte ältere Punktwolke herangezogen wird und nicht beispielsweise die aktuellste oder eine relativ aktuelle Punktwolke, ist sichergestellt, dass die Trajektorie, die als Referenz für die Gierwinkelbestimmung herangezogen wird, für einen gegebenen Mindestzeitraum die Anforderungen gemäß dem Fehlerkriterium erfüllt. Dadurch können fehlerhafte Gierwinkelbestimmungen, beispielsweise bei bevorstehenden Abbiegemanövern oder sonstigen abrupten Richtungswechseln des Kraftfahrzeugs, vermieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird jede der Punktwolken, insbesondere mittels der Recheneinheit, in den Ringspeicher gespeichert, wobei der Ringspeicher die vorgegebene Anzahl von Speicherplätzen aufweist. Die Abtastpunkte der Referenzstruktur werden mittels der Recheneinheit aus einer aktuell ältesten in dem Ringspeicher gespeicherten Punktwolke ausgewählt, wenn das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Insbesondere kann die Trajektorie beziehungsweise die Beschreibung der Trajektorie aus einer Anzahl von Positionen des Kraftfahrzeugs bestehen, die gleich der Anzahl der Speicherplätze des Ringspeichers ist. Das heißt, die Trajektorie beziehungsweise die Beschreibung der Trajektorie, beinhaltet für jede Punktwolke eine entsprechende Position des Kraftfahrzeugs und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mittels des Sensorsystems Abtastpunkte einer Fahrbahnmarkierung oder einer Fahrbahnbegrenzung erzeugt, um die Abtastpunkte der Referenzstruktur zu erzeugen. Mit anderen Worten beinhaltet die Referenzstruktur die Fahrbahnmarkierung oder die Fahrbahnbegrenzung.
Mit Vorteil stellen Fahrbahnmarkierungen und Fahrbahnbegrenzungen stückweise näherungsweise geradlinige Strukturen dar, die sich in der Regel kontinuierlich mit der Trajektorie des Kraftfahrzeugs „mitbewegen“. Dadurch stellen diese geeignete Referenzstrukturen für das verbesserte Konzept dar.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird eine Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug angegeben. Die Sensorvorrichtung weist eine Recheneinheit und ein aktives optisches Sensorsystem zur Montage an dem Kraftfahrzeug auf. Das Sensorsystem ist dazu eingerichtet, Abtastpunkte einer Referenzstruktur in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs zu erzeugen, während sich das Kraftfahrzeug entlang einer Trajektorie bewegt. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, einen Mittelpunkt eines Kreises zu bestimmen, auf den die Trajektorie gemäß einem vorgegebenen Fehlerkriterium liegt, insbesondere wenigstens näherungsweise beziehungsweise wenigstens teilweise liegt. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, eine erste gerade Linie derart zu bestimmen, dass die Abtastpunkte wenigstens näherungsweise auf der ersten geraden Linie liegen und eine zweite gerade Linie zu bestimmen, auf der ein Referenzabtastpunkt der Abtastpunkte liegt und die senkrecht auf einer Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt und dem Referenzabtastpunkt steht. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, einen Winkel, den die erste gerade Linie mit der zweiten geraden Linie einschließt, zu bestimmen, um einen Gierwinkel des Sensorsystems zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Sensorvorrichtung weist die Sensorvorrichtung ein Bewegungssensorsystem auf, das dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Bewegungsparameter des Kraftfahrzeugs zu erfassen, während sich das Kraftfahrzeug entlang der Trajektorie bewegt. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, eine Beschreibung der Trajektorie basierend auf dem wenigstens einen Bewegungsparameter zu erzeugen, um den Mittelpunkt des Kreises zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung einen Ringspeicher mit einer vorgegebenen Anzahl von Speicherplätzen auf. Das Sensorsystem ist dazu eingerichtet, die Umgebung des Kraftfahrzeugs periodisch abzutasten und dazu für jeden der Zeiträume eine Punktwolke zu erzeugen und in dem Ringspeicher zu speichern.
Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, die Abtastpunkte der Referenzstruktur aus einer ältesten, insbesondere aktuell ältesten, in dem Ringspeicher gespeicherten Punktwolke auszuwählen, wenn das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Weitere Ausgestaltungsformen der Sensorvorrichtung ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere kann die Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept dazu eingerichtet oder programmiert sein, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept führt ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durch.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Kraftfahrzeug angegeben, welches eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept beinhaltet.
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 des Computerprogramms die Sensorvorrichtung dazu, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf welchem 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 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
2 eine schematische Darstellung einer Sendeeinheit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
3 eine schematische Darstellung einer Empfangseinheit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
4 eine schematische Darstellung eines Sensorsystems einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
5 eine schematische Darstellung eines Sensorsystems einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
6 eine schematische Darstellung eines Sensorsystems einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
7 beispielhafte schematische Trajektorien eines Kraftfahrzeugs; und
8 verschiedene Aspekte einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept.

In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 gezeigt, welches eine Sensorvorrichtung 7 nach dem verbesserten Konzept aufweist. Die Sensorvorrichtung 7 weist ein aktives optisches Sensorsystem 2 auf, das beispielsweise als Lidarsystem ausgebildet ist. Eine nominale Ausrichtung des Sensorsystems 2 ist beispielsweise gegeben durch eine Longitudinalachse 17 des Kraftfahrzeugs 1, eine Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1 sowie eine Normalachse (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs 1, welche senkrecht auf dessen Longitudinal- und Querachse 17, 18 steht.
In der Draufsicht der 1 ist eine Projektion 15 einer Longitudinalachse des Sensorsystems 2 auf eine Fahrbahn 16 gezeigt, auf der sich das Kraftfahrzeug 1 befindet.
Das Sensorsystem 2 weist eine Sendeeinheit 8 auf, beispielsweise mit einer Laserquelle, um Lichtpulse 3 mit verschiedenen Aussendewinkeln innerhalb einer Sendeebene des Sensorsystems 2 auszusenden.
Die Sendeebene ist insbesondere definiert durch eine Ebene, welche durch die Longitudinalachse des Sensorsystems 2 und eine Querachse des Sensorsystems 2 aufgespannt wird. Die Querachse des Sensorsystems 2 steht dabei senkrecht zur Longitudinalachse des Sensorsystems 2.
Ein Winkel δ zwischen der Projektion der Longitudinalachse 17 des Kraftfahrzeugs 1 auf die Fahrbahn 16 und der Projektion 15 der Longitudinalachse des Sensorsystems 2 auf die Fahrbahn 16 entspricht einem Gierwinkel des Sensorsystems 2.
Die Sensorvorrichtung 7 weist außerdem eine Recheneinheit 4 auf sowie eine Empfangseinheit 9. Die Recheneinheit 4 ist mit der Empfangseinheit 9 und beispielsweise mit der Sendeeinheit 8 verbunden. Insbesondere kann die Recheneinheit die Sendeeinheit ansteuern, um die Lichtpulse 3 auszusenden. Die Empfangseinheit 9 kann reflektierte Anteile des Lichtpulses 3 in Form eines reflektierten Lichtpulses 5 detektieren und basierend darauf wenigstens ein Sensorsignal erzeugen und an die Recheneinheit 4 übermitteln.
Die Sensorvorrichtung 7 weist außerdem beispielsweise einen Ringspeicher 30 auf, auf den die Recheneinheit 4 lesend und schreibend zugreifen kann.
Die Sensorvorrichtung 7 weist außerdem ein Bewegungssensorsystem 6 auf, welches einen oder mehrere Sensoren zur Bestimmung wenigstens eines Bewegungsparameters des Kraftfahrzeugs aufweist. Beispielsweise kann das Bewegungssensorsystem 6 einen Gierratensensor, einen Geschwindigkeitssensor zur Bestimmung einer Longitudinalgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 und/oder einen Querbeschleunigungssensor beinhalten.
In 2 ist schematisch die Sendeeinheit 8 des Sensorsystems 2 gezeigt. Außerdem ist der von der Sendeeinheit 8 ausgesandte Lichtpuls 3 gezeigt. Zudem ist in 2 schematisch ein Objekt 19 in einer Umgebung des Sensorsystems 2 beziehungsweise des Kraftfahrzeugs 1 gezeigt.
Die obere Abbildung in 2 entspricht beispielsweise einer Blickrichtung parallel zu der Querachse des Sensorsystems 2 auf die Sendeeinheit 8. Die untere Abbildung in 2 entspricht beispielsweise einer Blickrichtung parallel zu der Normalachse des Sensorsystems 2, welche senkrecht auf der Longitudinal- und der Querachse des Sensorsystems 2 steht, auf die Sendeeinheit 8.
Wie in den Abbildungen der 2 erkennbar ist, kann eine jeweilige Strahlaufweitung der Laserstrahlen in unterschiedlichen Ebenen unterschiedlich ausfallen, wenn die Sendeeinheit als Lichtquelle einen Laser beinhaltet.
In 3 sind schematisch die Empfangseinheit 9, eine Linse 31 sowie ein Spiegel 20 des Sensorsystems 2 gezeigt. Die Empfangseinheit 9 beinhaltet wenigstens zwei, im Beispiel der 3, drei optische Detektoren 10, 11, 12, die insbesondere nebeneinander linear entlang einer Achse parallel zur Normalachse des Sensorsystems 2angeordnet sind und beispielsweise als Avalanche-Photodioden ausgestaltet sind.
Die Empfangseinheit 9 weist außerdem eine Welle 21 auf, die drehbar gelagert und mit dem Spiegel 20 verbunden ist, sodass der Spiegel 20 um die entsprechende Drehachse drehbar ist.
Die Ansicht der 3 kann beispielsweise als Draufsicht, also gemäß einer Blickrichtung parallel zur Normalachse des Sensorsystems 2, auf die Empfangseinheit 9 verstanden werden. Die Detektoren 10, 11, 12 sind zu Zwecken der Verdeutlichung perspektivisch verzerrt dargestellt. In einer tatsächlichen Draufsicht würden die Detektoren 10, 11, 12 übereinander liegen und sich beispielsweise gegenseitig verdecken.
Die Sendeeinheit 8 ist in 3 nicht dargestellt, kann jedoch bezüglich des Spiegels 20 derart angeordnet sein, dass bei Rotation des Spiegels um die Drehachse der Aussendewinkel der Lichtpulse 3 variiert werden kann. Die Drehachse und die Welle 21 sind also insbesondere senkrecht zu der Sendeebene ausgerichtet.
Ein Empfangspfad für den reflektierten Puls 5, welcher beispielsweise von dem Objekt 19 oder der Fahrbahn 16 reflektiert wurde, führt über den Spiegel 20 und die Linse 31 zur Empfangseinheit 9. Der reflektierte Lichtpuls 5 wird dann von mindestens einem der Detektoren 10, 11, 12 erfasst.
Durch die Rotation des Spiegels 20 um die Drehachse kann jeder der Detektoren 10, 11, 12 aus unterschiedlichen Richtungen einfallende reflektierte Anteile des Lichtpulses 3 detektieren. Die Momentanposition des Spiegels 20 kann dabei beispielsweise bei einem mit der Welle 21 gekoppelten Drehgeber (nicht dargestellt) bestimmt werden.
Indem die Momentanposition des Spiegels 20 beispielsweise zu jedem Zeitpunkt bekannt ist, kann über die zeitliche Abfolge der detektierten Lichtstrahlen eine Menge von Abtastpunkten erzeugt werden. Dabei wird mittels jedes Detektors 10, 11, 12 eine Untermenge von Abtastpunkten erzeugt. Eine Untermenge von Abtastpunkten, die für unterschiedliche Winkelpositionen des Spiegels mittels eines der Detektoren 10, 11, 12 erzeugt wird, wird auch als Lage von Abtastpunkten bezeichnet. Handelt es sich bei den Abtastpunkten um Abtastpunkte der Fahrbahn 16, so wird die Lage auch als Bodenlage oder Ground Layer bezeichnet.
In 4 ist schematisch das Sensorsystem 2 dargestellt, sowie die Fahrbahn 16 und zwei Fahrbahnmarkierungen 14, 14'. Außerdem sind die X-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems X₀ und die Y-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems Y₀ gezeigt. Die X-Achse des Sensorkoordinatensystems X_S entspricht im Beispiel der 4 beispielsweise der X-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems X₀, sodass der Gierwinkel gleich Null ist.
Insbesondere sind die Fahrbahnmarkierungen 14, 14' jeweils näherungsweise parallel zu der X-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems X₀.
In 5 ist eine ähnliche Situation wie in 4 dargestellt, mit dem Unterschied, dass der Gierwinkel δ ungleich Null ist und entsprechend die X-Achse des Sensorkoordinatensystems X_S mit der X-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems X₀ den Gierwinkel δ einschließt.
In 6 ist die Situation der 5 in dem Sensorkoordinatensystem X_S, Y_S gezeigt. Der Gierwinkel δ entspricht näherungsweise dem Winkel zwischen der X-Achse des Sensorkoordinatensystems X_S und einer der Fahrbahnmarkierungen 14.
Gemäß dem verbesserten Konzept, insbesondere gemäß einem Verfahren zum Bestimmen der Gierwinkellage nach dem verbesserten Konzept, bestimmt die Recheneinheit 4 einen Kreis 24 mit einem Mittelpunkt 23, auf dem eine Trajektorie 22 des Kraftfahrzeugs 1 näherungsweise liegt, wie in 8 schematisch dargestellt.
Dazu kann mittels des Bewegungssensorsystems 6 kontinuierlich der wenigstens eine Bewegungsparameter erfasst und gespeichert werden und mittels der Recheneinheit 4 können jeweils entsprechende Positionen des Kraftfahrzeugs berechnet und als Beschreibung der Trajektorie 22 gespeichert werden. In 7 sind die Trajektorie 22 sowie eine alternative Trajektorie 22' im Sensorkoordinatensystem X_S, Y_S dargestellt.
Mittels der Recheneinheit 4 wird die jeweiligen Trajektorie 22, 22' an einen Kreis angenähert. Dabei bestimmt die Recheneinheit 4, ob ein vorgegebenes Fehlerkriterium für die Trajektorie 22, 22' erfüllt ist, insbesondere, ob sich die Trajektorie 22, 22' mit einem Kreis, der mindestens einen vorgegebenen Minimalradius aufweist, mit einer entsprechend dem Fehlerkriterium ausreichenden Genauigkeit annähern lässt.
Beispielsweise kann die Trajektorie 22 gemäß dem Fehlerkriterium ausreichend gut angenähert werden, während eine Annäherung mit einem Kreis mit ausreichend großem Radius für die Trajektorie 22' nicht möglich ist.
Für den in 8 dargestellten Kreis 24, der die Trajektorie 22 annähert, ist das Fehlerkriterium beispielsweise erfüllt.
Mittels des aktiven optischen Sensorsystems 2 werden Abtastpunkte 13 einer Lage einer Punktwolke ausgewählt, die einer Referenzstruktur beispielsweise der Fahrbahnmarkierung 14 entsprechen.
Da die Fahrbahnmarkierung 14 näherungsweise gerade ist, jedenfalls stückweise näherungsweise gerade ist, kann die Recheneinheit 4 eine erste Linie 25 bestimmen, auf der die Abtastpunkte 13 näherungsweise liegen. Die erste gerade Linie kann beispielsweise einer Ausgleichsgeraden durch die Abtastpunkte 13 entsprechen.
Die Recheneinheit 4 wählt einen der Abtastpunkte 13 als Referenzabtastpunkt 27 aus. Die Recheneinheit 4 bestimmt dann eine zweite Linie 26 als Tangente an einen weiteren Kreis 29, wobei der Referenzabtastpunkt 27 dem Berührpunkt der Tangente an dem weiteren Kreis 29 entspricht. Der weitere Kreis 29 hat dabei denselben Mittelpunkt 23 wie der Kreis 24, welcher die Trajektorie 22 näherungsweise beschreibt. Der Radius des weiteren Kreises 29 ist per Konstruktion gegeben durch eine Verbindungslinie 28 zwischen dem Mittelpunkt 23 und dem Referenzabtastpunkt 27.
Falls der Gierwinkel δ ungleich Null ist, weichen die erste und die zweite Linie 25, 26 voneinander ab und schließen insbesondere den Gierwinkel δ ein. Auf diese Weise kann die Recheneinheit 4 basierend auf der ersten Linie 25 und der zweiten Linie 26 den Gierwinkel δ bestimmen.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird eine Möglichkeit angegeben, den Gierwinkel des Sensorsystems online nicht nur auf geraden Fahrbahnabschnitten zu bestimmen, sondern auch in Kurven. Dadurch, dass das Sensorsystem eine dreidimensionale Punktwolke von Abtastpunkten erzeugen kann, kann das verbesserte Konzept die Trajektorie des Kraftfahrzeugs während einer Kurvenfahrt als Referenz für die Gierwinkelbestimmung heranziehen.
Beispielsweise basierend auf den odometrischen Daten inklusive der Longitudinalgeschwindigkeit, der Gierrate und entsprechender Zeitmarken wird beispielsweise zunächst die Trajektorie, die von dem Kraftfahrzeug zurückgelegt wurde, konstruiert. Falls die Trajektorie mittels einer geraden Linie oder eines Kreises mit einer bestimmten vorgegebenen Genauigkeit angenähert werden kann, kann die Trajektorie als Referenz verwendet werden.
Aus der Trajektorie ist der Mittelpunkt der Kurve beziehungsweise des Kreises bekannt. Die Abtastpunkte der Referenzstruktur werden mit der tatsächlichen Tangente des Kreises, welcher denselben Mittelpunkt wie die Trajektorie aufweist und durch einen Referenzabtastpunkt geht, verglichen. Der eingeschlossene Winkel entspricht näherungsweise dem Gierwinkel.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0209211 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Gierwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems (2), welches an einem Kraftfahrzeug (1) montiert ist, wobei mittels des Sensorsystems (2) Abtastpunkte (13) einer Referenzstruktur (14) in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) erzeugt werden, während sich das Kraftfahrzeug (1) entlang einer Trajektorie (22) bewegt; dadurch gekennzeichnet, dass - mittels einer Recheneinheit (4) ein Mittelpunkt (23) eines Kreises (24) bestimmt wird, auf dem die Trajektorie (22) gemäß einem vorgegebenen Fehlerkriterium liegt; - mittels der Recheneinheit (4) eine erste gerade Linie (25) derart bestimmt wird, dass die Abtastpunkte (13) wenigstens näherungsweise auf der ersten geraden Linie (25) liegen; - mittels der Recheneinheit (4) eine zweite gerade Linie (26) bestimmt wird, auf der ein Referenzabtastpunkt (27) der Abtastpunkte (13) liegt und die senkrecht auf einer Verbindungslinie (28) zwischen dem Mittelpunkt (23) und dem Referenzabtastpunkt (27) steht; und - mittels der Recheneinheit (4) ein Winkel (δ), den die erste gerade Linie (25) mit der zweiten geraden Linie (26) einschließt, als Gierwinkel (δ) des Sensorsystems (2) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - wenigstens ein Bewegungsparameter des Kraftfahrzeugs (1) mittels eines Bewegungssensorsystems (6) erfasst wird, während sich das Kraftfahrzeug (1) entlang der Trajektorie (22) bewegt; und - mittels der Recheneinheit (4) eine Beschreibung der Trajektorie (22) basierend auf dem wenigstens einen Bewegungsparameter erzeugt wird, um den Mittelpunkt (23) des Kreises (24) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bewegungsparameter eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) und/oder eine Gierrate des Kraftfahrzeugs (1) beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Recheneinheit (4) - basierend auf der Beschreibung der Trajektorie (22) ein Näherungskreis bestimmt wird, auf dem die Trajektorie (22) wenigstens näherungsweise liegt; - abhängig von einer Abweichung des Näherungskreises von der Trajektorie (22) geprüft wird, ob das Fehlerkriterium erfüllt ist; und - ein Mittelpunkt des Näherungskreises als der Mittelpunkt (23) des Kreises (24) bestimmt wird, wenn das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Recheneinheit (4) festgestellt wird, dass das Fehlerkriterium erfüllt ist, wenn die Abweichung kleiner oder gleich einer vorgegebenen Maximalabweichung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Recheneinheit (4) - die Beschreibung der Trajektorie (22) periodisch aktualisiert wird, wobei für jeden Zeitraum einer Vielzahl aufeinanderfolgender Zeiträume basierend auf dem wenigstens einen Bewegungsparameter eine Position des Kraftfahrzeugs (1) bestimmt wird; - der Näherungskreis und die Abweichung des Näherungskreises von der Trajektorie (22) für jeden der Zeiträume basierend auf der aktualisierten Beschreibung der Trajektorie (22) bestimmt werden; und - für jeden der Zeiträume geprüft wird, ob das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) periodisch mittels des Sensorsystems (2) abgetastet wird, wobei für jeden der Zeiträume eine Punktwolke mittels des Sensorsystems (2) erzeugt wird; - die Abtastpunkte (13) der Referenzstruktur (14) mittels der Recheneinheit (4) aus einer der Punktwolken ausgewählt werden, wenn das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass - jede der Punktwolken in einen Ringspeicher (30) mit einer vorgegebenen Anzahl von Speicherplätzen gespeichert wird; - die Abtastpunkte (13) der Referenzstruktur (14) mittels der Recheneinheit (4) aus einer aktuell ältesten in dem Ringspeicher (30) gespeicherten Punktwolke ausgewählt werden, wenn das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Sensorsystems (2) Abtastpunkte einer Fahrbahnmarkierung oder einer Fahrbahnbegrenzung als die Abtastpunkte (13) der Referenzstruktur (14) erzeugt werden.
Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend eine Recheneinheit (4) und ein aktives optisches Sensorsystem (2) zur Montage an dem Kraftfahrzeug (1), wobei das Sensorsystem (2) dazu eingerichtet ist, Abtastpunkte (13) einer Referenzstruktur (14) in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) zu erzeugen, während sich das Kraftfahrzeug (1) entlang einer Trajektorie (22) bewegt; dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (4) dazu eingerichtet ist, - einen Mittelpunkt (23) eines Kreises (24) zu bestimmen, auf dem die Trajektorie (22) gemäß einem vorgegebenen Fehlerkriterium liegt; - eine erste gerade Linie (25) derart zu bestimmen wird, dass die Abtastpunkte (13) wenigstens näherungsweise auf der ersten geraden Linie (25) liegen; - eine zweite gerade Linie (26) zu bestimmen, auf der ein Referenzabtastpunkt (27) der Abtastpunkte (13) liegt und die senkrecht auf einer Verbindungslinie (28) zwischen dem Mittelpunkt (23) und dem Referenzabtastpunkt (27) steht; und - einen Winkel (δ), den die erste gerade Linie (25) mit der zweiten geraden Linie (26) einschließt, zu bestimmen, um einen Gierwinkel (δ) des Sensorsystems (2) zu bestimmen.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sensorvorrichtung (7) ein Bewegungssensorsystem (6) aufweist, dazu eingerichtet, wenigstens einen Bewegungsparameter des Kraftfahrzeugs (1) zu erfassen, während sich das Kraftfahrzeug (1) entlang der Trajektorie (22) bewegt; und - die Recheneinheit (4) dazu eingerichtet ist, eine Beschreibung der Trajektorie (22) basierend auf dem wenigstens einen Bewegungsparameter zu erzeugen, um den Mittelpunkt (23) des Kreises (24) zu bestimmen.
Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sensorvorrichtung (7) einen Ringspeicher (30) mit einer vorgegebenen Anzahl von Speicherplätzen aufweist; - das Sensorsystem (2) dazu eingerichtet ist, die Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) periodisch abzutasten und dazu für jeden der Zeiträume eine Punktwolke zu erzeugen und in dem Ringspeicher (30) zu speichern; und - die Recheneinheit (4) dazu eingerichtet ist, die Abtastpunkte (13) der Referenzstruktur (14) aus einer ältesten in dem Ringspeicher (30) gespeicherten Punktwolke auszuwählen, wenn das Fehlerkriterium erfüllt ist.
Kraftfahrzeug mit einer Sensorvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 10 bis 12.
Computerprogramm mit Befehlen, die bei Ausführung des Computerprogramms durch eine Sensorvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 die Sensorvorrichtung (7) dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.