DE112020002471T5 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer dreidimensionalen position - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer dreidimensionalen position Download PDF

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Masakazu Ikeda
Mitsutoshi Morinaga
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Denso Corp
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Abstract

Eine Gruppierungseinheit (42) trennt Reflexionspunkte, die in mehreren Sätzen von Informationselementen für Reflexionspunkte enthalten sind, basierend auf Positionsparametern der jeweiligen Reflexionspunkte in einer ersten Richtung in Gruppen. Jeder der Positionsparameter eines entsprechenden der Reflexionspunkte in der ersten Richtung repräsentiert eine Position des entsprechenden der Reflexionspunkte in der ersten Richtung. Eine Messeinheit (43) führt eine zweidimensionale Trilaterationsortung für jede der Gruppen basierend auf mindestens einem Reflexionspunkt durch, der in einer entsprechenden der Gruppen enthalten ist, um dadurch eine Position des mindestens einen Reflexionspunktes zu berechnen, der in jeder der Gruppen in einer zweiten Ebene enthalten ist. Die zweite Ebene wird durch die zweite Richtung und eine Richtung der Gruppenmitte der entsprechenden Gruppe definiert.

Description

  • VERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNG
  • Diese internationale Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-096062 bzw. der JP 2019-096 062 A , die am 22. Mai 2019 eingereicht wurde und beansprucht die Priorität dieser Anmeldung, deren gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Technologien zur Messung dreidimensionaler Positionen von Zielpunkten.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine bekannte Aufgabe einer Steuerung zum Unterstützen beim Fahren mit Tempomat wird aktiviert, um
    1. 1. verschiedene Zielobjekte mit einem im eigenen Fahrzeug eingebauten Abstandssensor, also einem Abstandsmesssensor, zu erfassen
    2. 2. ein Bremssystem zu aktivieren und/oder eine Warnung als Antwort auf die Feststellung auszugeben, dass mindestens ein erfasstes Zielobjekt, bei dem es sich um ein anderes Fahrzeug oder ein Hindernis handelt, wahrscheinlich mit dem eigenen Fahrzeug zusammenstößt.
  • Selbst wenn sich ein erkanntes Zielobjekt an einer Stelle befindet, die auf einer voraussichtlichen Route des eigenen Fahrzeugs liegt, muss die Steuerung der Tempomatregelung inaktiv gehalten werden, wenn festgestellt wird, dass das erkannte Zielobjekt entweder ein hoch liegendes Objekt ist, unter dem das eigene Fahrzeug durchfahren kann, wie z. B. ein Schild oder eine Tunneldecke, oder ein tief liegendes Objekt, über das das eigene Fahrzeug hinwegfahren kann, wie z. B. ein Schacht bzw. Gulli.
  • Um eine fehlerhafte Aktivierung des adaptiven Tempomaten zu vermeiden, wenn festgestellt wird, dass es sich bei dem erkannten Zielobjekt um ein hoch oder tief liegendes Objekt handelt, ist eine dreidimensionale Erkennung der Position eines Zielobjekts erforderlich. Die dreidimensionale Erkennung der Position eines Zielobjekts umfasst die Erkennung der dreidimensionalen Position des Zielobjekts in einer horizontalen Ebene und in einer Höhenrichtung senkrecht zur horizontalen Ebene.
  • Andererseits gibt es bekannte Verfahren zur Bestimmung der Positionen von Reflexionspunkten von Sondenwellen, die im Folgenden einfach als Reflexionspunkte bezeichnet werden, wobei mindestens zwei Abstandsmesssensoren bzw. Abstandssensoren genutzt werden. Eine dieser Methoden verwendet eine Trilaterations-Technologie, wie z.B. eine Ortung anhand der Ankunftszeit (Time Of Arrival (TOA)-Ortung) oder eine Ortung anhand der unterschiedlichen Ankunftszeit bzw. des Laufzeitunterschieds (Time Difference Of Arrival (TDOA)-Ortung).
  • Die TOA-Ortung ist dazu aufgebaut, für jeden Reflexionspunkt die folgenden Aufgaben bzw. Schritte durchzuführen:
    1. 1. Messen des Abstands des entsprechenden Reflexionspunktes von einem ersten Abstandssensor, d.h. der Ankunftszeit einer von dem ersten Abstandssensor ausgesandten Sondenwelle am entsprechenden Reflexionspunkt,
    2. 2. Messen des Abstands des entsprechenden Reflexionspunktes von einem zweiten Abstandssensor, d.h. der Ankunftszeit einer von dem zweiten Abstandssensor ausgesandten Sondenwelle am entsprechenden Reflexionspunkt,
    3. 3. Erstellen eines ersten Kreises, der als Radius die gemessene Entfernung um den ersten Abstandssensor aufweist,
    4. 4. Erstellen eines zweiten Kreises, der als Radius die gemessene Entfernung um den zweiten Abstandssensor aufweist,
    5. 5. Berechnen eines Schnittpunkts zwischen dem ersten und dem zweiten Kreis als den zugehörigen Reflexionspunkt.
  • Die TDOA-Ortung ist dazu aufgebaut, für jeden Reflexionspunkt die folgenden Aufgaben durchzuführen:
    1. 1. Messen eines Unterschieds der Abstände des zugehörigen Reflexionspunktes von jedem Paar von mehreren Abstandssensoren, also eines Unterschieds zwischen den Ankunftszeiten der von jedem Paar von Abstandssensoren ausgesandten Sondenwellen am entsprechenden Reflexionspunkt,
    2. 2. Erstellen eines Hyperboloids basierend auf dem gemessenen Unterschied der Entfernungen für jedes Paar von mehreren Abstandssensoren, dessen Brennpunkte die Orte des entsprechenden Paars von Abstandssensoren sind,
    3. 3. Bestimmen des Ortes des entsprechenden Reflexionspunktes basierend auf dem Hyperboloid für jedes Paar der mehreren Abstandssensoren.
  • Nachstehend wird die Bestimmung der dreidimensionalen Position (des Orts) eines Reflexionspunktes unter beispielhafter Nutzung der TOA-Ortung beschrieben.
  • Die TOA-Ortung verwendet Abstände bzw. Entfernungen jedes Reflexionspunktes, die von den jeweiligen Abstandssensoren gemessen werden; jede der Entfernungen stellt eine Entfernung vom entsprechenden Reflexionspunkt zum zugehörigen aus den Abstandssensoren dar. Als Nächstes wählt die TOA-Ortung zufällig Paare der gemessenen Entfernungen jedes Reflexionspunktes aus, um dadurch Messwerte jedes Reflexionspunktes basierend auf den jeweiligen Paaren der Entfernungen des entsprechenden Reflexionspunktes zu erzeugen. Dann extrahiert die TOA-Ortung aus den erzeugten Messwerten jedes Reflexionspunktes einen ausgewählten Messwert, der den Standort des entsprechenden Reflexionspunktes darstellt.
  • Bei der Messung des zweidimensionalen Orts jedes Reflexionspunkts erzeugt die TOA-Ortung einen Kreis, der als Radius den gemessenen Abstand des entsprechenden Reflexionspunkts zu jedem der beiden Abstandssensoren hat, und berechnet die Schnittpunkte zwischen den erstellten Kreisen jedes Reflexionspunkts als die jeweiligen Messwerte des zugehörigen Reflexionspunkts.
  • Bei der Messung des dreidimensionalen Standorts jedes Reflexionspunkts erstellt die TOA-Ortung einen Kreis, dessen Radius der gemessenen Entfernung des entsprechenden Reflexionspunkts zu jedem der drei Abstandssensoren entspricht, und berechnet die Schnittpunkte zwischen den erstellten Kreisen jedes Reflexionspunkts als die zugehörigen Messwerte des entsprechenden Reflexionspunkts.
  • Wie aus dem Vergleich zwischen der TOA-Ortung zur Messung des dreidimensionalen Ortes jedes Reflexionspunktes und derjenigen zur Messung des zweidimensionalen Ortes jedes Reflexionspunktes deutlich wird, macht die TOA-Ortung zur Messung des dreidimensionalen Ortes jedes Reflexionspunktes einen Berechnungsprozess komplizierter; der Berechnungsprozess berechnet die Schnittpunkte zwischen den erzeugten Kreisen des entsprechenden Reflexionspunktes als die jeweiligen Messwerte des entsprechenden Reflexionspunktes.
  • Mit zunehmender Anzahl der von den jeweiligen Abstandssensoren gemessenen Abstände der Reflexionspunkte erhöht sich die Anzahl der Messwerte der Reflexionspunkte, also die Anzahl der Schnittpunkte zwischen den erzeugten Kreisen der Reflexionspunkte, was dazu führt, dass die für den komplexen Rechenvorgang benötigte Zeit äußerst lang wird.
  • Ausgehend davon wird in der Patentliteratur 1 ein Verfahren offenbart, das die Messwerte der Reflexionspunkte basierend auf Dopplergeschwindigkeiten bzw. Dopplereigenschaften der jeweiligen Messwerte in mehrere Cluster einteilt und für jeden der Cluster einen dreidimensionalen Standort errechnet.
  • LISTE DES ZITIERTEN STANDS DER TECHNIK
  • Patentliteratur 1 Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2017-142164 , JP 2017-142 164 A
  • KURZE ERLÄUTERUNG.
  • Als Ergebnis einer genauen Betrachtung der in der Patentliteratur 1 offenbarten Technologie haben die Erfinder der vorliegenden Offenbarung das folgende Problem erkannt:
  • Die wie vorstehend in der Patentliteratur 1 offenbarte Technologie, die die dreidimensionale Ortung für jeden der Cluster berechnet, kann zu einem geringeren Durchsatz bei der Berechnung der dreidimensionalen Ortung für jeden der Cluster führen, weil die Zahl der Schnittpunkte zwischen den in jedem der Cluster erzeugten Kreisen kleiner wird.
  • Die wie vorstehend in der Patentliteratur offenbarte Technologie kann leider die Ausführung eines komplizierten dreidimensionalen Vorgangs für jeden der Cluster erfordern, was zu einer unzureichenden Verringerung des Durchsatzes bzw. Aufwands beim Berechnen der dreidimensionalen Position für jeden der Cluster führt.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung zielt darauf ab, eine Technologie zu schaffen, die dazu fähig ist, den Aufwand zu reduzieren, der für die Durchführung einer dreidimensionalen Messung erforderlich ist.
  • Eine erste beispielhafte Maßnahme der vorliegenden Offenbarung schafft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position. Die Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position umfasst eine Informationserzeugungseinheit, eine Gruppierungseinheit und eine Messeinheit.
  • Die Informationserzeugungseinheit ist dazu aufgebaut, mehrere Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte durch mindestens einen Abstandssensor zu erzeugen. Jedes der Informationselemente für Reflexionspunkte aus jedem der mehreren Sätze umfasst einen Abstand eines Reflexionspunktes, der ein von dem mindestens einen Abstandssensor ausgesandtes Sondenwellensignal reflektiert, wobei der Abstand ein Abstand des Reflexionspunktes vom mindestens einen Abstandssensor ist. Jedes der Informationselemente für Reflexionspunkte aus jedem der mehreren Sätze umfasst auch einen Winkel des Reflexionspunkts in einer ersten Ebene, wobei der Winkel des Reflexionspunkts einen Azimut des Reflexionspunkts relativ zum mindestens einen Abstandssensor darstellt. Die erste Ebene wird durch eine erste Richtung und eine Bohrlochrichtung bzw. Hauptabstrahlrichtung definiert, die eine Richtung des von dem mindestens einen Abstandssensor ausgesandten Sondenwellensignals darstellt. Die erste Richtung steht senkrecht zur Bohrlochrichtung. Die mehreren Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte werden von dem mindestens einen Abstandssensor an jeweils unterschiedlichen Positionen in einer zweiten Richtung gemessen, die senkrecht zur ersten Richtung ist.
  • Die Gruppierungseinheit ist dazu aufgebaut, die in den mehreren Sätzen von Informationselementen für Reflexionspunkte enthaltenen Reflexionspunkte basierend auf Positionsparametern der jeweiligen Reflexionspunkte in der ersten Richtung in eine Vielzahl von Gruppen zu unterteilen. Jeder der Positionsparameter eines zugehörigen aus den Reflexionspunkten in der ersten Richtung repräsentiert eine Position des zugehörigen aus den Reflexionspunkten in der ersten Richtung.
  • Die Messeinheit ist dazu aufgebaut, eine zweidimensionale Trilaterationsortung für jede der Gruppen basierend auf mindestens einem Reflexionspunkt durchzuführen, der in einer zugehörigen aus den Gruppen enthalten ist, um so eine Position des mindestens einen Reflexionspunkts in einer zweiten Ebene zu berechnen, der in jeder der Gruppen enthalten ist. Die zweite Ebene wird durch die zweite Richtung und eine Gruppenzentrumsrichtung der zugehörigen Gruppe definiert. Die Gruppenzentrumsrichtung jeder Gruppe stellt ein Zentrum der zugehörigen Gruppe in der ersten Richtung dar.
  • Eine zweite beispielhafte Maßnahme der vorliegenden Offenbarung schafft ein durch einen Computer ausführbares dreidimensionales Positionierungsverfahren.
  • Das Verfahren zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position umfasst das Erzeugen mehrerer Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte unter Nutzung mindestens eines Abstandssensors. Jedes der Informationselemente für Reflexionspunkte aus jedem der mehreren Sätze umfasst einen Abstand eines Reflexionspunktes, der ein vom mindestens einen Abstandssensor ausgesandtes Sondenwellensignal reflektiert, wobei der Abstand ein Abstand des Reflexionspunktes vom mindestens einen Abstandssensor ist. Jedes der Informationselemente für Reflexionspunkte jedes der mehreren Sätze umfasst auch einen Winkel des Reflexionspunkts in einer ersten Ebene, wobei der Winkel des Reflexionspunkts einen Azimut des Reflexionspunkts relativ zum mindestens einen Abstandssensor darstellt. Die erste Ebene wird durch eine erste Richtung und eine Bohrlochrichtung definiert, die eine Richtung des vom mindestens einen Abstandssensor ausgesendeten Sondenwellensignals darstellt. Die erste Richtung steht senkrecht auf der Bohrlochrichtung. Die mehreren Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte werden durch den mindestens einen Abstandssensor an jeweils unterschiedlichen Positionen in einer zweiten Richtung gemessen, die zur ersten Richtung senkrecht ist.
  • Das Verfahren zur dreidimensionale Positionierung umfasst die Aufteilung der Reflexionspunkte, die in den mehreren Sätzen von Informationselementen für Reflexionspunkte enthalten sind, in mehrere Gruppen basierend auf Positions- bzw. Ortungsparametern der jeweiligen Reflexionspunkte in der ersten Richtung. Jeder der Positionsparameter eines entsprechenden der Reflexionspunkte in der ersten Richtung gibt eine Position des zugehörigen Reflexionspunkts in der ersten Richtung wieder.
  • Das Verfahren zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position umfasst die Durchführung einer zweidimensionalen Trilaterationsortung für jede der Gruppen basierend auf mindestens einem Reflexionspunkt, der in einer zugehörigen Gruppe enthalten ist, um dadurch einen Ort des mindestens einen Reflexionspunkts, der in jeder der Gruppen enthalten ist, in einer zweiten Ebene zu berechnen. Die zweite Ebene wird durch die zweite Richtung und eine Gruppenzentrumsrichtung der zugehörigen Gruppe definiert. Die Gruppenzentrumsrichtung jeder Gruppe stellt ein Zentrum der zugehörigen Gruppe in der ersten Richtung dar.
  • Jede der ersten und zweiten beispielhaften Maßnahmen trennt die Reflexionspunkte, die in den mehreren Sätzen von Informationselementen für Reflexionspunkte enthalten sind, basierend auf den Positionsparametern der jeweiligen Reflexionspunkte in der ersten Richtung in die mehreren Gruppen. Jeder der Positionsparameter eines entsprechenden Reflexionspunkts in der ersten Richtung gibt die Position des entsprechenden Reflexionspunkts in der ersten Richtung wieder.
  • Dann führt jede der ersten und zweiten beispielhaften Maßnahmen die zweidimensionale Trilaterationsortung für jede der Gruppen durch.
  • Dies führt also dazu, dass die Zahl von mindestens einem Reflexionspunkt in jeder der Gruppen reduziert wird, die der zweidimensionalen Trilaterationsortung unterzogen werden, was dazu führt, dass die Anzahl der Messpunkte verringert wird, die durch die Anzahl der Kombinationen der Reflexionspunkte in jeder der Gruppen repräsentiert wird. Dies ermöglicht folglich, eine Verarbeitungszeit zu verringern, die erforderlich ist, um die zweidimensionale Trilaterationsortung basierend auf den gruppierten Informationselementen für Reflexionspunkte durchzuführen, und zwar im Vergleich zu einer Verarbeitungszeit, die erforderlich ist, um die zweidimensionale Trilaterationsortung basierend auf allen Informationselementen für Reflexionspunkte gemeinsam ohne Gruppierung durchzuführen.
  • Jede aus den ersten und zweiten beispielhaften Maßnahmen ermöglicht, dass die Reflexionspunkte, die in jeder der Gruppen enthalten sind, jeweils kleinere Differenzen in einer Richtung senkrecht zur zweiten Ebene aufweisen. Dies führt entsprechend zu einem geringeren Fehler bei der Ortung jedes der dreidimensional verteilten Reflexionspunkte aufgrund der Ausführung der zweidimensionalen Trilaterationsortung für die dreidimensional verteilten Reflexionspunkte.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockschaubild, das einen Aufbau einer Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 2 ist eine Ansicht, die zeigt, wie eine Sensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform angebracht ist;
    • 3 ist eine Ansicht, die Reflexionspunkte in einer X-Z-Ebene zeigt;
    • 4 ist eine Ansicht, die in der X-Z-Ebene ein Ergebnis einer zweidimensionalen Ankunftszeits- bzw. TOA-Ortung zeigt, die für jede Gruppe von Informationselementen für Reflexionspunkte durchgeführt wird;
    • 5 ist eine Ansicht, die in einer X-Y-Ebene ein Ergebnis der zweidimensionalen TOA-Ortung zeigt, die für jede Gruppe von Informationselementen für Reflexionspunkte durchgeführt wurde;
    • 6 ist eine Ansicht, die auf der X-Y-Ebene ein Ergebnis der zweidimensionalen TOA-Ortung zeigt, die für nicht gruppierte Informationselemente für Reflexionspunkte gemeinsam durchgeführt wurde;
    • 7 ist eine Tabelle, die eine grob geschätzte Rechenzeit für eine gewöhnliche zweidimensionale TOA-Ortung, eine gewöhnliche dreidimensionale TOA-Ortung und die zweidimensionale TOA-Ortung veranschaulicht, die für jede Gruppe von Informationselementen für Reflexionspunkte ausgeführt wird;
    • 8 ist ein Blockschaubild, das einen Aufbau einer dreidimensionalen Positioniervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 9 ist eine Ansicht, die zeigt, wie eine Sensoreinheit gemäß der zweiten Ausführungsform angeordnet ist;
    • 10 ist eine Ansicht, die veranschaulicht, wie sich der Standort eines Abstandssensors während der Fahrt eines Fahrzeugs verschiebt;
    • 11 ist ein Blockschaubild, das eine Gruppierungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
    • 12 ist eine Ansicht, die das Prinzip der zweidimensionalen TOA-Ortung veranschaulicht;
    • 13 ist eine Ansicht die das Prinzip der dreidimensionalen TOA-Ortung veranschaulicht; und
    • 14 ist eine Ansicht, die einen Fehler aufgrund der Ausführung der zweidimensionalen Trilaterationsortung für dreidimensional verteilte Reflexionspunkte veranschaulicht.
  • GENAUE ERLÄUTERUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
  • KURZE ERLÄUTERUNG DER TOA-ORTUNGSTECHNOLOGIE
  • Bevor die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden, wird nachstehend die TOA-Ortung kurz erläutert, die ein Beispiel für eine Trilaterationsortung ist.
  • Beim Bestimmen der zweidimensionalen Position (des Orts) eines jeden aus ersten und zweiten Reflexionspunkten verwendet die TOA-Ortung, die als zweidimensionale TOA-Ortung bezeichnet wird, erste und zweite Abstandssensoren S1 und S2, die an jeweils unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, um
    1. 1. eine Entfernung des ersten Reflexionspunkts vom ersten Abstandssensor S1 mit dem ersten Abstandssensor S1 zu messen,
    2. 2. eine Entfernung des ersten Reflexionspunkts vom zweiten Abstandssensor S2 mit dem zweiten Abstandssensor S2 zu messen,
    3. 3. eine Entfernung des zweiten Reflexionspunkts vom ersten Abstandssensor S1 mit dem ersten Abstandssensor S1 zu messen,
    4. 4. eine Entfernung des zweiten Reflexionspunkts vom zweiten Abstandssensor S2 mit dem zweiten Abstandssensor S2 zu messen.
  • Wie in 12 dargestellt ist, erzeugt die zweidimensionale TOA-Ortung dann virtuelle Kreise um den ersten Abstandssensor S1, die jeweils den zugehörigen gemessenen Abstand als Radius haben, und erzeugt virtuelle Kreise um den zweiten Abstandssensor S2, die jeweils den zugehörigen gemessenen Abstand als Radius haben.
  • Als Nächstes führt die zweidimensionale TOA-Ortung den Rechenvorgang zur Berechnung zweidimensionaler Positionen (Orte) der jeweiligen Schnittpunkte zwischen den virtuellen Kreisen als Messwerte der jeweiligen ersten und zweiten Reflexionspunkte durch.
  • Beim Bestimmen der dreidimensionalen Position (des Orts) eines Reflexionspunktes nutzt die TOA-Ortung, die als dreidimensionale TOA-Ortung bezeichnet wird, erste bis dritte Abstandssensoren S1 bis S3, die an jeweils unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, um
    1. 1. eine erste Entfernung des Reflexionspunkts vom ersten Abstandssensor S1 mit dem ersten Abstandssensor S1 zu messen,
    2. 2. eine zweite Entfernung des Reflexionspunktes vom zweiten Abstandssensor S2 mit dem zweiten Abstandssensor S2 zu messen,
    3. 3. eine dritte Entfernung des Reflexionspunkts vom dritten Abstandssensor S3 mit dem dritten Abstandssensor S3 zu messen.
  • Wie in 13 dargestellt wird, erzeugt die dreidimensionale TOA-Ortung zudem eine erste virtuelle Kugel, die als Radius die gemessene erste Entfernung um den ersten Abstandssensor S1 aufweist, und eine zweite virtuelle Kugel, die als Radius die gemessene zweite Entfernung um den zweiten Abstandssensor S2 aufweist. Außerdem erzeugt die dreidimensionale TOA-Ortung eine dritte virtuelle Kugel, die als Radius die gemessene dritte Entfernung um den dritten Abstandssensor S3 aufweist.
  • Dann führt die dreidimensionale TOA-Ortung den Berechnungsvorgang zum Berechnen einer dreidimensionalen Position (eines Orts) eines Schnittpunktes zwischen der ersten bis dritten virtuellen Kugel als eines Messwerts des Reflexionspunktes durch.
  • Insbesondere kann die zweidimensionale TOA-Ortung die zweidimensionale Position (Lage) eines Schnittpunkts zwischen einem ersten virtuellen Halbkreis und einem zweiten virtuellen Halbkreis als einen Messwert eines Zielpunkts berechnen; jeder der ersten und zweiten virtuellen Halbkreise um den zugehörigen der ersten und zweiten Entfernungsmesssensoren S1 und S2 stellt einen Sondenwellen-Emissionsbereich des zugehörigen aus den ersten und zweiten Entfernungsmesssensoren S1 und S2 dar.
  • In ähnlicher Weise kann die dreidimensionale TOA-Ortung eine dreidimensionale Position (einen Ort) eines Schnittpunkts zwischen ersten bis dritten virtuellen Halbkugeln als einen Messwert des Zielpunkts berechnen; jede der ersten bis dritten virtuellen Halbkugeln um den entsprechenden der ersten bis dritten Entfernungsmesssensoren S1 bis S3 stellt einen Sondenwellen-Emissionsbereich des zugehörigen aus den ersten bis dritten Entfernungsmesssensoren S1 bis S3 dar.
  • Die vorstehend erläuterte zweidimensionale oder dreidimensionale TOA-Ortung führt mit einer Erhöhung der Anzahl von Reflexionspunkten (Zielpunkten) zu einer Erhöhung der Anzahl der Schnittpunkte, also der Anzahl der Kombinationen gemessener Abstände. Nachstehend werden die zahlreichen Schnittpunkte zwischen den gemessenen Abständen auch als Messpunkte bezeichnet.
  • In 12 ist beispielsweise ein Fall dargestellt, in dem der erste und der zweite Abstandssensor S1 und S2 jeweils zwei Entfernungen für zwei Reflexionspunkte (erster und zweiter Reflexionspunkt) messen, so dass man aus den vier gemessenen Entfernungen vier Messpunkte erhält. Von den vier Messpunkten stellen jeweils zwei Messpunkte die tatsächlichen Messpunkte (echten Bilder) dar, und die verbleibenden zwei Messpunkte stellen jeweils falsche Messpunkte dar, also Geisterbilder (falsche Bilder).
  • Die durch die zwei- oder dreidimensionale TOA-Ortung erhaltenen Messpunkte, für die der Berechnungsprozess durchgeführt wird, zeigen also nicht tatsächliche Messpunkte, sondern umfassen einen oder mehrere falsche Messpunkte. Wenn beispielsweise die Anzahl der tatsächlichen Messpunkte N beträgt, wird die Anzahl der Messpunkte, die in den Berechnungsvorgang einbezogen werden, für die zweidimensionale TOA-Ortung zu N2 oder für die dreidimensionale TOA-Ortung zu N3.
  • Man betrachte zur Vereinfachung des Berechnungsverfahrens einen Fall, in dem die zweidimensionale TOA-Ortung für dreidimensional verteilte Reflexionspunkte durchgeführt wird. In diesem Fall ist, wie in 14 dargestellt wird, ein Fehler zwischen der erfassten Entfernung eines zugehörigen ausgewählten Reflexionspunktes und seiner tatsächlichen Entfernung umso größer, je weiter die dreidimensionale Position des ausgewählten Reflexionspunktes von einer zweidimensionalen Referenzebene entfernt ist, auf die der entsprechende ausgewählte Reflexionspunkt projiziert wird.
  • Das heißt, obwohl es notwendig ist, einen Ort des ausgewählten Reflexionspunktes, der auf die zweidimensionale Bezugsebene projiziert wird, entlang einer Achse senkrecht zu der zweidimensionalen Bezugsebene zu bestimmen, wird der ausgewählte Bezugspunkt basierend auf dem gemessenen Abstand um den ersten Abstandssensor S1 auf die virtuelle Kugel projiziert, so dass der erfasste Abstand des ausgewählten Reflexionspunktes, der auf die zweidimensionale Bezugsebene projiziert wird, größer sein kann als ein tatsächlicher Abstand des ausgewählten Reflexionspunktes, der auf die zweidimensionale Bezugsebene projiziert wird.
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Eine in einem Fahrzeug eingebaute dreidimensionale Positionierungsvorrichtung 1 bzw. Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist dazu aufgebaut, dreidimensionale Positionen von Zielobjekten im Umfeld des Fahrzeugs zu messen.
  • Wie es in 1 dargestellt wird, umfasst die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position eine Signalverarbeitungseinheit 3. Die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position kann eine Sensoreinheit 5 umfassen.
  • Die Sensoreinheit 5 umfasst eine Mehrzahl von Abstandssensoren 51. Jeder Abstandssensor 51 umfasst ein Radiowellenradar, das ein Radiowellensignal als ein Sondenwellensignal aussendet. Die Abstandssensoren 51 weisen den gleichen Aufbau auf, und jeder Abstandssensor 51 umfasst Antennen, die in einer vorgegebenen ersten Richtung mit jeweils unterschiedlichen Positionen in der ersten Richtung ausgerichtet sind. Jeder Abstandssensor 51 ist nicht auf ein solches Radiowellenradar beschränkt und kann eine LIDAR- (Light Detection and Ranging) Vorrichtung, die ein Lichtwellensignal als ein Sondenwellensignal aussendet, oder eine SONAR- (Sound Navigation and Ranging) Vorrichtung umfassen, die ein Ultraschallwellensignal als ein Sondenwellensignal aussendet.
  • Das Fahrzeug weist eine Längsrichtung, eine Breitenrichtung und eine Höhenrichtung, also. eine vertikale Richtung, auf. Die Längsrichtung des Fahrzeugs ist als eine Richtung einer X-Achse (X-Achsen-Richtung) definiert, die Breitenrichtung des Fahrzeugs ist als eine Richtung einer Y-Achse (Y-Achsen-Richtung) definiert, und die Höhenrichtung des Fahrzeugs ist als eine Richtung einer Z-Achse (Z-Achsen-Richtung) definiert. Die X- und Y-Achsen definieren eine X-Y-Ebene, die parallel zur Horizontalen verläuft.
  • Die Abstandssensoren 51 der Sensoreinheit 5 sind, wie in 2 dargestellt wird, an einem vorderen Stoßfänger, der an der Front des Fahrzeugs befestigt ist, oder an der Front des Fahrzeugs benachbart zum vorderen Stoßfänger angebracht und in Richtung der Y-Achse ausgerichtet. Jeder der Abstandssensoren 51 weist eine vorab festgelegte Bohrlochrichtung auf, die der Richtung der Aussendung seines Sondenwellensignals entspricht; die Bohrlochrichtung jedes Abstandssensors 51 ist so festgelegt, dass sie zur X-Achsenrichtung passt, und die erste Richtung, in der die Antennen der jeweiligen Abstandssensoren 51 ausgerichtet sind, ist so festgelegt, dass sie zur Z-Achsenrichtung passt.
  • Insbesondere ist jeder Abstandssensor 51 der Sensoreinheit 5 so angeordnet, dass er einen Winkel θv einer Ankunftsrichtung jedes Echos in einer durch die X- und Z-Achse definierten X-Z-Ebene zur Bohrlochrichtung misst; der Winkel θv der Ankunftsrichtung jedes Echos zur Bohrlochrichtung wird als vertikaler Azimut oder vertikaler Winkel θv bezeichnet. Die Richtung der Y-Achse ist als eine zweite Richtung gemäß der ersten Ausführungsform definiert, und die X-Z-Ebene ist als eine erste Ebene gemäß der ersten Ausführungsform definiert.
  • Die Bohrlochrichtung jedes Abstandssensors 51 stellt beispielsweise eine Richtung dar, in der ein Sendeenergiemuster eines von dem zugehörigen Abstandssensor 51 ausgesendeten Sondenwellensignals ein maximales Intensitätsniveau aufweist, oder eine mittlere Richtung eines Sendebereichs eines vom zugehörigen Abstandssensor 51 ausgesendeten Sondenwellensignals.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 3 umfasst einen Mikrocomputer, der aus einer Zentralprozessoreinheit bzw. CPU (central processing unit) 31 und einem Halbleiterspeicher, der einfach als Speicher 32 bezeichnet wird, wie z.B. einem RAM, ROM und/oder einem Flash-Speicher, besteht. Die Signalverarbeitungseinheit 3 umfasst informationserzeugende Einheiten 41, Gruppierungseinheiten 42 und Messeinheiten 43. Die CPU 31 der Verarbeitungseinheit 3 führt Programme aus, die im Speicher 32 gespeichert sind, um so die vorstehend genannten Funktionselemente 41, 42 und 43 zu verwirklichen.
  • Die Informationserzeugungseinheiten 41 sind für die jeweiligen Abstandssensoren 51 vorgesehen, die in der Sensoreinheit 5 enthalten sind, und die Gruppierungseinheiten 42 sind in ähnlicher Weise für die jeweiligen Abstandssensoren 51 vorgesehen. Dies führt dazu, dass mehrere Paare von Informationserzeugungseinheiten 41 und Gruppierungseinheiten 42 vorgesehen sind; jedes Paar von Informationserzeugungseinheit 41 und Gruppierungseinheit 42 gehört zu einem der Abstandssensoren 51. Die Informationserzeugungseinheit 41 und die Gruppierungseinheit 42 jedes Paares führen die gleichen Vorgänge aus.
  • Jede Informationserzeugungseinheit 41, die für den zugehörigen Abstandssensor 51 vorgesehen ist, ist dazu aufgebaut, Messsignale zu empfangen, die über die Antennen des zugehörigen Abstandssensors 51 empfangen und vom zugehörigen Abstandssensor 51 dorthin gesendet werden. Jede Informationserzeugungseinheit 41 ist auch dazu aufgebaut, basierend auf den erhaltenen Messsignalen einen Filtervorgang, einen Spitzenwert-Extraktionsvorgang und einen Azimut-Messvorgang durchzuführen, um so einen Satz von Informationselementen für Reflexionspunkte zu erzeugen, von denen jedes mindestens Folgendes umfasst:
    1. 1. Einen Abstand R zwischen dem zugehörigen Abstandssensor 41 und einem zugehörigen Reflexionspunkt, der ein entsprechendes Sondenwellensignal reflektiert hat, das von dem zugehörigen Abstandssensor 41 ausgesendet wurde.
    2. 2. Einen vertikalen Azimut θv, der einen Azimut des entsprechenden Reflexionspunktes in der ersten Ebene darstellt, wenn der entsprechende Reflexionspunkt vom zugehörigen Abstandssensor 41 gesehen wird.
  • Jedes der von der für jeden Abstandssensor 51 bereitgestellten Informationserzeugungseinheit 41 erzeugten Informationselemente für Reflexionspunkte kann zusätzlich Folgendes umfassen:
    1. 1. Eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem zugehörigen Abstandssensor 51 und dem entsprechenden Reflexionspunkt, der das entsprechende Sondenwellensignal reflektiert hat, das vom zugehörigen Abstandssensor 51 ausgesendet wurde.
    2. 2. Eine Empfangsintensität eines Reflexionswellensignals (Echos), das sich aus der Reflexion des entsprechenden Sondenwellensignals am entsprechenden Reflexionspunkt ergibt.
  • Insbesondere misst jede Informationserzeugungseinheit 41 eine Zeitdauer zwischen dem Aussenden eines entsprechenden Sondenwellensignals und dem Empfang eines Reflexionswellensignals (Echo), das sich aus der Reflexion des ausgesendeten Sondenwellensignals an einem entsprechenden Reflexionspunkt ergibt, und wandelt die gemessene Zeit in einen Abstand R zwischen der entsprechenden Informationserzeugungseinheit 41 und dem entsprechenden Reflexionspunkt um.
  • Beispielsweise kann jede informationserzeugende Einheit 41 den vertikalen Azimut θv jedes Reflexionspunktes anhand von Phasendifferenzen zwischen den Messsignalen berechnen, die zum Reflexionspunkt gehören und über die jeweiligen Antennen des zugehörigen Abstandssensors 51 empfangen werden. Als weiteres Beispiel kann jede Informationserzeugungseinheit 41 den vertikalen Azimut θv jedes Reflexionspunktes passend zu einer zweidimensionalen Trilaterationsortung berechnen, die auf Entfernungen zwischen der entsprechenden Informationserzeugungseinheit 41 und dem zugehörigen Reflexionspunkt basiert; die Entfernungen basieren auf den von den jeweiligen Antennen des entsprechenden Abstandssensors 51 empfangenen Messsignalen.
  • Jede Gruppierungseinheit 42, die für den zugehörigen Abstandssensor 51 und die entsprechende Informationserzeugungseinheit 41 vorgesehen ist, ist dazu aufgebaut, eine Gruppierungsaufgabe durchzuführen, die basierend auf den vertikalen Azimuten θv der Reflexionspunkte, die in den jeweiligen Informationselementen für Reflexionspunkte enthalten sind, die entsprechenden Reflexionspunkte in M Gruppen unterteilt, wobei M eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist.
  • Insbesondere teilt jede Gruppierungseinheit 42 gemäß der ersten Ausführungsform einen nutzbaren Winkelbereich um die Bohrlochrichtung des entsprechenden Abstandssensors 51 in der X-Z-Ebene in fünf Gruppen als ein Beispiel für M Gruppen auf; der nutzbare Winkelbereich um die Bohrlochrichtung des entsprechenden Abstandssensors 51 in der X-Z-Ebene ist so definiert, dass (i) die Bohrlochrichtung des entsprechenden Abstandssensors 51 auf 0 Grad eingestellt ist, (ii) eine Höhenwinkelbereichsgrenze relativ zur Bohrlochrichtung als ein positiver Winkelbereich von ausschließlich bzw. über 0 Grad bis einschließlich +10 Grad definiert ist, und (iii) eine Tiefenwinkelbereichsgrenze relativ zur Bohrlochrichtung als ein negativer Winkelbereich von ausschließlich 0 Grad bis einschließlich 10 Grad definiert ist.
  • Das heißt, der nutzbare Winkelbereich ist definiert als ein Winkelbereich von je einschließlich -10 Grad bis +10 Grad.
  • Beispielsweise teilt jede Gruppierungseinheit 42 gemäß der ersten Ausführungsform den nutzbaren Winkelbereich um die Bohrlochrichtung des entsprechenden Abstandssensors 51 in der X-Z-Ebene in fünf Winkelbereiche auf, die Folgendes umfassen:
    1. 1. Den ersten Winkelbereich, der von -10 Grad einschließlich bis -7 Grad ausschließlich definiert ist.
    2. 2. Den zweiten Winkelbereich, der von -7 Grad einschließlich bis -3 Grad ausschließlich definiert ist.
    3. 3. Den dritten Winkelbereich, der von -3 Grad einschließlich bis +3 Grad einschließlich definiert ist.
    4. 4. Den vierten Winkelbereich, der von +3 Grad ausschließlich bis +7 Grad einschließlich definiert ist.
    5. 5. Den fünften Winkelbereich, der von +7 Grad ausschließlich bis +10 Grad einschließlich definiert ist.
  • Das heißt, jede Gruppierungseinheit 42 gemäß der ersten Ausführungsform trennt basierend auf den vertikalen Azimuten θv der in den jeweiligen Informationselementen für Reflexionspunkte enthaltenen Reflexionspunkte die entsprechenden Reflexionspunkte in
    1. 1. die erste Gruppe aus einem oder mehreren Reflexionspunkten, die im ersten Winkelbereich enthalten sind,
    2. 2. die zweite Gruppe aus einem oder mehreren Reflexionspunkten, die im zweiten Winkelbereich enthalten sind,
    3. 3. die dritte Gruppe aus einem oder mehreren Reflexionspunkten, die im dritten Winkelbereich enthalten sind,
    4. 4. die vierte Gruppe aus einem oder mehreren Reflexionspunkten, die im vierten Winkelbereich enthalten sind,
    5. 5. die fünfte Gruppe aus einem oder mehreren Reflexionspunkten, die im fünften Winkelbereich enthalten sind.
  • Jede Gruppierungseinheit 42 gemäß der ersten Ausführungsform kann so aufgebaut sein, dass sie aus den in den jeweiligen Informationselementen für Reflexionspunkte enthaltenen Reflexionspunkten einen oder mehrere Reflexionspunkte, deren vertikale Azimute θv außerhalb des nutzbaren Winkelbereichs von -10 Grad bis +10 Grad je einschließlich liegen, als unnötige Reflexionspunkte eliminiert.
  • Die Anzahl der Messeinheiten 43 entspricht der Anzahl der durch jede Gruppierungseinheit 42 getrennten Gruppen, d.h. die M Messeinheiten 43 sind vorgesehen, also die fünf Messeinheiten 43, die den fünf durch jede Gruppierungseinheit 42 getrennten Gruppen entsprechen.
  • Jede der Messeinheiten 43, die für eine entsprechende der ersten bis fünften Gruppen vorgesehen ist, ist dazu aufgebaut, eine Abstandsmessungsaufgabe basierend auf einem oder mehreren Informationselementen für Reflexionspunkte über den einen oder die mehreren Reflexionspunkte durchzuführen, die zu der entsprechenden aus der ersten bis fünften Gruppe gehören. Insbesondere ist jede der Messeinheiten 43, die für eine entsprechende aus der ersten bis fünften Gruppe vorgesehen ist, dazu aufgebaut, die zweidimensionale TOA-Ortung als Abstandsmessungsaufgabe durchzuführen.
  • Insbesondere erhält die zweidimensionale TOA-Ortung für jede der ersten bis fünften Gruppen, die von einer entsprechenden der Messeinheiten 43 durchgeführt wird, eine Referenzachse, die eine Mittelachse eines entsprechenden der ersten bis fünften Winkelbereiche darstellt; die Mittelachse weist einen Winkel zur Bohrlochrichtung auf. Als Nächstes wird bei der zweidimensionalen TOA-Ortung für jede der ersten bis fünften Gruppen, die von einer entsprechenden der Messeinheiten 43 durchgeführt wird, eine Gruppenreferenzebene festgelegt, die durch die Referenzachse des entsprechenden der ersten bis fünften Winkelbereiche und die Y-Achse definiert ist.
  • Dann berechnet die zweidimensionale TOA-Ortung für jede der ersten bis fünften Gruppen, die von einer entsprechenden aus den Messeinheiten 43 durchgeführt wird, in einer entsprechenden aus den Gruppenbezugsebenen eine zweidimensionale Position jedes Reflexionspunktes, der in der entsprechenden der ersten bis fünften Gruppen enthalten ist. Die Gruppenbezugsebenen für die jeweiligen ersten bis fünften Gruppen entsprechen jeweils zweiten Ebenen.
  • Der zweidimensionale Ort jedes Reflexionspunktes in jeder der Gruppenbezugsebenen wird als eine x-Achsenkoordinate in der X-Achse und eine y-Achsenkoordinate in der Y-Achse in der entsprechenden Gruppenbezugsebene dargestellt, die als zweidimensionale Koordinaten (x, y) in der entsprechenden Gruppenbezugsebene bezeichnet werden.
  • Jede der Messeinheiten 43, die für eine entsprechende aus den ersten bis fünften Gruppen vorgesehen ist, kann so aufgebaut sein, dass sie eine weitere Aufgabe der Berechnung eines zweidimensionalen Ortes jedes Reflexionspunktes, der in der entsprechenden aus den ersten bis fünften Gruppen enthalten ist, außer der zweidimensionalen TOA-Ortung durchführt.
  • Jede der Messeinheiten 43, die für eine entsprechende der ersten bis fünften Gruppen vorgesehen ist, ist dazu aufgebaut, die zweidimensionalen Koordinaten (x, y) jedes Reflexionspunktes, der in der entsprechenden aus den ersten bis fünften Gruppen enthalten ist, in der entsprechenden aus den Gruppenreferenzebenen mit einer Koordinate der entsprechenden aus den Gruppenreferenzebenen in der Z-Achse als eine Z-Achsenkoordinate des entsprechenden Reflexionspunktes zu kombinieren. Auf diese Weise werden die dreidimensionalen Koordinaten (x, y, z) jedes Reflexionspunktes berechnet, der in jeder der ersten bis fünften Gruppe enthalten ist.
  • 3 ist ein grafisches Schaubild, in dem die Reflexionspunkte, die auf den jeweiligen Informationselementen für Reflexionspunkte basieren, die von jeder der Informationserzeugungseinheiten 41 erzeugt werden, in der X-Z-Ebene aufgetragen sind. Insbesondere werden die Reflexionspunkte, die in jeder der ersten bis fünften Gruppe enthalten sind, auf der X-Z-Ebene unter Verwendung eindeutig geformter Punkte aufgetragen, so dass die Punktform jedes Reflexionspunktes, der in einer aus der ersten bis fünften Gruppe enthalten ist, sich von der Punktform jedes Reflexionspunktes unterscheidet, der in einer anderen aus der ersten bis fünften Gruppe enthalten ist.
  • Man bemerke, dass 3 Reflexionspunkte zeigt, deren vertikale Azimute θv weiter von der Bohrlochrichtung entfernt sind als -10 Grad des ersten Winkelbereichs, und auch Reflexionspunkte zeigt, deren vertikale Azimute θv weiter von der Bohrlochrichtung entfernt sind als +10 Grad des fünften Winkelbereichs.
  • 4 veranschaulicht, wie die Reflexionspunkte, die in jeder aus der ersten bis fünften Gruppe enthalten sind, die der zweidimensionalen TOA-Ortung für die zugehörige aus der ersten bis fünften Gruppe unterworfen sind, in der X-Z-Ebene verteilt sind. In ähnlicher Weise veranschaulicht 5, wie die Reflexionspunkte, die in jeder aus der ersten bis fünften Gruppe enthalten sind, die der zweidimensionalen TOA-Ortung für die entsprechende aus der ersten bis fünften Gruppe unterworfen sind, in der X-Y-Ebene verteilt sind.
  • Dagegen zeigt 6, wie gemäß einem Vergleichsbeispiel alle Reflexionspunkte, die der zweidimensionalen TOA-Ortung unterzogen werden, in der X-Z-Ebene verteilt sind, ohne gruppiert zu sein.
  • Wie in den 4 und 5 veranschaulicht ist, misst die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position die tatsächlichen Reflexionspunkte, die sich auf der Vorderseite eines Zielobjekts, also eines Zielfahrzeugs, befinden. Dagegen ergibt das Vergleichsbeispiel zusätzlich zu den tatsächlichen Reflexionspunkten an der Front des Zielfahrzeugs viele falsche Reflexionspunkte, d.h. viele Geisterreflexionspunkte, die sich im Inneren des Zielfahrzeugs befinden, wie es in 6 dargestellt wird.
  • Der Grund für die Erkennung der vielen Geisterreflexionspunkte durch das Vergleichsbeispiel ist folgender.
  • Wie in 3 veranschaulicht ist, sind basierend auf der Bohrlochrichtung Reflexionspunkte, die sich in der Nähe der Reifen des Zielfahrzeugs befinden und die bei der ersten Ausführungsform zur fünften Gruppe gehören, relativ weit von einer einzigen Referenzebene, d. h. einer X-Y-Ebene, entfernt. In ähnlicher Weise sind Reflexionspunkte, die sich in der Nähe des Daches des Zielfahrzeugs befinden und die bei der ersten Ausführungsform zur ersten Gruppe gehören, basierend auf der Bohrlochrichtung relativ weit von der einzigen Referenzebene entfernt.
  • Das heißt, die Positionen dieser weit entfernten Reflexionspunkte, die auf die einzige Referenzebene projiziert werden, können weiter von den tatsächlichen Projektionspositionen dieser weit entfernten Reflexionspunkte auf der einzigen Referenzebene entfernt sein. Dies kann dazu führen, dass die weit entfernten Reflexionspunkte als Geisterreflexionspunkte gemessen werden, die sich im Inneren des Zielfahrzeugs befinden, wie es in 6 dargestellt ist.
  • Mit der Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position gemäß der ersten Ausführungsform erzielt man die folgenden erstrebenswerten Vorteile.
  • Die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position ist dazu aufgebaut, die Reflexionspunkte der Sondenwellen in eine vorbestimmte Anzahl von Gruppen innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs in der vertikalen Richtung zu kategorisieren und für jede der Gruppen die zweidimensionale TOA-Ortung basierend auf einem oder mehreren Reflexionspunkten für die Sondenwellen durchzuführen, die in der entsprechenden Gruppe enthalten sind.
  • Der vorstehend erläuterte Aufbau der Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position führt dazu, dass die Anzahl der Reflexionspunkte in jeder der Gruppen reduziert wird, die der zweidimensionalen TOA-Ortung unterzogen werden, was dazu führt, dass die Anzahl der Messpunkte reduziert wird, die durch die Anzahl der Kombinationen der Reflexionspunkte in jeder der Gruppen repräsentiert werden. Der vorstehend erläuterte Aufbau ermöglicht daher eine Verringerung der Rechenzeit, die für die Berechnung der dreidimensionalen Positionen aller Reflexionspunkte gemäß der ersten Ausführungsform erforderlich ist, im Vergleich zu einer Rechenzeit, die für die Berechnung der dreidimensionalen Positionen aller Reflexionspunkte insgesamt ohne Gruppierung nötig ist.
  • 7 veranschaulicht Folgendes:
    1. 1. Ein erstes Ergebnis einer Rechenzeit, die nötig ist, um die zweidimensionale Position für jeden von 2000 Messpunkten mittels der zweidimensionalen TOA-Ortung zu berechnen.
    2. 2. Ein zweites Ergebnis einer Rechenzeit, die nötig ist, um die dreidimensionale Position für jeden der 2000 Messpunkte mittels der dreidimensionalen TOA-Ortung zu berechnen.
    3. 3. Ein drittes Ergebnis der Rechenzeit, die die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position benötigt, um die dreidimensionale Position für jeden der 2000 Messpunkte zu berechnen.
  • Die Rechenzeit, die nötig ist, um die zweidimensionale Position für jeden der N Messpunkte mittels der zweidimensionalen TOA-Ortung zu berechnen, kann als eine Funktion von O(N2) ausgedrückt werden, und die Rechenzeit, die nötig ist, um die dreidimensionale Position jedes der N Messpunkte unter Verwendung der dreidimensionalen TOA-Ortung zu berechnen, kann als eine Funktion von O(N3) ausgedrückt werden.
  • Im Gegensatz dazu kann die Rechenzeit, die für die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position erforderlich ist, um die dreidimensionale Position jedes der N Messpunkte zu berechnen, als eine Funktion von 0 ((N/M)2 × M) ausgedrückt werden.
  • Die Rechenzeit, die die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position für die Berechnung der dreidimensionalen Position jedes der N Messpunkte benötigt, wurde tatsächlich unter den folgenden Annahmen berechnet:
    1. 1. Die durchschnittliche Rechenzeit, die die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position benötigt, um die in jeder Gruppe enthaltenen Reflexionspunkte zu berechnen, beträgt 79,4 Millisekunden.
    2. 2. Die Summe einer Zeit, die die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position für die Messung der vertikalen Azimute aller Reflexionspunkte benötigt, beträgt 170 Millisekunden.
  • 7 zeigt, dass die Rechenzeit für die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position auf etwa 1/1700 der Zeit für die dreidimensionale TOA-Ortung und auf etwa ein Drittel (1/3) jener für die zweidimensionale TOA-Ortung reduziert wird. Darüber hinaus ermöglicht die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position die Messung der dreidimensionalen Position jedes Reflexionspunktes mit höherer Genauigkeit als die Messung durch die zweidimensionale TOA-Ortung.
  • Wie vorstehend erläutert wurde, ist die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position dazu aufgebaut, die Reflexionspunkte für die Sondenwellen in eine vorab festgelegte Anzahl von Gruppen im vorab festgelegten Winkelbereich in der vertikalen Richtung zu kategorisieren.
  • Dieser Aufbau ermöglicht es daher, dass die Reflexionspunkte, die in jeder der Gruppen enthalten sind, jeweils kleinere Abweichungen von der Gruppenreferenzebene der entsprechenden Gruppe in der vertikalen Richtung aufweisen. Die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position führt dementsprechend zu einem kleineren Fehler der dreidimensionalen Position jedes der dreidimensional verteilten Reflexionspunkte aufgrund der Ausführung der zweidimensionalen TOA-Ortung für die dreidimensional verteilten Reflexionspunkte.
  • Die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position ist dazu aufgebaut, die Position jedes der Reflexionspunkte in der vertikalen Richtung mit einer relativ weniger präzisen Auflösung des entsprechenden aus den Winkelbereichen zu messen, in denen der entsprechende aus den Reflexionspunkten enthalten ist. Genauer gesagt reicht die Steuerung zur Erkennung des Zielobjekts für die Position eines Zielobjekts in Höhenrichtung eines eigenen Fahrzeugs aus, um
    1. 1. festzustellen, ob das eigene Fahrzeug unter dem Zielobjekt durchfahren kann, wenn sich das Zielobjekt darüber befindet, oder
    2. 2. festzustellen, ob das eigene Fahrzeug über das Zielobjekt fahren kann, wenn sich das Zielobjekt darunter befindet.
  • Die Steuerung zur Zielobjekterkennung für die Position eines Zielobjekts in der Höhenrichtung des eigenen Fahrzeugs erlaubt daher eine Messung der Position des Zielobjekts in vertikaler Richtung mit einer relativ geringeren Genauigkeit im Vergleich zu einer Genauigkeit, die für die Messung der Position des Zielobjekts in einer horizontalen Ebene erforderlich ist.
  • Aus diesem Grund reduziert die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position, die die Position jedes der Reflexionspunkte in der vertikalen Richtung mit der relativ weniger strengen Auflösung misst, den Durchsatz der bzw. Aufwand zur Berechnung der Position des entsprechenden der Reflexionspunkte, wodurch sie de folgenden beiden Punkte erreicht:
    1. 1. eine Verbesserung der Echtzeitberechnung der dreidimensionalen Position des entsprechenden Reflexionspunktes
    2. 2. eine Messung der dreidimensionalen Position des entsprechenden Reflexionspunktes mit der erforderlichen und ausreichenden Genauigkeit.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nachstehend wird die zweite Ausführungsform beschrieben. Da der grundlegende Aufbau der zweiten Ausführungsform mit demjenigen der ersten Ausführungsform identisch ist, werden im Folgenden die Punkte der zweiten Ausführungsform beschrieben, in denen sie sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet. Die den Komponenten der ersten Ausführungsform jeweils zugeordneten Bezugszeichen werden verwendet, um auf die identischen Komponenten der zweiten Ausführungsform zu verweisen, die im Wesentlichen mit den jeweiligen Komponenten der ersten Ausführungsform identisch sind.
  • Der Ort einer Sensoreinheit 5a einer Vorrichtung 1 a zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der Sensoreinheit 5 gemäß der ersten Ausführungsform. Darüber hinaus verwendet die zweite Ausführungsform virtuelle Abstandssensoren zum Erzeugen von Informationselementen für Reflexionspunkte, was ein Punkt ist, in dem sie sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet.
  • Die Vorrichtung 1a zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position umfasst, wie in 8 dargestellt wird, eine Signalverarbeitungseinheit 3a, die Sensoreinheit 5a und einen Verhaltenssensor 7.
  • Die Sensoreinheit 5a umfasst einen einzelnen Abstandssensor 51. Die Sensoreinheit 5a ist an einer Seite des Fahrzeugs so angebracht, dass
    1. 1. die Bohrlochrichtung des Abstandssensors 51 sich in der Richtung, nämlich der Y-Achsenrichtung, erstreckt, die senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs, also eines mobilen Objekts, und parallel zur Horizontalen ist, und
    2. 2. die erste Richtung der Richtung der Z-Achse entspricht.
  • Die Sensoreinheit 5a ist also dazu angeordnet, einen Winkel der Ankunftsrichtung jedes Echos in einer durch die Y- und Z-Achse definierten Y-Z-Ebene zu messen. Die Y-Z-Ebene ist als die erste Ebene gemäß der zweiten Ausführungsform definiert.
  • Der Verhaltenssensor 7 besteht aus mindestens einem Sensor zur Messung von Fahrstreckeninformationen, die zur Berechnung sowohl des Bewegungsumfangs, also der Fahrstrecke des Fahrzeugs als auch der Fahrtrichtung des Fahrzeugs erforderlich sind. Der Verhaltenssensor 7 umfasst zum Beispiel einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einem Lenkwinkelsensor, einen Beschleunigungssensor und/oder einen Gierratensensor.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 3a umfasst den Mikrocomputer, der die CPU 31 und den Halbleiterspeicher, d.h. den Speicher 32, wie z.B. einen RAM, ROM und/oder einen Flash-Speicher, aufweist.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 3a umfasst neben der einzelnen Informationserzeugungseinheit 41, den Gruppierungseinheiten 42 und den Messeinheiten 43 auch eine Einheit 44 zur Erzeugung der gefahrenen Distanz und eine Informationsspeichereinheit 45. Die CPU 31 der Verarbeitungseinheit 3a führt im Speicher 32 gespeicherte Programme aus, um dadurch die vorstehend genannten Funktionselemente 41, 42, 43, 44 und 45 zu realisieren.
  • Die einzelne Informationserzeugungseinheit 41 ist für den einzelnen Abstandssensor 51 vorgesehen.
  • Die Einheit 44 zur Erzeugung der gefahrenen Distanz ist dazu aufgebaut, aufeinanderfolgende Messzyklen durchzuführen, von denen jeder in dem zugehörigen aktuellen Messzyklus die Information über die Fahrstrecken vom Verhaltenssensor erhält und im entsprechenden aktuellen Messzyklus ein Informationselement für die Fahrstrecke berechnet, das Folgendes umfasst:
    1. 1. Eine Strecke, die das Fahrzeug in der Zeit von einem unmittelbar vorhergehenden Messzyklus bis zum zugehörigen aktuellen Messzyklus zurückgelegt hat.
    2. 2. Eine Richtung der Fahrt des Fahrzeugs.
  • Die Einheit 44 zur Erzeugung der gefahrenen Distanz kann dazu aufgebaut sein, die Fahrstreckeninformationen vom Verhaltenssensor 7 über ein im Fahrzeug installiertes Kommunikationsnetzwerk, wie z.B. ein Controller Area Network (CAN), zu erhalten.
  • Die Informationserzeugungseinheit 41 ist dazu aufgebaut, den Azimut-Messvorgang für jeden Messzyklus durchzuführen, um dadurch eine Reflexionspunktmessung zu erzeugen, die aus den Informationselementen für Reflexionspunkte besteht.
  • Die Informationsspeichereinheit 45 ist dazu aufgebaut, die von der Informationserzeugungseinheit 41 für jeden Messzyklus erzeugte Reflexionspunktmessung und das von der Einheit 44 zur Erzeugung der gefahrenen Distanz für jeden Messzyklus berechnete Informationselement für die Fahrstrecke zu speichern, so dass die Reflexionspunktmessung für den entsprechenden Messzyklus und das Informationselement für die Fahrstrecke für den entsprechenden Messzyklus miteinander korreliert werden.
  • Eine Kombination aus der Reflexionspunktmessung und der Fahrstreckeninformation, die in der Informationsspeichereinheit 45 für jeden Messzyklus gespeichert ist, wird als Satz von Reflexionspunktinformationen bezeichnet.
  • Insbesondere ist die Informationsspeichereinheit 45 dazu aufgebaut, den Satz von Reflexionspunktinformationen zu eliminieren, der beispielsweise für die Dauer der letzten (P + 1) Messzyklen gespeichert wurde, so dass immer die letzten P Sätze von Reflexionspunktinformationen für die letzten P Messzyklen in der Informationsspeichereinheit 45 gespeichert sind.
  • Die Gruppierungseinheiten 42 sind für die jeweiligen letzten P Sätze von Reflexionspunktinformationen vorgesehen, die in der Informationsspeichereinheit 45 gespeichert sind, so dass die Anzahl der Gruppierungseinheiten 42 auf P eingestellt ist.
  • Jede Gruppierungseinheit 42, die für die jeweiligen letzten P in der Informationsspeichereinheit 45 gespeicherten Sätze von Reflexionspunktinformationen vorgesehen ist, ist dazu aufgebaut, wie bei der ersten Ausführungsform die Gruppierungsaufgabe durchzuführen, die basierend auf den Winkeln der Ankunftsrichtungen der in den jeweiligen Informationselementen für Reflexionspunkte enthaltenen Reflexionspunkte die zugehörigen Reflexionspunkte in die M Gruppen trennt.
  • Die Anzahl der Messeinheiten 43 entspricht der Anzahl der durch jede Gruppierungseinheit 42 eingeteilten Gruppen, d.h. der M Messeinheiten 43.
  • Jede der Messeinheiten 43, die für eine entsprechende der M Gruppen vorgesehen ist, ist dazu aufgebaut, wie in der ersten Ausführungsform die Abstandsmessaufgabe basierend auf einem oder mehreren der Informationselemente für Reflexionspunkte an dem einen oder den mehreren Reflexionspunkten durchzuführen, die zu der entsprechenden der M Gruppen gehören.
  • Nachstehend wird erläutert, wie die Vorrichtung 1a zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position arbeitet.
  • Die von der Informationserzeugungseinheit 41 für jeden Messzyklus erzeugte Reflexionspunktmessung, also die Informationselemente für Reflexionspunkte, und die vom Verhaltenssensor 7 für jeden Messzyklus erzeugte Fahrstreckeninformation werden derart in der Informationsspeichereinheit 45 gespeichert, dass die Reflexionspunktmessung für den entsprechenden Messzyklus und die Fahrstreckeninformation für den entsprechenden Messzyklus miteinander korreliert sind.
  • Während der Fahrt des Fahrzeugs führt der Abstandssensor 51, wie in 10 dargestellt, den Azimut-Messvorgang für jeden der Messzyklen an einer entsprechenden von verschiedenen Positionen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs durch, wobei der Zwischenraum zwischen jedem benachbarten Paar der verschiedenen Positionen eine zugehörige Fahrstrecke des Fahrzeugs darstellt.
  • Aus diesem Grund kann die in der Informationsspeichereinheit 45 gespeicherte Reflexionspunktmessung für jeden der Messzyklen als ein Messergebnis eines zugehörigen virtuellen Abstandssensors betrachtet werden, der sich an den jeweiligen unterschiedlichen Positionen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs befindet.
  • Wie es vorstehend erläutert wird, sind die Abstandssensoren 51 gemäß der ersten Ausführungsform, die für die zweidimensionale TOA-Ortung verwendet werden, in der ersten Richtung in vorgegebenen Abständen angeordnet.
  • Im Gegensatz dazu ist die zweite Ausführungsform dazu aufgebaut, die Position jedes der virtuellen Abstandssensoren, die jeweils den vorherigen, in der Informationsspeichereinheit 45 gespeicherten Reflexionspunktmessungen entsprechen, relativ zur aktuellen Position des einzelnen Abstandssensors 51 passend zu den mit den jeweiligen Reflexionspunktmessungen korrelierten Informationselementen über die gefahrene Distanz zu berechnen. Jede der Positionen der jeweiligen virtuellen Abstandssensoren zeigt die Position des einzelnen Abstandssensors 51, der eine entsprechende Reflexionspunktmessung gemessen hat.
  • Auf diese Weise können die Anordnungsintervalle zwischen den mehreren Abstandssensoren, die den einzelnen Abstandssensor 51 und (P -1) virtuelle Abstandssensoren umfassen, bestimmt werden.
  • Die anderen Abläufe beim Einsatz der Vorrichtung 1a zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position sind im Wesentlichen identisch zu denen der Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Die Vorrichtung 1a zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position gemäß der vorstehend erläuterten zweiten Ausführungsform erzielt zusätzlich zu den von der Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position gemäß der ersten Ausführungsform erzielten Vorteilen den folgenden Vorteil.
  • Die Vorrichtung 1a zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position berechnet die dreidimensionalen Positionen aller Reflexionspunkte eines in der Fahrzeugbreitenrichtung vorhandenen Zielobjekts mittels des einzigen Abstandssensors 51. Dies ermöglicht einen vereinfachten Aufbau der Vorrichtung 1a zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position.
  • Dritte Ausführungsform
  • Nachstehend wird die dritte Ausführungsform beschrieben. Da der Grundaufbau der dritten Ausführungsform mit demjenigen der ersten Ausführungsform identisch ist, werden nachstehend die Punkte der dritten Ausführungsform beschrieben, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden. Bezugszeichen, die jeweils Komponenten der ersten Ausführungsform zugeordnet sind, werden genutzt, um auf die identischen Komponenten der dritten Ausführungsform zu verweisen, die im Wesentlichen mit den jeweiligen Komponenten der ersten Ausführungsform identisch sind.
  • Der Aufbau jeder Gruppierungseinheit 42a gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen der entsprechenden Gruppierungseinheit 42 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Jede Gruppierungseinheit 42a umfasst, wie in 11 dargestellt ist, eine Hauptverarbeitungseinheit 421, eine Einheit 422 zur Abschätzung der Straßenoberfläche und eine Einheit 423 zur Reflexionsverarbeitung. Die Einheit 422 zur Abschätzung der Straßenoberfläche dient zur Abschätzung einer reflektierenden Fläche.
  • Die Hauptverarbeitungseinheit 421 jeder Gruppierungseinheit 42a, die für den zugehörigen Abstandssensor 51 und die entsprechende Informationserzeugungseinheit 41 vorgesehen ist, ist dazu aufgebaut, die Gruppierungsaufgabe auszuführen, die dieselbe ist wie die Gruppierungsaufgabe, die von der entsprechenden Gruppierungseinheit 42 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird.
  • Die Einheit 422 zur Abschätzung der Straßenoberfläche jeder Gruppierungseinheit 42a ist dazu aufgebaut, basierend auf Informationen über die Montageposition des entsprechenden Abstandssensors 51 die Position einer Straßenoberfläche in Richtung der Z-Achse abzuschätzen; die Straßenoberfläche dient dabei als eine reflektierende Fläche, die Sondenwellensignale reflektiert.
  • Die Reflexionsverarbeitungseinheit 423 jeder Gruppierungseinheit 42a ist dazu aufgebaut, Folgendes zu tun:
    1. 1. Bestimmen, dass mindestens ein in der ersten bis dritten Gruppe enthaltener ausgewählter Reflexionspunkt, dessen Position in der Z-Achsen-Richtung tiefer liegt als die Position der Straßenoberfläche in der Z-Achsen-Richtung, die durch die Einheit 422 zur Abschätzung der Straßenoberfläche abgeschätzt wird, ein auf der Reflexion auf der Straßenoberfläche basierender falscher Reflexionspunkt ist.
    2. 2. Eliminieren des mindestens einen ausgewählten Reflexionspunktes aus mindestens einer der ersten bis dritten Gruppe, in der der mindestens eine Reflexionspunkt enthalten ist.
  • Man bemerke, dass die Position des mindestens einen ausgewählten Reflexionspunktes basierend auf dem vertikalen Azimut θv und dem Abstand R des mindestens einen ausgewählten Reflexionspunktes berechnet werden kann.
  • Anstelle der Eliminierung kann die Reflexionsverarbeitungseinheit 423 dazu aufgebaut sein, den mindestens einen ausgewählten Reflexionspunkt als mindestens einen symmetrischen Reflexionspunkt zu behandeln, dessen Position in der Z-Achsen-Richtung symmetrisch zur Position des mindestens einen ausgewählten Reflexionspunkts in der Z-Achsen-Richtung relativ zur abgeschätzten Straßenoberfläche angeordnet ist, wodurch die aktuelle Gruppe des mindestens einen ausgewählten Reflexionspunkts in eine andere geeignete Gruppe geändert wird, in der der mindestens eine symmetrische Reflexionspunkt enthalten ist.
  • Die dritte Ausführungsform beschreibt ein Beispiel, bei dem die Gruppierungseinheiten 42a für die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position der ersten Ausführungsform eingesetzt werden, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Insbesondere können die Gruppierungseinheiten 42a für die Vorrichtung 1a zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden.
  • Die vorstehend erläuterte Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position gemäß der dritten Ausführungsform erreicht den folgenden vorteilhaften Nutzen zusätzlich zu den erzielten Vorteilen, die man durch die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position gemäß der ersten Ausführungsform erreicht.
  • Die Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position der dritten Ausführungsform führt dazu, dass die dreidimensionalen Positionen der Reflexionspunkte von jeder der Messeinheiten 43 mit höherer Genauigkeit berechnet werden.
  • Modifizierungen
  • Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedener Weise wie folgt modifiziert werden.
  • Jede der ersten bis dritten Ausführungsformen ist so aufgebaut, dass die M Winkelbereiche derart eingestellt sind, dass sie einander nicht überlappen, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf diesen Aufbau beschränkt.
  • Genauer gesagt kann mindestens ein benachbartes Paar der M Winkelbereiche einander teilweise überlappen.
  • Die vorliegende Offenbarung kann dazu aufgebaut sein, die Anzahl der Gruppen, in die die Reflexionspunkte eingeteilt werden, variabel zu bestimmen, um die Anzahl der Reflexionspunkte, die in jeder der Gruppen enthalten sind, an eine durchschnittliche Anzahl von Reflexionspunkten anzunähern, die in der entsprechenden Gruppe enthalten sind. In ähnlicher Weise kann die vorliegende Offenlegung dazu aufgebaut sein, eine Grenze zwischen jedem benachbarten Paar der M Winkelbereiche variabel zu bestimmen, um die Anzahl der in jeder der Gruppen enthaltenen Reflexionspunkte an die durchschnittliche Anzahl der in der entsprechenden Gruppe enthaltenen Reflexionspunkte anzunähern.
  • Je näher die Anzahl der in jeder der Gruppen enthaltenen Reflexionspunkte an der durchschnittlichen Anzahl der in der entsprechenden Gruppe enthaltenen Reflexionspunkte liegt, desto größer ist die Verringerung der Rechenzeit für die dreidimensionalen Positionen aller Reflexionspunkte.
  • Die Anzahl der Gruppen, in die die Reflexionspunkte eingeteilt werden, kann basierend auf den Anforderungen bestimmt werden, die eine oder mehrere Softwareanwendungen, die die dreidimensionalen Positionen aller von der Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position gemessenen Reflexionspunkte verwenden, an die Genauigkeit der Position jedes Reflexionspunkts in Richtung der Z-Achse, also in Höhenrichtung, stellen.
  • Jede der ersten bis dritten Ausführungsformen ist dazu aufgebaut, die Reflexionspunkte basierend auf den vertikalen Azimuten θv der jeweiligen Reflexionspunkte in die M Gruppen einzuteilen, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf diesen Aufbau beschränkt.
  • Beispielsweise kann die vorliegende Offenbarung dazu aufgebaut sein, die Reflexionspunkte basierend auf den Höhen der jeweiligen Reflexionspunkte, d. h. den Positionen der jeweiligen Reflexionspunkte in Richtung der Z-Achse, in die M Gruppen eingeteilt werden.
  • Die Entfernung jeder Gruppe, die auf den vertikalen Azimuten θv der jeweiligen Reflexionspunkte basiert, kann größer sein, wenn einer oder mehrere Reflexionspunkte, die im Bereich der entsprechenden Gruppe enthalten sind, weiter vom zugehörigen Abstandssensor entfernt sind. Dies kann zu einem größeren Fehler bei den Positionen eines oder mehrerer solcher weiter entfernter Reflexionspunkte in der Z-Achsenrichtung führen, die von den Messeinheiten 43 ermittelt werden.
  • Im Gegensatz dazu bleibt die Entfernung jeder Gruppe, die auf den Höhen der jeweiligen Reflexionspunkte basiert, unabhängig von der Entfernung jedes Reflexionspunktes, der in der entsprechenden Gruppe enthalten ist, vom zugehörigen Abstandssensor unverändert. Dies führt zu einem geringeren Fehler der von den Messeinheiten 43 ermittelten Positionen der Reflexionspunkte, insbesondere eines oder mehrerer weit entfernter Reflexionspunkte, in Richtung der Z-Achse. Man bemerke, dass die Höhe jedes Reflexionspunktes auf der Grundlage des Abstandes R und der vertikalen Azimute θv berechnet werden kann, die in der Reflexionspunktinformation über den entsprechenden Reflexionspunkt enthalten sind.
  • Die Einheit 44 zur Erzeugung der gefahrenen Distanz gemäß der dritten Ausführungsform ist dazu aufgebaut, die Fahrstreckeninformation passend zu der Fahrstreckeninformation zu berechnen, die vom Verhaltenssensor 7 beispielsweise über das im Fahrzeug installierte Kommunikationsnetzwerk erhalten wird, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf diesen Aufbau beschränkt.
  • Beispielsweise kann die Einheit 44 zur Erzeugung der gefahrenen Distanz der vorliegenden Offenbarung dazu aufgebaut sein, ein Verhalten des Fahrzeugs basierend auf ausgewählten Informationselementen für Reflexionspunkte abzuschätzen, die in allen Informationselementen für Reflexionspunkte enthalten sind, die man von den Informationserzeugungseinheiten 41 erhält; die ausgewählten Informationselemente für Reflexionspunkte stellen ein oder mehrere stationäre Objekte dar, wie beispielsweise die Straßenoberfläche. In dieser Modifikation dient die Sensoreinheit 5 gleichzeitig als Verhaltenssensor 7.
  • In der zweiten Ausführungsform wird der in der Sensoreinheit 5a enthaltene einzelne Abstandssensor 51 verwendet, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Insbesondere umfasst die Sensoreinheit 5a eine Vielzahl von Abstandssensoren 51.
  • Die Signalverarbeitungseinheiten 3 und 3a und die von den Signalverarbeitungseinheiten 3 und 3a durchgeführten Verfahren, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden, können durch einen dedizierten Computer mit einem Speicher und einem Prozessor implementiert werden, der so programmiert ist, dass er eine oder mehrere Funktionen ausführt, die durch ein oder mehrere Computerprogramme umgesetzt werden.
  • Die in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Signalverarbeitungseinheiten 3 und 3a und die Verfahren, die von den Signalverarbeitungseinheiten 3 und 3a ausgeführt werden, können auch von einem dedizierten Computer implementiert werden, der einen Prozessor enthält, der eine oder mehrere dedizierte Hardware-Logikschaltungen aufweist.
  • Die Signalverarbeitungseinheiten 3 und 3a und die Verfahren, die von den in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Signalverarbeitungseinheiten 3 und 3a ausgeführt werden, können ferner von mindestens einem dedizierten Computer implementiert werden, der einen Speicher, einen Prozessor, der so programmiert ist, dass er eine oder mehrere Funktionen ausführt, die durch ein oder mehrere Computerprogramme verkörpert werden, und eine oder mehrere Hardware-Logikschaltungen umfasst.
  • Das eine oder die mehreren Computerprogramme können in einem nichtflüchtigen Speichermedium als Anweisungen gespeichert werden, die von einem Computer auszuführen sind. Das eine oder die mehreren Verfahren zur Implementierung der Funktion jeder Einheit, die in den Signalverarbeitungseinheiten 3 und 3a enthalten sind, müssen keine Software enthalten, und daher können alle Funktionen, die in den Signalverarbeitungseinheiten 3 und 3a enthalten sind, durch eine oder mehrere Hardwareeinheiten implementiert werden.
  • Die Funktionen eines Elements in jeder Ausführungsform können auf mehrere Elemente verteilt werden, und die Funktionen, die mehrere Elemente aufweisen, können in einem Element kombiniert werden. Die Funktionen der jeweiligen Elemente in jeder Ausführungsform können durch ein einziges Element implementiert werden, und die einzelne Funktion, die durch mehrere Elemente in jeder Ausführungsform implementiert wird, kann durch ein einziges Element implementiert werden. Zumindest ein Teil des Aufbaus jeder Ausführungsform kann eliminiert werden. Zumindest ein Teil jeder Ausführungsform kann dem Aufbau einer anderen Ausführungsform hinzugefügt oder durch einen entsprechenden Teil einer anderen Ausführungsform ersetzt werden.
  • Die vorliegende Offenbarung kann durch verschiedene Ausführungsformen zusätzlich zu den Vorrichtungen 1 und 1a zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position implementiert werden; die verschiedenen Ausführungsformen umfassen Systeme, die jeweils die Vorrichtung 1 oder 1a zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position, Programme, die einen Computer veranlassen, als die Vorrichtung 1 oder 1a zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position zu wirken, nichtflüchtige Speichermedien, wie Halbleiterspeicher, die die Programme speichern, und Verfahren zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position umfassen.
  • 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.
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    • JP 2017142164 [0016]
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Claims (8)

  1. Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position, mit: einer Informationserzeugungseinheit (41), die dazu aufgebaut ist, mehrere Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte unter Verwendung mindestens eines Abstandssensors (51) zu erzeugen, wobei jedes der Informationselemente für Reflexionspunkte aus jedem der mehreren Sätze Folgendes enthält: einen Abstand eines Reflexionspunktes, der ein von dem mindestens einen Abstandssensor ausgesandtes Sondenwellensignal reflektiert, wobei der Abstand ein Abstand des Reflexionspunktes von dem mindestens einen Abstandssensor ist; und einen Winkel des Reflexionspunkts in einer ersten Ebene, wobei der Winkel des Reflexionspunkts einen Azimut des Reflexionspunkts relativ zum mindestens einen Abstandssensor darstellt, wobei die erste Ebene durch eine erste Richtung und eine Bohrlochrichtung definiert ist, die eine Richtung des von dem mindestens einen Abstandssensor ausgesandten Sondenwellensignals darstellt, die erste Richtung senkrecht zu der Bohrlochrichtung ist, die mehreren Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte von dem mindestens einen Abstandssensor an jeweils unterschiedlichen Positionen in einer zweiten Richtung gemessen werden, die senkrecht zu der ersten Richtung ist; einer Gruppierungseinheit (42), die dazu aufgebaut ist, die in den mehreren Sätzen von Informationselementen für Reflexionspunkte enthaltenen Reflexionspunkte basierend auf Positionsparametern der jeweiligen Reflexionspunkte in der ersten Richtung in eine Vielzahl von Gruppen zu unterteilen, wobei jeder der Positionsparameter eines zugehörigen aus den Reflexionspunkten in der ersten Richtung eine Position des entsprechenden der Reflexionspunkte in der ersten Richtung repräsentiert; und einer Messeinheit (43), die dazu aufgebaut ist, eine zweidimensionale Trilaterationsortung für jede der Gruppen basierend auf mindestens einem Reflexionspunkt durchzuführen, der in einer entsprechenden der Gruppen enthalten ist, um dadurch eine Position des mindestens einen Reflexionspunktes in einer zweiten Ebene zu berechnen, der in jeder der Gruppen enthalten ist, wobei die zweite Ebene durch die zweite Richtung und eine Gruppenzentrumsrichtung der entsprechenden der Gruppen definiert ist, wobei die Gruppenzentrumsrichtung jeder Gruppe ein Zentrum der entsprechenden Gruppe in der ersten Richtung darstellt.
  2. Die Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position nach Anspruch 1, wobei: die Informationserzeugungseinheit dazu aufgebaut ist, die mehreren Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte jeweils unter Verwendung einer Vielzahl von Abstandssensoren als dem mindestens einen Abstandssensor zu erzeugen, wobei die Vielzahl von Abstandssensoren an den jeweils unterschiedlichen Positionen in der zweiten Richtung angeordnet sind.
  3. Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position nach Anspruch 1 oder 2, weiter mit: einer Einheit (44) zur Erzeugung der gefahrenen Distanz, die dazu aufgebaut ist, aufeinanderfolgende Messzyklen durchzuführen, von denen jeder bei dem entsprechenden Messzyklus Informationen über die gefahrene Distanz für ein mobiles Objekt erhält, in dem der mindestens eine Abstandssensor eingebaut ist, wobei die Informationen über die gefahrene Distanz über den mindestens einen Abstandssensor für jeden der aufeinanderfolgenden Messzyklen mindestens eine Strecke umfassen, die der mindestens eine Abstandssensor in einer Zeit von einem unmittelbar vorhergehenden Messzyklus bis zum zugehörigen Messzyklus zurückgelegt hat, die Informationserzeugungseinheit dazu aufgebaut ist, für jeden der aufeinanderfolgenden Messzyklen einen entsprechenden der mehreren Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte unter Verwendung des mindestens einen Abstandssensors zu erzeugen; und eine Informationsspeichereinheit (45), die dazu aufgebaut ist, die mehreren Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte und die Informationen über die gefahrene Distanz so zu speichern, dass: jeder der mehreren Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte, die für einen entsprechenden der aufeinanderfolgenden Messzyklen erzeugt wurden, mit einer entsprechenden der Informationen über die gefahrene Distanz korreliert ist, die für den entsprechenden Messzyklus erzeugt sind. wobei der mindestens eine Abstandssensor so angeordnet ist, dass eine Bewegungsrichtung des mobilen Objekts zur zweiten Richtung passt, die Messeinheit dazu aufgebaut ist, die mehreren Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte, die in der Informationsspeichereinheit für die jeweiligen aufeinanderfolgenden Messzyklen gespeichert sind, als Reflexionspunktmessungen behandelt, die jeweils von dem mindestens einen Abstandssensor und den virtuellen Abstandssensoren gemessen werden, wobei ein Abstand zwischen jedem benachbarten Paar der virtuellen Abstandssensoren den Abstand darstellt, der in einer entsprechenden der Informationen über die gefahrene Distanz enthalten ist.
  4. Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position nach Anspruch 3, wobei: eine Einheit (44) zur Erzeugung der gefahrenen Distanz, die dazu aufgebaut ist, die jeweiligen aufeinanderfolgenden Messzyklen durchzuführen, um dadurch im entsprechenden Messzyklus die Informationen über die gefahrene Distanz passend zu den mehreren Sätzen von Informationselementen für Reflexionspunkte zu schätzen, die die Informationserzeugungseinheit mittels des mindestens einen Abstandssensors erzeugt.
  5. Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Gruppierungseinheit dazu aufgebaut ist, als jeden der Positionsparameter des entsprechenden Reflexionspunkts in der ersten Richtung einen Azimutwinkel des entsprechenden Reflexionspunkts in der ersten Ebene zu nutzen, wenn der entsprechende Reflexionspunkt vom mindestens einen Abstandssensor betrachtet wird.
  6. Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Gruppierungseinheit dazu aufgebaut ist, als jeden der Positionsparameter des entsprechenden der Reflexionspunkte in der ersten Richtung die Position des entsprechenden der Reflexionspunkte in der ersten Richtung zu verwenden.
  7. Vorrichtung zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die Gruppierungseinheit Folgendes umfasst: eine Einheit (422) zur Abschätzung der Straßenoberfläche, die dazu aufgebaut ist, eine Position einer reflektierenden Fläche abzuschätzen, die das Sondenwellensignal reflektiert; und eine Einheit (423) zur Reflexionsverarbeitung, die dazu aufgebaut ist, um: zu bestimmen, ob der Reflexionspunkt, der durch jedes der von der Informationserzeugungseinheit erzeugten Informationselemente für Reflexionspunkte dargestellt wird, ein falscher Reflexionspunkt aufgrund der Reflexion des Sondenwellensignals durch die reflektierende Fläche ist; und als Reaktion auf die Feststellung, dass der durch mindestens eines der Informationselemente für Reflexionspunkte dargestellte Reflexionspunkt ein falscher Reflexionspunkt ist, einen der folgenden Abläufe durchzuführen: einen ersten Ablauf des Eliminierens des mindestens einen Reflexionspunktes aus den Informationselementen für Reflexionspunkte, die in die Vielzahl von Gruppen zu unterteilen sind, und einen zweiten Ablauf des Hinzufügens des mindestens einen Reflexionspunktes zu den in die Vielzahl von Gruppen aufzuteilenden Informationselementen für Reflexionspunkte als einen symmetrischen Reflexionspunkt, dessen Position in der ersten Richtung symmetrisch zur Position des mindestens einen Reflexionspunktes in der ersten Richtung relativ zur reflektierenden Fläche angeordnet ist.
  8. Verfahren zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position, das durch einen Computer ausführbar ist, wobei das Verfahren zum Bestimmen einer dreidimensionalen Position folgende Schritte umfasst: Erzeugen mehrerer Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte unter Nutzung mindestens eines Abstandssensors (51), wobei jedes der Informationselemente für Reflexionspunkte aus jedem der mehreren Sätze Folgendes umfasst: einen Abstand eines Reflexionspunktes, der ein vom mindestens einen Abstandssensor ausgesandtes Sondenwellensignal reflektiert, wobei der Abstand ein Abstand des Reflexionspunktes vom mindestens einen Abstandssensor ist; und einen Winkel des Reflexionspunkts in einer ersten Ebene, wobei der Winkel des Reflexionspunkts einen Azimut des Reflexionspunkts am mindestens einen Abstandssensor darstellt, wobei die erste Ebene durch eine erste Richtung und eine Bohrlochrichtung definiert ist, die eine Richtung des vom mindestens einen Abstandssensor ausgesandten Sondenwellensignals darstellt, wobei die erste Richtung senkrecht zur Bohrlochrichtung ist, wobei die mehreren Sätze von Informationselementen für Reflexionspunkte vom mindestens einen Abstandssensor an jeweils verschiedenen Positionen in einer zweiten Richtung messbar sind, die senkrecht zur ersten Richtung ist; Unterteilen der Reflexionspunkte, die in den mehreren Sätzen von Informationselementen für Reflexionspunkte enthalten sind, in eine Vielzahl von Gruppen basierend auf Positionsparametern der jeweiligen Reflexionspunkte in der ersten Richtung, wobei jeder der Positionsparameter eines entsprechenden der Reflexionspunkte in der ersten Richtung eine Position des entsprechenden der Reflexionspunkte in der ersten Richtung darstellt; und Durchführen einer zweidimensionalen Trilaterationsortung für jede der Gruppen basierend auf mindestens einem Reflexionspunkt, der in einer entsprechenden der Gruppen enthalten ist, um dadurch einen Ort des mindestens einen Reflexionspunkts, der in jeder der Gruppen enthalten ist, in einer zweiten Ebene zu berechnen, wobei die zweite Ebene durch die zweite Richtung und eine Gruppenzentrumsrichtung der entsprechenden aus den Gruppen definiert ist, wobei die Gruppenzentrumsrichtung jeder Gruppe ein Zentrum der entsprechenden Gruppe in der ersten Richtung darstellt.
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