DE102019215622A1

DE102019215622A1 - Verfahren und Fahrerassistenzsystem zum Bestimmen der Passierbarkeit eines Fahrschlauchs

Info

Publication number: DE102019215622A1
Application number: DE102019215622.3A
Authority: DE
Inventors: Karolin Eger; Michael Tchorzewski; Tobias Wingert; Werner Urban; Albrecht Irion; Tom Reimann; Jianda Wang; Therese Inhester
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2021-04-15
Also published as: CN112644482A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Passierbarkeit eines Fahrschlauchs (6), wobei das Verfahren das Aussenden von Ultraschallpulsen und Empfangen von Echos von reflektierenden Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs (1) unter Verwendung einer Vielzahl von Ultraschallsensoren (2) sowie das Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit P für eine Passierbarkeit einer Engstelle umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass die Wahrscheinlichkeit P für die Passierbarkeit der Engstelle bestimmt wird durch Berücksichtigung mindestens zweier Kriterien tp welche ausgewählt sind aus einem Amplitudengradient, einem Gradient der Anzahl empfangener Echos, einer Lage von Häufungspunkten, einem Verlauf der ermittelten Abstände und erkannter charakteristischer Objekte.Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Fahrerassistenzsystem (100), welches zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein Fahrzeug (1), welches ein derartiges Fahrerassistenzsystem (100) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Passierbarkeit eines Fahrschlauchs, wobei das Verfahren das Aussenden von Ultraschallpulsen und Empfangen von Echos von reflektierenden Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs unter Verwendung einer Vielzahl von Ultraschallsensoren sowie das Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit P für eine Passierbarkeit einer Engstelle E umfasst, wobei die Engstelle E zu beiden Seiten von Objekten begrenzt wird. Weitere Aspekte betreffen ein Fahrerassistenzsystem umfassend eine Vielzahl von Ultraschallsensoren und ein Steuergerät, wobei das Fahrerassistenzsystem zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist sowie ein Fahrzeug umfassend ein solches Fahrerassistenzsystem.
Stand der Technik
In modernen Fahrzeugen werden ultraschallbasierende Umfelderfassungssysteme eingesetzt, wobei deren Anwendungsspektrum von einfachen Hilfesystemen, bei denen der Fahrer vor Hindernissen in der Umgebung gewarnt wird, bis zu komplett selbstständig manövrierenden Systemen wie beispielsweise einem Einparkassistenten reicht. Bei diesen Systemen ist notwendig, aus den von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs reflektierten Echos von Ultraschallpulsen eine Umfeldkarte zu erstellen. Dabei kommt es zum einen darauf an, sämtliche vorhandene Objekte, die zu einer Kollision führen könnten, zuverlässig zu erkennen. Auf der anderen Seite ist es ebenfalls erforderlich, falsche Warnungen oder gar ein unnötiges Eingreifen wie beispielsweise eine automatisch eingeleitete Bremsung in Situationen zu verhindern, die kein Sicherheitsrisiko darstellen. Entscheidend ist hier das Einschätzen der Höhe eines Objekts, so dass bei niedrigen Objekten, wie beispielsweise einer Schwelle oder einer abgesenkten Bordsteinkante keine Warnung erfolgt, sondern vielmehr eine Passierbarkeit angenommen wird, und umgekehrt eine zuverlässige Warnung vor hohen Objekten wie beispielsweise Pfosten oder Wänden erfolgt.
Ultraschallbasierende Systeme, welche eine Höhenklassifizierung der erkannten Objekte durchführen, stoßen jedoch häufig an ihre Grenzen, wenn sich viele Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs befinden und sich deren Echos teilweise überlagern. Derartige Situationen treten insbesondere bei Einfahrt in eine Garage oder ein Parkhaus auf sowie bei engen Parklücken oder engen Straßen mit Gegenverkehr. Insbesondere dann, wenn in derartigen Situationen ein niedriger Bordstein oder eine Schwelle überfahren werden müssen, kommt es zu einer Falscheinstufung dieser niedrigen Objekte und es erfolgt eine falsche Warnung oder ein unnötiger Bremseingriff.
Aus DE 10 2016 103 251 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs bekannt. Dabei ist vorgesehen, eine Szene zu erkennen, die das Fahrzeugumfeld beschreibt, wie beispielsweise, dass sich das Fahrzeug in einem Autobahntunnel befindet. Anschließend werden Objekterkennungsalgorithmen derart gesteuert, dass beispielsweise nicht nach Verkehrsschildern gesucht wird, welche in der erkannten Szene nicht vorkommen können. Des Weiteren kann beispielsweise die Detektion von Fußgängern je nach erkannter Szene angepasst werden, da beispielsweise innerhalb einer Stadt ein übersehener Fußgänger extrem kritisch ist.
Das Dokument DE 10 2017 127 972 A1 beschreibt eine Mehrfachsensor-Wahrscheinlichkeits-Objekterkennung. Dabei ist vorgesehen, mit mehreren Sensoren, welche auch unterschiedliche Sensortypen umfassen können, Daten über die Umgebung zu erfassen und auszuwerten. Wird beispielsweise nach Objekten hinter einem Fahrzeug gesucht, wird eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Objekt hinter dem Fahrzeug vorhanden ist aktualisiert, wenn ein Objekt mit einem Sensor erfasst wird. Die Wahrscheinlichkeit kann gemäß einem bayesianischen Statistikmodell berechnet und die der Erfassung des Objekts gemäß einer bayesianischen Wahrscheinlichkeitsaktualisierungstechnik aktualisiert werden.
Aus DE 10 2007 061 235 A1 ist ein Verfahren zur Klassifizierung von Objekten anhand von Abstandsdaten bekannt. Dabei wird für eine Höhenklassifizierung ausgenutzt, dass größere Objekte für Messsignale von Ultraschallsensoren eine größere Streuung von Abstandsdaten zwischen zwei Messungen aufweisen, als kleinere Objekte. Dies ist durch Mehrfachreflexionen begründet, welche bei größeren Objekten auftreten können. Bei kleinen Objekten treten Mehrfachreflexionen nur mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf.
Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass eine zuverlässige Erkennung, ob ein Fahrschlauch passierbar ist oder nicht, in Situationen mit einer Vielzahl von Ultraschallechos, welche sich teilweise überlagern, nicht möglich ist. Derartige Situationen treten jedoch besonders häufig in Alltagssituationen auf, wie beispielsweise das Durchfahren einer Garageneinfahrt, das Einfahren in ein Parkhaus oder das Durchfahren einer engen Straße. Es besteht daher Bedarf nach einem Verfahren, welches auch in derartigen Situationen eine Passierbarkeit eines Fahrschlauchs bestimmen kann.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Bestimmen der Passierbarkeit eines Fahrschlauchs vorgeschlagen, wobei das Verfahren das Aussenden von Ultraschallpulsen und das Empfangen von Echos von reflektierenden Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs unter Verwendung einer Vielzahl von Ultraschallsensoren sowie das Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit P für eine Passierbarkeit einer Engstelle umfasst. Die Engstelle E wird dabei zu beiden Seiten von Objekten begrenzt. Bei dem Verfahren ist ferner vorgesehen, dass die Wahrscheinlichkeit P für die Passierbarkeit der Engstelle E bestimmt wird durch Berücksichtigen mindestens zweier Kriterien tp welche ausgewählt sind aus

- einem Amplitudengradient empfangener Echos ausgehend von der Mitte des Fahrschlauchs zu den Begrenzungen des Fahrschlauchs,
- einem Gradienten der Anzahl empfangener Echos ausgehend von der Mitte des Fahrschlauchs zu den Begrenzungen des Fahrschlauchs,
- einer Lage von Häufungspunkten von Schnittpunkten von den empfangenen Echos zugeordneten Abständen relativ zum Fahrschlauch,
- einem Verlauf der ermittelten Abstände für durch einen Ultraschallsensor empfangene Echos bei Annäherung des Fahrzeugs an ein reflektierendes Objekt, und
- einer Erkennung von für eine Engstelle charakteristischer Objekte.

Dabei ist vorgesehen, dass für jedes der berücksichtigten Kriterien tp eine Wahrscheinlichkeit P (Eltp) für die Passierbarkeit der Engstelle bestimmt wird durch die Beziehung $P (E | tp) = P (tp | E) \cdot P (E) /P (tp)$
wobei P(tp|E) die Wahrscheinlichkeit angibt, dass das Kriterium tp im Zusammenhang mit einer passierbaren Engstelle auftritt,
P(E) die Wahrscheinlichkeit angibt, dass eine Engstelle für das Fahrzeug passierbar ist und
P(tp) die Beobachtungswahrscheinlichkeit für das Kriterium tp angibt.
Bevorzugt wird beim Betrieb eines Fahrzeugs fortlaufend geprüft, ob die Aktivierungsbedingung des Verfahrens, dass eine Engstelle vorliegt, erfüllt ist. Hierzu wird unter Verwendung der Ultraschallsensoren das Umfeld des Fahrzeugs überwacht und geprüft, ob sich entlang des Fahrschlauchs des Fahrzeugs eine Engstelle befindet, also ein Bereich, der auf beiden Seiten des Fahrschlauchs von jeweils mindestens einem Objekt begrenzt ist. Insbesondere können hierzu seitlich am Fahrzeug angeordnete Sensoren verwendet werden oder Ultraschallechos, welche von seitlich angeordneten Sensoren aufgefangen werden höher gewichtet werden. Des Weiteren kann als zusätzliche Bedingung das Erkennen einer Annäherung an ein den Fahrschlauch begrenzendes Objekt zu verwenden. Eine Annäherung wird erkannt durch eine Abnahme der über die Ultraschallsensoren ermittelten Entfernung bei Bewegung des Fahrzeugs.
Ein Fahrschlauch ist dabei definiert als der Bereich der Umgebung des Fahrzeugs, der vom Fahrzeug aktuell eingenommen wird und zukünftig vom Fahrzeug befahren wird. Dabei kann der zukünftig vom Fahrzeug befahrene Bereich beispielsweise dadurch abgeschätzt werden, dass die Bewegung des Fahrzeugs extrapoliert wird. Dies kann beispielsweise anhand des aktuellen Lenkeinschlags und der aktuellen Geschwindigkeit oder gemäß einer geplanten Fahrzeugtrajektorie erfolgen. Eine Fahrzeugtrajektorie bezeichnet eine Bahnkurve, entlang der sich das Fahrzeug bewegt. Der Fahrschlauch wird zu den Seiten hin durch eine erste und eine zweite Begrenzung begrenzt. Bei einer Geradeausfahrt ist der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Begrenzung im Wesentlichen durch die Breite des Fahrzeugs vorgegeben.
Der Fahrschlauch wird dann als passierbar angesehen, wenn sich innerhalb des Fahrschlauchs keine Objekte befinden, die nicht überfahrbar sind. Niedrige Objekte, wie beispielsweise Schwellen oder abgesenkte Bordsteine, sind hingegen überfahrbare Objekte und können sich auch innerhalb des Fahrschlauchs befinden, ohne die Passierbarkeit des Fahrschlauchs zu beeinträchtigen.
Eine Engstelle, durch die der Fahrschlauch hindurchführt, weist zwei Objekte auf, welche jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Fahrschlauchs angeordnet sind und somit die maximale Breite des Fahrschlauchs begrenzen. Derartige begrenzende Objekte können beispielsweise Pfosten, Mauern, Säulen oder Wände sein. Insbesondere bei ausgedehnten Objekten wie Wänden oder Mauern ist eine genaue Bestimmung der Lage bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren schwierig, da ein Reflexionspunkt, von dem aus die Ultraschallpulse zurückreflektiert werden, nicht klar definiert ist. Auch eine Höhenklassifizierung, also die Unterscheidung zwischen niedrigen, überfahrbaren Objekten und hohen, nicht überfahrbaren Objekten, ist in solchen Situationen, bei deren mehrere Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs angeordnet sind, mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren schwierig.
Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, statistische Methoden anzuwenden und eine Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, ob der Fahrschlauch im Bereich einer Engstelle passierbar ist oder nicht. Dabei werden zwei oder mehr Kriterien miteinander verknüpft, wobei diese Kriterien dabei jeweils gewichtet nach ihrer Güte einfließen. Ein einzelnes Kriterium für sich genommen ist unter Umständen nicht ausreichend, um eine eindeutige Klassifizierung zu ermöglichen. Für jedes der Kriterien gibt es eine gewisse Wahrscheinlichkeit P(tp|E), dass dieses Kriterium im Rahmen einer Engstelle auftritt sowie eine Wahrscheinlichkeit P(tp), dass dieses Kriterium überhaupt, also auch in anderen Zusammenhängen als mit einer Engstelle, beobachtet wird. Zusammen mit der Wahrscheinlichkeit P(E) dass das Fahrzeug diese Engstelle passieren kann, wird gemäß Gleichung 1 die Wahrscheinlichkeit bestimmt, dass es sich um eine passierbare Engstelle handelt.
Bevorzugt wird ein Schwellenwert für die Wahrscheinlichkeit vorgegeben. Liegt die unter Verwendung der mindestens zwei Kriterien tp bestimmte Wahrscheinlichkeit über diesem Grenzwert, wird die Engstelle als passierbar angesehen.
Werden zudem keine weiteren nicht-überfahrbare Objekte im Fahrschlauch erkannt, wird der Fahrschlauch auch insgesamt als passierbar angesehen. Des Weiteren wird ein Fahrschlauch selbstverständlich dann als passierbar angesehen, wenn weder eine Engstelle noch nicht-überfahrbare Objekte im Fahrschlauch bzw. um den Fahrschlauch herum erkannt werden.
Bevorzugt werden bei dem Verfahren alle der genannten Kriterien, also der Amplitudengradient, der Gradient der Anzahl empfangener Echos, die Lage der Häufungspunkte, der Verlauf der ermittelten Abstände und die erkannten charakteristischen Objekte berücksichtigt, um die Wahrscheinlichkeit P für die Passierbarkeit der Engstelle zu bestimmen.
Die für die berücksichtigten Kriterien tp bestimmten Wahrscheinlichkeiten P(E|tp) können beispielsweise über eine gewichtete Summe zur Wahrscheinlichkeit P für die Passierbarkeit der Engstelle zusammengefasst werden.
Bevorzugt werden die Wahrscheinlichkeiten P(tp|E), dass das Kriterium tp im Zusammenhang mit der Engstelle auftritt, und die Beobachtungswahrscheinlichkeit P (tp) für das Kriterium tp empirisch ermittelt und über eine Datenbank bereitgestellt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass Gewichtungsparameter für die gewichtete Summe und/oder die Wahrscheinlichkeiten P(tp|E) und die Beobachtungswahrscheinlichkeiten P(tp) vorgegeben werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden für jedes Kriterium tp ein Schwellenwert und eine Güte vorgegeben. Die Güten der Kriterien tp, welche den zugeordneten Schwellenwert übersteigen, werden zu einer Gesamtgüte addiert, wobei die Gesamtgüte wiederum einen vorgegebenen Güteschwellenwert überschreiten muss, damit die Engstelle als passierbar angesehen wird. Je nach Güte bzw. Wertigkeit der Kriterien tp sind typischerweise 2 oder 3 Kriterien für eine Einstufung erforderlich.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird ein Entscheidungsbaum vorgegeben, um unter Berücksichtigung der Kriterien tp zur Einstufung der Engstelle als passierbar oder nicht-passierbar zu gelangen.
Das Vorgeben der für die Einstufung verwendeten Schwellenwerte, Güten, Gewichtungsfaktoren und/oder Entscheidungsbäume kann beispielsweise unter Verwendung einer Datenbank mit einer Vielzahl bekannter Szenarien mit Engstellen erfolgen. Die Datenbank umfasst dazu bevorzugt empfangene Echos für eine Vielzahl von verschiedenen Szenarien mit Angaben zu den Engstellen zusammen mit einer Angabe über die Passierbarkeit der jeweiligen Engstelle. Mit diesen Angaben kann beispielsweise unter Verwendung statistischer Methoden analysiert werden, wie häufig ein bestimmtes Kriterium tp im Zusammenhang mit einer passierbaren Engstelle erkannt wird. Entsprechend bezeichnet dann P(Eltp) die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen einer passierbaren Engstelle, wenn das Kriterium tp vorliegt. P(E) bezeichnet in diesem Zusammenhang die Wahrscheinlichkeit für die Passierbarkeit einer Engstelle mit Bezug auf alle betrachten Szenarien mit Engstellen.
Ein Entscheidungsbaum für das Einstufen einer Engstelle unter Verwendung der Kriterien tp kann beispielsweise unter Verwendung eines offline-Trainingsverfahrens erzeugt werden.
Alternativ dazu können die verwendeten Parameter wie Schwellenwerte, Güten, Gewichtungsfaktoren und/oder Entscheidungsbäume empirisch ermittelt werden. Des Weiteren ist es denkbar, unter Verwendung eines Maschinenlernverfahrens die Parameter zu optimieren. Die so vorgegebenen Werte können in einer Datenbank abgelegt und in einem Steuergerät hinterlegt werden.
Als ein Kriterium tp kann der Amplitudengradient berücksichtigt werden. Dabei wird ausgenutzt, dass Objekte, welche Engstellen begrenzen und nicht überfahrbar sind, in der Regel eine hohe Reflektivität haben und somit meistens die höchste Amplitude der Echos liefern. Des Weiteren können diese Objekte meist von allen Sensoren der Vielzahl von Ultraschallsensoren gesehen werden, d.h. jeder der Ultraschallsensoren empfängt für diese Objekte jeweils mindestens ein Ultraschallecho. Die Amplitude des empfangenen Ultraschallechos ist dabei auch von dem Blickwinkel des jeweiligen Ultraschallsensors abhängig. Dabei haben Ultraschallsensoren, welche seitlich am Fahrzeug angeordnet sind zu Objekten, welche den Fahrschlauch zu den Seiten begrenzen einen günstigeren Blickwinkel und empfangen die jeweiligen Echos mit einer höheren Amplitude. Ultraschallsensoren, welche eher in der Mitte des Fahrzeugs und damit eher in der Mitte des Fahrschlauchs angeordnet sind, empfangen die jeweiligen Ultraschallechos dieser seitlich begrenzenden Objekte mit einer geringeren Amplitude. Somit deutet ein Amplitudengradient, welcher ausgehend von der Mitte des Fahrschlauchs zu den Begrenzungen des Fahrschlauchs hin zunimmt, auf das Vorliegen einer Engstelle hin, die zu den Seiten des Fahrschlauchs durch Objekte begrenzt wird. Ändert sich die Amplitude jedoch näherungsweise nicht oder nimmt sogar von außen zur Mitte des Fahrschlauchs hin zu, deutet dies auf ein Objekt hin, welches sich innerhalb des Fahrschlauchs befindet.
Ein weiteres verwendetes Kriterium ist der Gradient der Anzahl der empfangenen Echos. Dabei wird ausgenutzt, dass Ecken von ausgedehnten Objekten wie beispielsweise Wände oder Fahrzeuge in der Regel viele kleine Kanten aufweisen, die Ultraschall zurückreflektieren können. Je besser der Blickwinkel eines Sensors auf eine solche Kante ist, desto mehr dieser Nebenreflexionen können mit dem jeweiligen Ultraschallsensor empfangen werden. Niedrige überfahrbare Objekte hingegen, beispielsweise Bordsteine oder Schwellen, liefern meist sehr viel weniger Reflexe bzw. Echos. Bei einer Engstelle kann daher eine Zunahme der Anzahl von empfangenen Echos ausgehend von der Mitte des Fahrschlauchs nach außen zu den Begrenzungen des Fahrschlauchs festgestellt werden, wobei ein solches Verhalten insbesondere auf die Passierbarkeit einer derartigen Engstelle hinweist.
Ein weiteres Kriterium tp ist die Lage von Häufungspunkten von Schnittpunkten von den empfangenen Echos zugeordneten Abständen relativ zum Fahrschlauch. Hierzu werden unter Verwendung der Laufzeit und der Schallgeschwindigkeit Abstandswerte für alle empfangenen Echos bestimmt und für alle Abstandswerte Schnittpunkte berechnet und in einer Umgebungskarte eingetragen. Stark reflektierende, in der Regel nicht-überfahrbare Objekte werden dabei von vielen oder sogar allen Ultraschallsensoren des Fahrzeugs registriert, wohingegen niedrige, überfahrbare Objekte in der Regel nur von wenigen Ultraschallsensoren registriert werden. Dadurch ergibt sich, dass im Bereich von passierbaren Engstellen prägnante Häufungspunkte der Schnittpunkte außerhalb des Fahrschlauchs liegen. Liegt ein Großteil aller ermittelten Schnittpunkte außerhalb des Fahrschlauchs, ist dies ein Indiz für die Passierbarkeit der betreffenden Engstelle.
Der Verlauf der ermittelten Abstände für durch einen Ultraschallsensor empfangene Echos bei Annäherung des Fahrzeugs ein reflektierendes Objekt ist ein weiteres mögliches Kriterium TP. Bei Engstellen, welche einen Bordstein oder eine Schwelle aufweisen, werden von Ultraschallsensoren, welche eher im Bereich der Mitte der Fahrzeugfront angeordnet sind, Echos von den niedrigen, überfahrbaren Objekten sowie von Objekten empfangen, welche die Engstelle zur Seite hin begrenzen. Je nach Abstand des Fahrzeugs zu den betreffenden Objekten können sich dabei die empfangenen Echos überlagern, so dass sich diese nicht einfach trennen lassen. Bei Annäherung des Fahrzeugs an die Engstelle und damit insbesondere auch einer Annäherung des Fahrzeugs an die niedrigen Objekte wie eine Schwelle oder ein Bordstein, ändert sich der Abstand zwischen dem Fahrzeug bzw. dem Ultraschallsensor und dem niedrigen Objekt stärker als der Abstand des Ultraschallsensors zu den seitlich begrenzenden Objekten. Werden die aus den Ultraschallechos ermittelten gegen die gefahrene Distanz des Fahrzeugs aufgetragen, kommt es somit bei zunehmender Annäherung des Fahrzeugs an das niedrige Objekt zu einer Aufspaltung der vormals überlagernden Echos in zwei klar getrennte Echos, wobei sich der Abstand zu dem Echo, welches dem seitlichen begrenzenden Objekt zugeordnet werden kann, nicht oder nur gering ändert, und der Abstand zu dem niedrigen Objekt stetig abnimmt. Ein solches Auseinanderlaufen der für die Ultraschallechos ermittelten Abstände sind ein Indiz dafür, dass sich in der Mitte vor dem Fahrzeug kein großes, nicht überfahrbares Objekt befindet, sondern lediglich ein kleines Objekt direkt vor dem Fahrzeug sowie begrenzende Objekte zu den Seiten des Fahrzeugs. Dies weist auf eine passierbare Engstelle hin.
Das Erkennen von für eine Engstelle charakteristischen Objekten ist ein weiteres mögliches Kriterium tp für das Erkennen einer passierbaren Engstelle. Bei Garagen kann häufig bei der Einfahrt die Oberkante der Garage durch die Ultraschallsensoren detektiert werden. Eine derartige Oberkante ist bei einer Standardgarage in einer bestimmten Höhe angeordnet und kann bei Annäherung des Fahrzeugs an die Garage beispielsweise über einen Verlauf der ermittelten Abstände für die durch die Ultraschallsensoren empfangenen Echos erkannt werden.
Bevorzugt werden als charakteristische Objekte die Oberkanten von Garagen sowie Schwellen von Einfahrten verwendet.
Wird im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens erkannt, dass der Fahrschlauch von einer passierbaren Engstelle begrenzt wird, kann beispielsweise eine Umkonfiguration eines Ultraschall-basierenden Abstandswarnsystems erfolgen. Dies kann beispielsweise das Verkürzen von Warnabständen umfassen sowie Eingriffe in die Parameter für eine Höhenklassifizierung umfassen. Hierdurch wird gewährleistet, dass ein Fahrer des Fahrzeugs beim Passieren der erkannten passierbaren Engstelle keine unnötigen Warnungen erhält oder gar ein unnötiger Bremseingriff durchgeführt wird.
Des Weiteren ist es möglich, bei Erkennen einer passierbaren Engstelle ein Matchingwindow zu verkleinern, innerhalb dem Ultraschallechos als Echos ein und desselben Objekts behandelt werden.
Des Weiteren kann im Rahmen des Verfahrens bereits bei Erkennen der Aktivierungsbedingung, also, dass eine Engstelle vorliegt, eine Umkonfiguration von Ultraschall -basierenden Systemen erfolgen. Diese Umkonfiguration kann hierbei unabhängig davon erfolgen, ob diese Engstelle als passierbar oder nicht-passierbar klassifiziert wird.
Beispielsweise bei der Objektpositionierung reichen in einem Normalbetrieb für die Lokalisierung einzelne Schnittpunkte bereits aus, um die Objektposition festzulegen. Bei Engstellen führt das oft dazu, dass Echos unterschiedlicher Herkunft geschnitten werden und dies zu falsche bestimmten Positionen führt.
Wird eine Engstelle erkannt wird ein System zur Bestimmung einer Objektposition bevorzugt derart umkonfiguriert, dass jede Position durch mindestens ein mehrwertiges Echo bestätigt werden muss, um übernommen zu werden. Ein mehrwertiges Echo wird von zwei oder mehr Sensoren erfasst. Es handelt sich dabei insbesondere um ein Kreuzecho.
Um das Objektmatching im Bereich von Engstellen zu verbessern und das Bilden vielen falschen Objekten oder falsch positionierten Objekten zu vermeiden, kann vorgesehen sein, ein Matchingwindow bereits dann zu verkleinern, wenn eine Engstelle erkannt wird.
Bevorzugt wird bei Erkennen einer Engstelle ein Klassifizierungsverfahren für die Höhenklassifikation von Objekten umkonfiguriert. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei den Höhenklassifikationsverfahren eine Vielzahl unterschiedlicher Attribute benutzt wird, wobei die Gewichtung dieser Attribute bei Erkennen einer Engstelle verändert wird.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass eine Behandlung von Bodenclutter, also vom Boden verursachte Ultraschallechos, beim Erkennen einer Engstelle angepasst wird.
Bevorzugt wird das Erkennen einer Engstelle und insbesondere das Erkennen einer passierbaren Engstelle dazu verwendet, um dem Fahrer des Fahrzeugs eine im Zusammenhang mit der Engstelle sinnvolle Assistenzfunktionen vorzuschlagen. Eine solche Assistenzfunktion ist beispielsweise ein ferngesteuertes Garagenparken oder ein einfaches geführtes Einparkmanöver. Ein solches geführtes Einparkmanöver kann vorteilhafterweise bereits vor einer Vorbeifahrt an der Parkposition gestartet werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrerassistenzsystem bereitzustellen, welches eine Vielzahl von Ultraschallsensoren und ein Steuergerät umfasst. Das Fahrerassistenzsystem ist dazu ausgebildet und/oder eingerichtet, eines der hierin beschriebenen Verfahren auszuführen. Dementsprechend gelten im Rahmen eines der Verfahren beschriebenen Merkmale für das Fahrerassistenzsystem und umgekehrt gelten im Rahmen des Fahrerassistenzsystems beschriebene Merkmale auch für die Verfahren.
Beim Fahrerassistenzsystem ist bevorzugt vorgesehen, dass mehrere Ultraschallsensoren zur Vorderseite des Fahrzeugs, also in Richtung der gewöhnlichen Fahrtrichtung ausgerichtet sind. Beispielsweise sind im Bereich von 3 bis 8 Ultraschallsensoren nach vorne ausgerichtet.
Ein weiterer Aspekt Erfindung ist es, ein Fahrzeug bereitzustellen, welches ein solches Fahrerassistenzsystem umfasst. Die Ultraschallsensoren werden dabei bevorzugt in der Front des Fahrzeugs angeordnet, beispielsweise in einer Stoßstange des Fahrzeugs.
Vorteile der Erfindung
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen der Passierbarkeit eines Fahrschlauchs werden vorteilhafterweise die Echos von reflektierenden Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs umfassend miteinander verknüpft und nicht jeweils für sich genommen ausgewertet. Auf diese Weise können Engstellen zuverlässig erkannt und deren Passierbarkeit zuverlässig bestimmt werden. Mehrfachreflektionen von Objekten, die bei bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik zu Problemen führen, werden beim vorgeschlagen Verfahren nicht verworfen, sondern vorteilhafterweise als Kriterium für das Vorliegen einer passierbare Engstelle ausgenutzt. Die Sicherheit bei der Klassifizierung wird hierdurch vorteilhafterweise erhöht, so dass falsche Warnungen oder gar ungerechtfertigte Bremseingriffe verhindert werden können. Des Weiteren ist es möglich, nach Erkennen einer Engstelle entsprechende Ultraschall-basierende Assistenzsysteme des Fahrzeugs umzukonfigurieren, um auf die erkannte Engstelle optimal zu reagieren.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Fahrzeug mit erfindungsgemäßem Fahrerassistenzsystem vor der Einfahrt in eine Garage,
2 ein Diagramm der Echoamplituden für die in 1 dargestellte Situation,
3 ein Diagramm für die Anzahl der Echos für die in 1 dargestellte Situation und
4 einen Verlauf der ermittelten Abstände für die mittleren Ultraschallsensoren für die in 1 dargestellte Situation.

Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt ein Fahrzeug 1 beim Einfahren in eine Garage 20. Das Fahrzeug 1 verfügt über ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem 100.
Das Fahrzeug 1 bzw. das Fahrerassistenzsystem 100 verfügt über eine Vielzahl von Ultraschallsensoren 2, welche mit einem Steuergerät 4 verbunden sind. Um Daten über die Umgebung des Fahrzeugs 1 zu erfassen, senden die Ultraschallsensoren 2 Ultraschallpulse aus und empfangen Echos 10, 12 von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs 1.
In der in 1 dargestellten Situation bewegt sich das Fahrzeug 1 vorwärts, also entlang seiner gewöhnlichen Fahrtrichtung, auf die Garage 20 zu. Die Garage 20 ist geöffnet und ein Fahrschlauch 6, welcher den Raum angibt, den das Fahrzeug 1 zukünftig befahren wird, führt in das Innere der Garage 20. Der Fahrschlauch 6 wird zu den beiden Seiten hin jeweils durch eine Begrenzung 61, 62 begrenzt, wobei der Fahrschlauch 6 zur linken Seite durch die erste Begrenzung 61 und zur rechten Seite durch die zweite Begrenzung 62 begrenzt ist.
Der in der 1 sichtbare Ausschnitt der Garage 20 umfasst einen Teil der Wand 32 der Garage 20 wobei der Fahrschlauch 6 durch eine Einfahrt 24 der Garage 20 in das Innere der Garage 20 führt. Dabei überquert der Fahrschlauch 6 eine Schwelle 30 der Garage 20, welche sich im Bereich der Einfahrt 24 befindet. Bei dieser Schwelle 30 handelt es sich um ein sehr niedriges und daher überfahrbares Hindernis, welches jedoch durch die Ultraschallsensoren 2 des Fahrzeugs 1 erkannt wird.
Zu beiden Seiten des Fahrschlauchs 6 befinden sich jeweils an der Wand 32 der Garage 20 eine vordere Ecke 321 sowie eine hintere Ecke 322. Bei diesen Ecken 321, 322 der Wand 32 handelt es sich um hohe, nicht über fahrbare Hindernisse. Diese werden ebenfalls durch die Ultraschallsensoren 2 des Fahrzeugs 1 erkannt.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren werden Ultraschallimpulse durch die Ultraschallsensoren 2 des Fahrzeugs 1 ausgesendet, reflektierte Echos 10, 12 durch die Ultraschallsensoren 2 wieder empfangen und die empfangenen Echos 10, 12 durch das Steuergerät 4 ausgewertet. Zur Vereinfachung der Darstellung der 1 sind dabei lediglich die Echos 10, 12 eingezeichnet, Die von den jeweiligen Ultraschallsensoren 2 ausgesandten Ultraschallpulse sind nicht dargestellt.
Wie der Darstellung der 1 entnommen werden kann, treten bei der Schwelle 30, welche ein niedriges, überfahrbares Hindernis darstellt, lediglich direkte Echos 10 auf, welche durch mittlere Ultraschallsensoren 22 aufgefangen werden. Unter einem direkten Echo 10 versteht man ein Ultraschallecho, welches durch denjenigen Ultraschallsensor 2 empfangen wird, der den ursprünglichen Ultraschallpuls ausgesandt hat. Unter einem Kreuzecho 12 versteht man hingegen ein Echo, welches durch einen Ultraschallsensor 2 aufgefangen wird, der von dem Ultraschallsensor 2 verschieden ist, der den ursprünglichen Ultraschallpuls ausgesandt hat. Wie der Darstellung der 1 entnommen werden kann, reflektieren die vorderen Ecken 321 sowie die hinteren Ecken 322 der Wand 32 den Ultraschall gut, sodass von den Ecken 321, 322 sowohl direkte Echos 10 als auch Kreuzechos 12 aufgefangen werden. Dabei werden die direkten Echos 10 sowie die Kreuzechos 12 der Ecken 321, 322 sowohl von den mittleren Ultraschallsensoren 22 als auch von den an den Seiten des Fahrzeugs 1 angeordneten seitlichen Ultraschallsensoren 21 aufgefangen.
Unter Verwendung der bekannten Schallgeschwindigkeit kann durch Messen der Signallaufzeit der direkten Echos 10 und der Kreuzechos 12 jeweils die Distanz zwischen dem jeweiligen Ultraschallsensor 2 und dem Objekt bestimmt werden, welches den Ultraschallpuls reflektiert hat. Für die Bestimmung der relativen Position des Objekts bzw. des Punkt des Objekts, welches den Ultraschall reflektiert hat, ist ein einzelnes empfangenes Echo 10, 12 jedoch nicht ausreichend. Mittels Laterationsverfahren kann unter Verwendung von zwei oder mehr empfangener Echos 10, 12, welche dem gleichen reflektierenden Objekt zugeordnet werden können, die relative Lage mit Bezug zu dem Fahrzeug 1 bzw. zu dem entsprechenden Ultraschallsensor 2 berechnet werden. Problematisch hierbei ist, dass für eine korrekte Lateration die einzelnen empfangenen Echos 10, 12 dem richtigen reflektieren Objekt zugeordnet werden müssen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist hingegen vorgesehen, ähnlich wie bei einer Lateration Schnittpunkte zu bilden zwischen jeweils zwei empfangenen Echos 10, 12 bzw. den diesen Echos 10, 12 zugeordneten Abständen. Dadurch ergeben sich Schnittpunkte, welche realen Objekten der Umgebung Fahrzeugs 1 entsprechen können. Es treten jedoch auch weitere Schnittpunkte auf, welche keine Entsprechung in einem realen Objekt in der Umgebung des Fahrzeugs 1 haben.
In dem in 1 dargestellten Beispiel werden die Ecken 321, 322 jeweils von mehreren der Ultraschallsensoren 2 gesehen, so dass sich prägnante Häufungspunkte der Schnittpunkte außerhalb des Fahrschlauchs 6 ergeben. Die Schwelle 30 hingegen wird nur durch die mittleren Ultraschallsensoren 22 gesehen und auch dort nur über die direkten Echos 10 registriert, so dass es im Bereich innerhalb des Fahrschlauchs 6 zu deutlich weniger Schnittpunkten kommt. Somit kommt es in dem in 1 skizzierten Fall zu zwei Häufungen von Schnittpunkten, welche jeweils auf beiden Seiten des Fahrschlauchs 6 liegen und auf eine passierbare Engstelle hinweisen.
2 zeigt ein Diagramm, bei dem die Echoanzahl # gegen den Abstand S von der Mitte des Fahrschlauchs 6, vergleiche 1, dargestellt ist. Für die in 1 dargestellte Situation ergibt sich eine geringe Anzahl von Ultraschallechos, welche sich im Bereich des Zentrums des Fahrschlauchs 6 befinden, und eine hohe Anzahl von Echos, welche sich außerhalb oder am Rand des Fahrschlauchs 6 befinden. Dieser Anstieg des Gradienten der Echoanzahl vom Zentrum des Fahrschlauchs 6 zu den Rändern des Fahrschlauchs 6 ist charakteristisch für eine passierbare Engstelle.
3 zeigt den Verlauf der Amplituden A, der über die Ultraschallsensoren 2 erkannten Echos 10, 12, vergleiche 1, für die 1 dargestellte Situation gegen den Abstand S von der Mitte des Fahrschlauchs 6. Wie dem Diagramm der 3 entnommen werden kann, sind die von den mittleren Ultraschallsensoren 22 im Bereich der Mitte des Fahrschlauchs 6 erkannten Echos von geringerer Amplitude A als die von den seitlichen Ultraschallsensoren 21 erkannten Echos am Rand des Fahrschlauchs 6. Dies weist darauf hin, dass sich innerhalb des Fahrschlauchs 6 lediglich Objekte mit einer geringen Reflektivität befinden, was in der Regel auf niedrige, überfahrbare Objekte hinweist, und am Rand des Fahrschlauchs 6 Objekte angeordnet sind, welche eine hohe Reflektivität aufweisen. Dies spricht für eine passierbare Engstelle.
4 zeigt die ermittelten Abstände D für einen der mittleren Ultraschallsensoren 22 für die in 1 dargestellte Situation bei Annäherung des Fahrzeugs 1 an die Garage 20. Mit fortschreitender Zeit T nähert sich das Fahrzeug 1 an die Garage 20 an, wobei durch die Verringerung der Distanz die gemessen Abstände D allgemein sinken. Des Weiteren kann dem Diagramm der 4 entnommen werden, dass mit fortschreitender Zeit T eine Aufspaltung der empfangenen Echos erfolgt, so dass sich eine erste Abstandskurve 50 für ein dicht am Fahrzeug 1 liegendes Hindernis ergibt und eine zweite Abstandskurve 52 für ein weiter vom Fahrzeug 1 weg liegendes Objekt ergibt. Dabei kann die erste Abstandskurve 50 den direkten Echos 10 für die Schwelle 30 zugeordnet werden, da sich der Abstand D zwischen der Schwelle 30 und dem Fahrzeug 1 bei Annäherung kontinuierlich immer weiter verringert. Dagegen können die Werte der zweiten Abstandskurve 52 den Ecken 321, 322 der Wand 32 der Garage 20 zugeordnet werden, da sich der Abstand D zwischen der Wand 32 und dem Fahrzeug 1 zunächst verringert und dann, wenn das Fahrzeug 1 die Garage 20 erreicht hat, der Abstand D im Wesentlichen konstant bleibt. Ein derartiges Aufspalten der Abstandswerte bei Annäherung des Fahrzeugs 1 spricht für eine passierbare Engstelle.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016103251 A1 [0004]
DE 102017127972 A1 [0005]
DE 102007061235 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Passierbarkeit eines Fahrschlauchs (6), wobei das Verfahren das Aussenden von Ultraschallpulsen und Empfangen von Echos von reflektierenden Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs (1) unter Verwendung einer Vielzahl von Ultraschallsensoren (2) sowie das Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit P für eine Passierbarkeit einer Engstelle umfasst, wobei die Engstelle E zu beiden Seiten von Objekten begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit P für die Passierbarkeit der Engstelle E bestimmt wird durch Berücksichtigen mindestens zweier Kriterien tp ausgewählt aus einem Amplitudengradient empfangener Echos ausgehend von der Mitte des Fahrschlauchs (6) zu den Begrenzungen (61, 62) des Fahrschlauchs (6), einem Gradienten der Anzahl empfangener Echos ausgehend von der Mitte des Fahrschlauchs (6) zu den Begrenzungen (61, 62) des Fahrschlauchs (6), einer Lage von Häufungspunkten von Schnittpunkten von den empfangenen Echos zugeordneten Abständen relativ zum Fahrschlauch (6), einem Verlauf der ermittelten Abstände für durch einen Ultraschallsensor (2) empfangene Echos bei Annäherung des Fahrzeugs (1) an ein reflektierendes Objekt, und einer Erkennung von für eine Engstelle charakteristischen Objekten, wobei für jedes der berücksichtigten Kriterien tp eine Wahrscheinlichkeit P(Eltp) für die Passierbarkeit der Engstelle bestimmt wird durch die Beziehung $P (E | tp) = P (tp | E) \cdot P (E) /P (tp)$
wobei P(tp|E) die Wahrscheinlichkeit angibt, dass das Kriterium tp im Zusammenhang mit einer Engstelle auftritt, P(E) die Wahrscheinlichkeit angibt, dass eine Engstelle für das Fahrzeug (1) passierbar ist und P(tp) die Beobachtungswahrscheinlichkeit für das Kriterium tp angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Bestimmen der Wahrscheinlichkeit P für die Passierbarkeit der Engstelle E der Amplitudengradient, der Gradient der Anzahl empfangener Echos, die Lage der Häufungspunkte, der Verlauf der ermittelten Abstände und die erkannten charakteristischen Objekte berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die für die berücksichtigten Kriterien tp bestimmten Wahrscheinlichkeiten P(Eltp) über eine gewichtete Summe zur Wahrscheinlichkeit P für die Passierbarkeit der Engstelle zusammengefasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeiten P(tp|E), dass das Kriterium tp im Zusammenhang mit der Engstelle auftritt, und die Beobachtungswahrscheinlichkeit P(tp) für das Kriterium tp empirisch ermittelt werden und über eine Datenbank bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Gewichtungsparameter für die gewichtete Summe und/oder die Wahrscheinlichkeiten P(tp|E) und die Beobachtungswahrscheinlichkeiten P(tp) über ein Maschinenlernverfahren ermittelt werden, wobei eine Datenbank mit empfangenen Echos für eine Vielzahl von verschiedenen Szenarien mit Engstellen zusammen mit einer Angabe zu der Passierbarkeit der jeweiligen Engstelle als Trainingsdaten verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit für die Passierbarkeit der Engstelle P(E) empirisch bestimmt und über eine Datenbank vorgegeben wird oder über eine vorgegebene Beziehung abgeschätzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen von für eine Engstelle charakteristischer Objekte das Erkennen von Oberkanten von Garagen (20) und von Schwellen (30) von Einfahrten (24) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen einer passierbaren Engstelle E eine Umkonfiguration eines ultraschall-basierenden Abstandswarnsystems erfolgt.
Fahrerassistenzsystem (100) umfassend eine Vielzahl von Ultraschallsensoren (2) und ein Steuergerät (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem (100) zur Ausführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
Fahrzeug (1) umfassend ein Fahrerassistenzsystem (100) nach Anspruch 9.