-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung alterungsbedingter Funktionsbeeinträchtigungen eines Lidarsensors eines Fahrzeugs.
-
Aus der
DE 10 2019 005 148 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung von Nebel und zur Bestimmung einer Sichtweite mittels ausgesendeter Signale eines lidarbasierten Sensors bekannt, wobei eine Reflexionscharakteristik in Verbindung mit einer Rückstrahlleistung reflektierter, mittels des lidarbasierten Sensors ausgestrahlter Signale an hochreflektierenden Objekten ausgewertet wird. In Abhängigkeit atmosphärischer Reflexion wird zum Ausschluss von Übersättigung eine Empfängerempfindlichkeit in einer Empfangseinheit des lidarbasierten Sensors angepasst. Weiterhin werden zur Messung eines empfangenen Signals von einem statischen Retroreflektor reflektierte Signale verwendet. Als statische Reflektoren werden Leitpfosten und Straßenschilder verwendet.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Ermittlung alterungsbedingter Funktionsbeeinträchtigungen eines Lidarsensors eines Fahrzeugs anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
In dem Verfahren zur Ermittlung alterungsbedingter Funktionsbeeinträchtigungen eines Lidarsensors eines Fahrzeugs wird erfindungsgemäß in einer Referenzmessung eine Rückstrahlleistung von mittels des Lidarsensors ausgesendeter und von einem, in einem vorgegebenen Abstand zu dem Lidarsensor befindlichen hochreflektiven Messobjekt reflektierter Lidarstrahlung ermittelt und als Referenz-Rückstrahlleistung gespeichert. Während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs wird fortlaufend eine mittlere Rückstrahlleistung von mittels des Lidarsensors ausgesendeter und von jeweils in einem vorgegebenen Abstand zu dem Lidarsensor befindlichen hochreflektiven Objekten reflektierter Lidarstrahlung ermittelt. Die mittlere Rückstrahlleistung und die Referenz-Rückstrahlleistung werden verglichen und dann, wenn die mittlere Rückstrahlleistung die Referenz-Rückstrahlleistung um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, wird auf eine alterungsbedingte Funktionsbeeinträchtigung des Lidarsensors geschlossen.
-
Um eine hohe Erfassungsqualität eines Lidarsensors auch nach mehreren Jahren im Feld sicherzustellen, unterlaufen Lidarsensoren in einem Entwicklungszyklus mehrere Lebensdauertests, um etwaige Alterungseffekte zu erkennen und deren Auswirkung zu bestimmen. Es hat sich gezeigt, dass bestimmte Alterungsprozesse eine Detektionsreichweite des Lidarsensors beeinträchtigen können. Derartige Alterungsprozesse bewirken beispielsweise Falschausrichtungen eines Sendemoduls und eines Empfangsmoduls des Lidarsensors, welche durch während der Lebensdauer des Lidarsensors auftretende Drifts eines Klebstoffs hervorgerufen werden können. Tritt dies auf, kann weniger Rückstrahlleistung vom Empfangsmodul aufgenommen werden. Eine weitere Alterungserscheinung kann eine Trübung einer Sichtscheibe des Lidarsensors, auch als Frontcover bezeichnet, darstellen, welche ebenfalls dazu führt, dass weniger Rückstrahlleistung vom Empfangsmodul aufgenommen werden kann.
-
Mittels des vorliegenden Verfahrens kann in besonders vorteilhafter Weise ein Einfluss der Alterung auf die Detektionsreichweite des Lidarsensors zuverlässig bestimmt und signalisiert werden. Dabei kann ein so genanntes Self-Monitoring des Lidarsensors ermöglicht werden, welches etwaige Einflüsse von Alterungseffekten auf eine Objektdetektionsreichweite des Lidarsensors ermittelt und diese frühzeitig signalisiert. Dabei stellt der vorgegebene Schwellwert insbesondere eine in einer Entwicklung festgelegte Grenze für eine Segmentbildung, das heißt eine Detektionsqualität einzelner Punkte in einer von dem Lidarsensor erfassten Punktwolke, dar, unterhalb derer keine Segmente mehr zu Objekten in einer benötigten Distanz zusammengefasst werden können. Somit kann kein stabiler Track aufgesetzt werden. Ab diesem Punkt ist der maximale Reichweitenverlust aufgrund von Alterungseffekten erreicht und der Lidarsensor muss getauscht werden, da eine Sicherheit, beispielsweise für Fahrzeuganwendungen mit automatisiertem, insbesondere hochautomatisiertem oder autonomem Fahrbetrieb, nicht mehr zuverlässig gegeben ist. Durch die mittels des Verfahrens ermöglichte frühzeitige Erkennung der alterungsbedingten Funktionsbeeinträchtigungen kann der Lidarsensor rechtzeitig ersetzt werden, so dass Sicherheitseinbußen zuverlässig vermieden werden können.
-
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Referenzmessung während eines Herstellungsprozesses des Fahrzeugs an einem Bandende durchgeführt. Dies ermöglicht die Ausführung der Referenzmessung im bereits am oder im Fahrzeug montierten Zustand des Lidarsensors, so dass die Referenzmessung für jedes Fahrzeug unter Sicherstellung einer gleichbleibenden Referenzumgebung und gleichbleibenden Umgebungseigenschaften erfolgen kann.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird anhand der mittleren Rückstrahlleistung eine Reichweite, das heißt die Detektionsreichweite, des Lidarsensors bestimmt. Dies stellt eine zuverlässige und einfach durchführbare Möglichkeit zur Ermittlung der Detektionsreichweite dar.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird der Vergleich der mittleren Rückstrahlleistung mit der Referenz-Rückstrahlleistung nur durchgeführt, wenn Umgebungsbedingungen vorgegebene Eigenschaften erfüllen und/oder ein Verschmutzungsgrad einer Sichtscheibe des Lidarsensors einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Dies ermöglicht, dass die zum Vergleich genutzte mittlere Rückstrahlleistung nur dann verwendet wird, wenn diese sicher unter „gewöhnlichen“ Bedingungen erfasst und nicht durch Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Regen, Schnee, Nebel, tiefstehende Sonne, Eis, Salz und Schmutz, und Verschmutzungen auf der Sichtscheibe verfälscht sind.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden bzw. wird die Umgebungsbedingungen und/oder der Verschmutzungsgrad der Sichtscheibe mittels des Lidarsensors selbst erfasst, beispielsweise mittels eines so genannten Blockage-Algorithmus unter Verwendung einer so genannten Dirt Map, und/oder Algorithmen des Lidarsensors zur Witterungserfassung. Somit sind keine zusätzlichen Mechanismen zur Erfassung der Umgebungsbedingungen und/oder des Verschmutzungsgrads der Sichtscheibe erforderlich.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird die mittlere Rückstrahlleistung in zumindest einem Histogramm hinterlegt, so dass ein Verlauf der Rückstrahlleistung in einfacher Weise dargestellt werden kann.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird das Histogramm nach jeder Fahrt des Fahrzeugs in einem sensoreigenen Speicher hinterlegt und ist somit zu einer Auswertung verfügbar.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden in dem zumindest einen Histogramm hinterlegte Werte der mittleren Rückstrahlleistung kontinuierlich über die Zeit mit der Referenz-Rückstrahlleistung verglichen, so dass eine Veränderung der Rückstrahlleistung über die Zeit erkannt werden kann. Dies ermöglicht schon vor dem Erreichen des vorgegebenen Schwellwerts eine Prognose einer Zeitdauer bis zum Erreichen des Schwellwerts. Somit kann ein Ersatz des Lidarsensors frühzeitig geplant werden.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden in einer mittels des Lidarsensors erfassten Punktwolke für jeden Punkt eine dreidimensionale Koordinate im Raum und eine Echo-Pulse-Breite der reflektierten Lidarstrahlung, auch als Echo-Pulse-Width (kurz: EPW) bezeichnet, ermittelt. Die mittlere Rückstrahlleistung wird aus einem Mittelwert der Echo-Pulse-Breiten der Punkte ermittelt, welche sich in dem vorgegebenen Abstand zu dem Lidarsensor befinden. Dies stellt eine besonders einfach und zuverlässig durchführbare Ermittlung der Rückstrahlleistung dar und ist während des Betriebs des Lidarsensors ohne Beeinträchtigung des Betriebs und ohne das Erfordernis eines gesonderten Betriebsmodus zur Durchführung des Verfahrens ausführbar. In der gleichen Weise kann auch die Bestimmung der Referenz-Rückstrahlleistung erfolgen.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird für unterschiedliche Messobjekte jeweils eine Referenz-Rückstrahlleistung ermittelt und in dem Vergleich der mittleren Rückstrahlleistung mit der Referenz-Rückstrahlleistung wird eine Referenz-Rückstrahlleistung gewählt, welche für ein Messobjekt ermittelt wurde, dass zumindest im Wesentlichen gleiche Reflexionseigenschaften aufweist, wie das Objekt, zu welcher die entsprechende mittlere Rückstrahlleistung ermittelt wurde. Somit kann die Alterung des Lidarsensors besonders exakt und zuverlässig ermittelt werden.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
-
Dabei zeigt:
- 1 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Ermittlung alterungsbedingter Funktionsbeeinträchtigungen eines Lidarsensors eines Fahrzeugs.
-
In der einzigen 1 ist ein Ablauf eines möglichen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Ermittlung alterungsbedingter Funktionsbeeinträchtigungen eines Lidarsensors eines Fahrzeugs dargestellt.
-
In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird in einer Referenzmessung eine Rückstrahlleistung von mittels des Lidarsensors ausgesendeter und von einem, in einem vorgegebenen Abstand zu dem Lidarsensor befindlichen hochreflektiven Messobjekt reflektierter Lidarstrahlung ermittelt und als Referenz-Rückstrahlleistung RP gespeichert.
-
Insbesondere wird die Referenzmessung während eines Herstellungsprozesses des Fahrzeugs an einem Bandende durchgeführt.
-
Als hochreflektive Messobjekte werden dabei Objekte verwendet, welche sich insbesondere durch einfache Geometrien sowie große Flächen auszeichnen und eine maximale Rückstrahlleistung und Detektionsreichweite für den Lidarsensor ermöglichen. Dabei weisen die Messobjekte insbesondere eine große Ähnlichkeit zu häufig und regelmäßig im Straßenverkehr vorkommenden Objekten, wie beispielsweise hochreflektiven stationären Objekte, zum Beispiel Schilderbrücken oder Verkehrsschilder, und hochreflektiven dynamischen Objekte, zum Beispiel Kennzeichen an Fahrzeugen, auf.
-
Während der Referenzmessung werden in einer mittels des Lidarsensors erfassten Punktwolke für jeden Punkt eine dreidimensionale Koordinate, das heißt drei Dimensionen im Raum, und eine Echo-Pulse-Breite der reflektierten Lidarstrahlung ermittelt. In einer möglichen Ausgestaltung werden vereinfacht alle Echos zu einem Punkt gezählt. Aus einem Mittelwert der Echo-Pulse-Breiten wird dann für die Punkte, welche sich in dem vorgegebenen Abstand zu dem Lidarsensor befinden und zu einem hochreflektiven Objektsegment gehören, eine mittlere Rückstrahlleistung ermittelt. In einer möglichen Ausgestaltung werden dabei für unterschiedliche Messobjekte separate mittlere Rückstrahlleistungen ermittelt.
-
Aus der zumindest einen mittleren Rückstrahlleistung wird dann eine Reichweite des Lidarsensors bestimmt und jeweils als Referenz-Rückstrahlleistung RP hinterlegt. Als vorgegebener Abstand wird dabei insbesondere ein Wert gewählt, welcher einer Distanz bzw. maximalen Detektionsreichweite des Lidarsensors entspricht, bei der im Betrieb des Fahrzeugs eine sichere Funktionalität des Lidarsensors bzw. einer Fahrzeugfunktion, welche mittels des Lidarsensors erfasste Daten verwendet, möglich ist. Die Fahrzeugfunktion ist beispielsweise eine Funktion zur Realisierung eines automatisierten, insbesondere hochautomatisierten oder autonomen Fahrbetriebs des Fahrzeugs.
-
Das heißt, jeder Lidarsensor wird nach seiner Produktion oder Montage am Fahrzeug einer Detektionsprüfung unterzogen, in welcher ein hochreflektives Messobjekt, welche eine Reflektivität gemäß der definierten realen Straßenobjekte aufweist, in der festgelegten maximalen Detektionsdistanz vermessen und die gemittelte Rückstrahlleistung wird im Lidarsensor als Datenwert hinterlegt.
-
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs fortlaufend eine mittlere Rückstrahlleistung P von mittels des Lidarsensors ausgesendeter und von jeweils in einem vorgegebenen Abstand zu dem Lidarsensor befindlichen hochreflektiven Objekten reflektierter Lidarstrahlung ermittelt. Die Objekte sind beispielsweise stationäre Objekte, zum Beispiel Schilderbrücken oder Verkehrsschilder, oder hochreflektive dynamische Objekte, zum Beispiel Kennzeichen an anderen Fahrzeugen.
-
Auch hierbei werden in mittels des Lidarsensors erfassten Punktwolken für jeden Punkt eine dreidimensionale Koordinate, das heißt drei Dimensionen im Raum, und die Echo-Pulse-Breite der reflektierten Lidarstrahlung ermittelt. In einer möglichen Ausgestaltung werden vereinfacht alle Echos zu einem Punkt gezählt. Aus einem Mittelwert der Echo-Pulse-Breiten wird dann für die Punkte, welche sich in dem vorgegebenen Abstand zu dem Lidarsensor befinden und zu einem hochreflektiven Objektsegment gehören, die mittlere Rückstrahlleistung P ermittelt.
-
Insbesondere wird der Mittelwert der Echo-Pulse-Breiten bzw. die mittlere Rückstrahlleistung P in zumindest einem Histogramm hinterlegt, wobei das zumindest eine Histogramm nach jeder Fahrt des Fahrzeugs in einem sensoreigenen Speicher hinterlegt wird. Beispielsweise werden hierbei für unterschiedliche in der Fahrzeugumgebung befindliche Objekte jeweils separate Histogramme erzeugt.
-
Die in dem zumindest einen Histogramm hinterlegten Werte der mittleren Rückstrahlleistung P für ein Umgebungsobjekt werden dann in einem dritten Verfahrensschritt S3 kontinuierlich über die Zeit mit der zugehörigen Referenz-Rückstrahlleistung RP eines entsprechenden Messobjekts verglichen.
-
Dabei wird eine Differenz D zwischen der Referenz-Rückstrahlleistung RP und der mittleren Rückstrahlleistung P gebildet, anhand welcher sich ein Alterungseffekt des Lidarsensors bestimmen lässt. Eine steigende Differenz D, das heißt eine sinkende mittlere Rückstrahlleistung P im Vergleich zur Referenz-Rückstrahlleistung RP, zeigt hierbei eine fortschreitende Alterung des Lidarsensors an.
-
Die Differenz D wird weiterhin mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen, wobei dann, wenn die mittlere Rückstrahlleistung P die Referenz-Rückstrahlleistung RP um mehr als den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, auf eine alterungsbedingte Funktionsbeeinträchtigung des Lidarsensors geschlossen wird.
-
Da Punkte der mittels des Lidarsensors erfassten Punktwolke zu einem Segment geclustert werden, müssen diese eine minimale Echo-Pulse-Breite aufweisen. Dies stellt folgend eine Qualität des jeweiligen Segments und ein stabiles Tracking desselben sicher. Diese minimale Echo-Pulse-Breite wird in der Entwicklungsphase auf ein Optimum angepasst und als der genannte Schwellwert festgelegt. Unterschreitet die mittlere Rückstrahlleistung P die erforderliche Qualität, so können die zugehörigen Punkte nicht mehr zur Segmentbildung verwendet werden und eine Detektionsqualität und Trackingstabilität sinken. Der Schwellwert wird deshalb derart festgelegt, dass dieser eine minimale Grenz-Rückstrahlleistung angibt, ab welcher keine qualitativen Segmente für das Tracking erstellt werden können.
-
Um während des Betriebs des Fahrzeugs eine Sicherheit und Zuverlässigkeit der Ermittlung der mittleren Rückstrahlleistung P zu erhöhen, ist in einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass die Ermittlung der mittleren Rückstrahlleistung P und der Vergleich derselben mit der Referenz-Rückstrahlleistung RP nur dann durchgeführt werden, wenn Umgebungsbedingungen, beispielsweise Wetterbedingungen, vorgegebene Eigenschaften erfüllen und/oder ein Verschmutzungsgrad einer Sichtscheibe des Lidarsensors einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Dabei werden die Umgebungsbedingungen und der Verschmutzungsgrad der Sichtscheibe mittels des Lidarsensors, beispielsweise mittels eines so genannten Blockage-Algorithmus unter Verwendung einer so genannten Dirt Map, und/oder Algorithmen des Lidarsensors zur Witterungserfassung, selbst ermittelt.
-
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens kann in einem vierten Verfahrensschritt S4 die Differenz D als Signal gespeichert und/oder ausgegeben werden, wobei das Signal die Alterung des Lidarsensors beispielsweise als Prozentangabe mit Werten von 0 % bis 100 % angibt. Unterschreitet die mittlere Rückstrahlleistung P den vorgegebenen Schwellwert, so hat der Lidarsensor an Detektionsreichweite verloren und kann dies durch Ausgabe des Signals, beispielsweise in Form eines Fehlereintrags, signalisieren. Somit kann rechtzeitig eine alterungsbedingte Funktionsbeeinträchtigung des Lidarsensors erkannt werden, so dass dieser frühzeitig getauscht werden kann, um weiterhin die Sicherheit des automatisierten Fahrens zu ermöglichen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102019005148 A1 [0002]
