EP2646846A1 - Fahrerassistenzsystem zur detektion eines objekts in einer fahrzeugumgebung - Google Patents

Fahrerassistenzsystem zur detektion eines objekts in einer fahrzeugumgebung

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EP2646846A1
EP2646846A1 EP11790895.4A EP11790895A EP2646846A1 EP 2646846 A1 EP2646846 A1 EP 2646846A1 EP 11790895 A EP11790895 A EP 11790895A EP 2646846 A1 EP2646846 A1 EP 2646846A1
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EP
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pulse
doppler shift
determining
vehicle
evaluation unit
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Application number
EP11790895.4A
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Matthias Karl
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • G01S7/2925—Extracting wanted echo-signals based on data belonging to a number of consecutive radar periods by using shape of radiation pattern

Definitions

  • the present invention relates to a method in a driver assistance system of a vehicle for detecting an object in a vehicle environment, and such a vehicle
  • the invention relates to an ultrasound-based
  • Parking assistance system as it is z. B. is used for measuring parking spaces.
  • Park assistants for example, who detect objects in a space laterally next to the driving path of a vehicle in order to find a parking space (PSL, "parking space localization"), fall into the area of driver assistance systems. This or other
  • Assistants also perform an object detection to facilitate guidance or operability of the vehicle, to avoid accidents, etc.
  • objects such as other (parked) vehicles, immobile structures such. B.
  • Curbs, walls, fences, buildings, vegetation, but also people are detected who are just moving through a potential parking space. After successful detection, the driver is informed about the detected objects, for example by an acoustic or visual display. Active assistance (sub) systems also intervene based on the detection in the vehicle guidance, such as accelerating, braking, or steering.
  • a plurality of ultrasound sensors is usually mounted in a front and / or rear area.
  • at least one sensor is usually located laterally or obliquely to the direction of travel, for example, on a front fender of the vehicle.
  • This sensor measures the space next to the traffic lane by emitting measuring signals at certain intervals during passage, for example in the form of pulse-shaped energy emissions. From the transit time of the signal reflected by an object in the vehicle environment, the distance between object and sensor and thus to the vehicle can be determined.
  • the sensor should have a particularly large size in exactly one (narrow) solid angle range
  • the sensor should have a pronounced directional characteristic. However, with pronounced directional characteristics correspondingly more frequent measuring pulses have to be emitted in order to reliably detect objects located laterally next to the lane.
  • the maximum pulse frequency is particularly low when ultrasound is used
  • Propagation speed compared to electromagnetic radiation such as radar or infrared limited.
  • electromagnetic radiation such as radar or infrared limited.
  • a less pronounced directivity having a larger aperture angle and / or multiple angular ranges distributed over the solid angle with comparatively high sensitivity tends to result in generally reduced sensitivity, i. Range accompanied. Also can be diffuse or
  • a method is proposed in a driver assistance system of a vehicle for detecting an object in a vehicle environment.
  • the method comprises the following steps: transmitting at least one measuring pulse by a transmitter; Receiving a reflection of the measuring pulse by at least one receiver;
  • Pulse signal frequency, a shift of a pulse shape, and / or a shift in a time interval between two measurement pulses are determined.
  • at least two of the said shifts are determined to determine the Doppler shift.
  • a time difference at a period within the signal frequency of a measurement pulse i.e., a time difference at a
  • Period of the carrier frequency within a carrier-modulated pulse a time difference at a pulse width and / or a time difference at a pulse interval are detected.
  • a variant of the method according to the invention comprises the following further steps: determining a distance to the object based on the received reflection in the evaluation unit; and determining a spatial position of the object in the
  • the evaluation unit can be arranged offset from the transmitter and the one or more receivers.
  • time reference information may be exchanged between a processing component (e.g., ECU) optionally accommodating the evaluation unit on the one hand and the sender or receiver (s) on the other hand.
  • a processing component e.g., ECU
  • a non-linear coding can be used for transmitting transmission information from the transmitter to the evaluation unit and for transmitting reception information from the receiver to the evaluation unit.
  • a computer program for carrying out one of the methods described herein is further proposed when the computer program is executed on a programmable computer device.
  • the computer device may be, for example, central or distributed hardware on which a driver assistance system of a vehicle is implemented.
  • the computer program can comprise several parts, of which one part is implemented on a transmitter and / or receiver or sensor, for example, and another part in a control and / or evaluation unit, such as an ECU ("Electronic Control Unit")
  • a computer program may be stored on a machine-readable storage medium, such as a permanent or rewritable storage medium, or associated with a computing device or on a removable CD-ROM, DVD, or USB stick
  • the computer program may be made available for download on a computer device , for example via a data network such as the Internet or a communication connection such as a telephone line or a wireless connection.
  • a driver assistance system is also proposed in a vehicle for detecting an object in a vehicle environment, which comprises the following
  • Components comprising: a transmitter for transmitting at least one measurement pulse; at least one receiver for receiving a reflection of the measuring pulse; an evaluation unit for determining a Doppler shift between the
  • the transmitter and the receiver (s) can operate, for example, ultrasound-based.
  • the method outlined here or the driver assistance system can be provided in particular for measuring a parking space, for passive or active assistance when parking in a parking space, and / or for accident prevention or prevention.
  • the invention makes it possible to provide a cost-effective driver assistance system, which reliably ensures spatial detection of objects in the vehicle environment.
  • a cost-effective driver assistance system can operate purely on the basis of ultrasound, so that only inexpensive ultrasound sensors are required.
  • Spatial mapping of the object to direction and distance is enabled, although only a small number of receivers are required; For example, a transmitter and a receiver are sufficient, that is, a common one
  • the method does not require sensors with a particularly pronounced directional characteristic; it is possible to use sensors with a larger aperture angle and / or multiple angular ranges (i.e., multiple "fingers") of high sensitivity.
  • a particularly high pulse frequency is not required for measuring the environment, which allows the use of components of known ultrasound-based systems.
  • the method reliably detects directions to objects, especially at higher speeds, and thus advantageously enables the detection of objects and, for example, also a measurement of parking spaces when driving past.
  • the evaluation of the measurements can be done in a remote from the sensor
  • Evaluation unit done Such an evaluation unit can be used, for example, in an already existing control unit for a driver assistance system, i. about one ECU to be implemented. To such an evaluation unit, a plurality of sensors, i. several receivers and / or transmitters are connected. Thus, the cost of providing additional modules or cabling or connections, or even the implementation of other software, firmware, etc. can be minimized.
  • the transmitted measuring impulses can be used simultaneously for the distance and
  • Direction determination to objects can be used. Additional or additional
  • Measurement pulses for the distance measurement are therefore not required.
  • An ultrasonic sensor may already have its own time reference (its own clock), for example if it is intended for wireless connection.
  • Senders / receivers on the one hand and the evaluation unit on the other hand can be minimized.
  • no particularly high pulse frequency is required for the invention.
  • a non-linear coding can be used, for example, by means of which a data representation adapted for the purpose of the detection is selected.
  • FIG. 1 shows an example scenario for a vehicle environment
  • Figure 2 functional components of a first embodiment of a
  • FIG. 3 shows a flowchart for illustrating an operation of the
  • Figure 4 is a schematic representation of an emitted measurement pulse train
  • Figure 5 is a schematic representation of several echoes of the measurement pulse train
  • FIG. 6 is an illustration of the driver assistance system
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a nonlinear data coding.
  • FIG. 1 shows schematically an example situation, with reference to which the invention is further explained below.
  • a vehicle 100 moves in an arrow 102
  • the objects 104 and 110 are, for example, parked vehicles, object 108 is a vegetation, and the object 106 is a person who is currently moving from a curb 2 into a parking space 1 14 moved in.
  • an ultrasonic receiver 1 16 is mounted, whose
  • Directional characteristic 1 18 is indicated in the figure by a solid line.
  • the directional pattern 1 18 has three lobes or fingers 120, 122 and 124 with particularly high sensitivity. Characteristic 1 18 is thus a typical characteristic with main lobe 122 and side lobes 120, 124, as known to those skilled in the art.
  • the receiver 1 16 may be, for example, a sensor or electro-acoustic converter which converts electrical signals into acoustic (ultrasonic) signals and vice versa (the directional characteristic 1 18 can affect both the transmission of signals and the Refer to the sensitivity with which reflections are received).
  • the emitted signals or measuring pulses propagate at the speed of sound and are reflected at the objects 104, 106 and 108.
  • the reflected signals or reflections or echoes 126, 128 and 130 are also indicated as arrows in FIG. 1.
  • the invention is not based on the use of receivers or sensors having the directional characteristic 1 18 shown in Figure 1.
  • the invention is not based on any particular directional characteristic at all.
  • the scenario illustrated in FIG. 1 is merely illustrative of features and advantages of the invention.
  • the example situation in FIG. 1 is constructed in such a way that the echoes 126, 128 and 130 of the objects 104, 106 and 108 coincide with the lobes 120, 122 and 124 of the directional characteristic 1 18.
  • the echoes of these three objects are registered with particular sensitivity.
  • a conventional assistance system can therefore conclude, based on the received echoes, only that at least one object is located in a distance range as bounded by the lines 132, 134. At which angle the object or the
  • Objects can not be detected without additional measurements and / or sensors.
  • a receiver with a clearly more focused directional characteristic could be provided as a replacement of the receiver 1 16, which has, for example, only the lobe 122. Then, in the torque captured by FIG. 1, only the object 106 would be detected and its solid angle (corresponding to lobe 122) could be specified. However, none of the objects 104 or 108 would be detected with this measurement pulse. For a direction-accurate as well as reliable object detection, a high pulse frequency would thus be required in order to be able to detect these successively when passing objects 108, 106, 104. The maximum pulse frequency is but by the
  • FIG. 2 illustrates in block diagram form functional components of a driver assistance system 200 according to the invention.
  • the driver assistance system 200 is installed in the vehicle 100 from FIG.
  • a central control and evaluation unit 201 is on a
  • Hardware component such as an ECU implemented. On the tax and
  • Evaluation unit 201 is often abbreviated to "ECU 201" hereinafter.
  • ECU 201 To the ECU 201 is a transmitter / receiver pair 202/1 16 consisting of a
  • transmitter and / or receiver of which only one transmitter / receiver pair 204 is indicated by way of example.
  • transmitter and / or receiver of which only one transmitter / receiver pair 204 is indicated by way of example.
  • Receiver 202/1 16 or 204 may be represented by an ultrasonic sensor, for example.
  • the ECU 201 has an internal control unit 206, an evaluation unit 208, a time reference 210, and a time measurement unit 212
  • the ECU 201 is connected to a driver information system 218, a lateral control component (steering controller) 220, a brake driver 222, and a motor controller 224.
  • the ECU 201 serves to detect the direction to an object in an environment of the vehicle 100.
  • a sequence of measurement pulses 400 which is illustrated in FIG. 4, is emitted by the transmitter 202.
  • a signal strength 402 is plotted over time 404.
  • the sequence of measurement pulses 400 comprises a sequence of one or more individual pulses, of which two pulses 406, 408 are shown in FIG.
  • the pulses each have a pulse width 410 and follow one another at a time interval 412.
  • the pulses are based on a pulse-modulated signal carrier whose carrier frequency 414 is not constant in the illustrated case.
  • Pulse train 400 is emitted by the transmitter 202 into the room, as illustrated by the directional characteristic 1 18 shown in FIG.
  • the transmission of the pulse train 400 by the transmitter 202 is by the central
  • Receiver 1 16 and the other sensors 204 do not have their own, local time references but the emission of the pulses and possibly also the detection of the echoes based on the central time reference 210 of the ECU 201 done. This simplifies the determination of a Doppler shift in the echoes. However, one such
  • the time reference 210 is a clock such as a quartz crystal or a comparable,
  • step 306 a reflection of the measurement pulse train 400 is received by the receiver 16.
  • Other receivers connected to the ECU 201 such as the one in the sensor 204, may also detect an echo of the pulse train 400.
  • the processing of these further echoes takes place analogously in the same way, therefore only the processing of the echo detected by the receiver 16 will be described below.
  • Echo signal is converted in the receiver 1 16 into an electrical signal and forwarded to the central control unit 206.
  • the signal is for example digitized (A / D conversion) and for later evaluation by the evaluation unit 208
  • Control unit 206 of the evaluation unit 208 also provides information regarding the emitted by the transmitter 202 measuring pulse 400 ready.
  • the information provided by the control unit 206 of the evaluation unit 208 also includes time stamps assigned to the transmitted / received pulses, which are based on the time reference 20, whereby a match at offset and
  • Drift will usually be negligible, at least during signal propagation times.
  • step 308 the evaluation unit 208 determines a Doppler shift between the transmitted measurement pulse train 400 of FIG. 4 and a received reflection 500, examples of which are shown in FIG.
  • a signal strength 502 is shown over a time sequence 504, namely for the echoes 130, 128 and 126, as shown in the example scenario in FIG. 1 by the objects 108, 106 and 104 in the direction of the receiver 1 16 in the passing vehicle 100 are reflected.
  • Fig. 5 arise due to the different
  • the echo frequencies shift due to the comparatively high relative speed between the vehicle 100 and the in
  • Direction of travel 104 (echo 126) to higher values.
  • the frequencies of the echo 128 remain substantially constant relative to the emitted pulse because the object 106 is laterally of the passing vehicle 100 which
  • Relative speed is thus close to zero.
  • the frequencies in the echo 130 shift to lower values (or the periods change to higher values) because the object 108 remains behind the vehicle 100, i. E. the vehicle 100 moves away from the object 108.
  • a corresponding displacement (compression, extension) of the time interval 506 results in comparison to the temporal distance
  • Pulse spacing 412 as well as a shift (compression, extension) 508 of the signal or pulse shape compared to the pulse width 410, and a shift (to higher or lower frequencies) 510 the frequency of the echoes compared to the signal frequency 414 of the transmitted signals of FIG 4.
  • the evaluation component 208 provides information about the particular Doppler shift of the representation unit 214.
  • the representation unit 214 determines from the Doppler shift determined by the evaluation unit 208
  • a direction to a reflecting object may be deduced from a measured Doppler shift, as long as the speed of the vehicle 100 with respect to a driving route is known and assuming that the detected object rests with respect to the driving path.
  • a vehicle speed can, for example, over
  • the evaluation component 208 has received (from the receiver 1 16)
  • FIG. 6 wherein here the situation of Fig. 1 is highlighted for clarity.
  • Echo 126 a direction R1 to the receiver is determined; in this direction R1 is the object 104. From the presence of an echo without
  • the representation unit may additionally use information for the directional characteristic 118 (see FIG.
  • the evaluation unit 308 (or other unit of the ECU 201) determines a distance to each of the reflective objects based on the received reflections. This determination is based on the propagation time of the signal, which can be easily determined if the common time reference 210 is used for the transmission as well as the reception of the pulses.
  • the representation unit 214 then, in step 314, creates a representation of the objects detected in the vicinity of the vehicle in a form useful for further processing based on the direction and distance of the detected objects. For example, a bird's-eye view of a map intended for output to a display unit of the information system 218 may be generated.
  • the representation unit 214 can also forward corresponding information about the vehicle environment to the drive unit 216, which based on this information, an active lateral guidance (steering control 220) and / or active longitudinal guidance
  • step 316 the method ends. In a continuously operating system, however, after step 3 4 branches back to step 304 until, for example, a parking space is found.
  • step 3 4 branches back to step 304 until, for example, a parking space is found.
  • a sequential determination of direction and distance is made.
  • a plurality of steps may be performed in parallel.
  • a determination of Direction and distance are independent of each other, ie, the steps 308 and 310 could be processed in parallel to step 312.
  • the determination of the Doppler shift in the evaluation unit 208 can in the simplest case be based on only one of the displacements 506, 508 and 510 (see FIG. For example, only a shift of the pulse intervals 506 with respect to that 412 of the emitted measurement signal sequence 400 can be measured. For permanent or event-related increase in accuracy, for example, at low vehicle speeds and / or relative speeds, two of the three shifts 506, 508 and 510 can be used. For example, in one embodiment, both the pulse spacing 506 and the displacement of the
  • Signal frequency of the echo pulse 510 are measured. Other pairings are also possible. In yet another embodiment, all three shifts 506, 508, and 510 are measured, and then to the actual ones
  • a frequency evaluation for example, based on a fast Fourier transform (FFT, "Fast Fourier Transformation"
  • FFT fast Fourier transform
  • a frequency converter such as, for. B. a voltage-frequency converter
  • comparatively large fluctuations in the signal frequency within the pulse width 410 occur in conventional electroacoustic transducers (this is indicated in the case of pulses 406 and 408 in FIG. 4). These fluctuations are greater than those typically occurring
  • an evaluation based on correlative time measurements is proposed.
  • a period of the carrier frequency 414 and 510 or a period of the pulse interval 412 and 506 is measured.
  • Such time measurements can be performed with great precision in today's highly clocked systems and can easily be processed in sequential architectures.
  • the timing device 212 is provided in the embodiment of FIG. Using the on the divegeschaktten time reference 210 based Timing device 212 can thus the evaluation unit 208 with high accuracy quantize the waveforms of the echoes 130, 128 and 126 (FIG. 5) and determine the corresponding Doppler shifts relative to the measurement pulse train 400 (FIG. 4).
  • FIG. 7 schematically shows a second exemplary embodiment of a driver assistance system 700 configured according to the invention. Again, there is one
  • Processing component 702 offset from a plurality of sensors, of which sensors 704 and 706 are indicated by way of example.
  • the sensor 704 has a transmitter 708 and a receiver 710 as well as its own local time reference (Clock, Clock) 712 and a time measuring device (not shown) placed thereon.
  • the sensor 706 has a transmitter 716, receiver 718, time reference 720, and timer (not shown).
  • the ECU 702 comprises an evaluation unit 724, optionally a time reference 726, as well as a representation unit 728 and drive unit 730.
  • Connected to the ECU 702 are a driver information system 732 and a steering controller 734, a
  • Brake control 736 and a motor control 738 The sensors 704, 706
  • links 740 and 742 communicate with the ECU 702 via links 740 and 742, respectively, which may be via a bus system such as CAN, FlexRay, or other cable-based systems, or which may be wireless links, for example, to systems such as WLAN, DECT , HiperLAN, Bluetooth, or ZigBee.
  • a bus system such as CAN, FlexRay, or other cable-based systems, or which may be wireless links, for example, to systems such as WLAN, DECT , HiperLAN, Bluetooth, or ZigBee.
  • a method for directional and optionally distance determination of objects in a vehicle environment runs analogously as described in the flowchart 300 of Figure 3 for the embodiment of FIG. 2.
  • sensors 704 and 706 each transmit and receive measurement pulses based on their own time reference 712 and 720, respectively.
  • the time reference 712 of the sensor 704 will differ from the time reference 720 of the sensor 706 in terms of offset and drift, i. There are sometimes non-negligible deviations. This must be taken into account in the Doppler shift determination.
  • a Doppler shift in the echo may be determined locally by an evaluation unit (not shown in FIG. 7) in the sensor 704. The result is then transmitted via the connection 740 to the ECU 702 where it is used in the manner described above to create a representation of the
  • a Doppler shift determination is made in the sensor 706 based on the local
  • Time reference 720 may be generally inaccurate, because the time references 712 and 720, for example, even at the same offset at a given time, drift, for example. Off
  • the synchronization references transmitted by the ECU 702 via the connections 740 and 742 are the time references 712 and 720 in the sensors 704 and 706 synchronized to a common offset.
  • the sending unit, such as sensor 704 an indication regarding the state of time reference 712 at the time of
  • the receiving unit such as sensor 706, communicates an indication of the state of time reference 720 at the time the echo is received. From this, the ECU 702 may determine the Doppler shift.
  • one of the local time references is used as a basis.
  • the remote sensors can then open to synchronize the time reference 712, for example by means of a PLL ("Phase-Locked Loop") algorithm known to those skilled in the art.
  • the time reference 726 of the ECU 702 may also be used.
  • a receiving sensor unit can directly measure the crosstalk of a transmitted signal after a corresponding transit time, the receiving
  • Sensor unit determine the offset of the time references of the transmitting unit and the receiving unit directly from the transferred transmission signal. If, for example, the time reference of the transmitting sensor is used as the basis for a measurement, it is possible to dispense with a further time reference in the processing device. However, if an ECU is used as the processing device, the exact time reference that is normally available there can be used.
  • drift between the time references of a transmitting sensor unit (eg sensor 704) and a receiving unit (eg sensor 706) or the drift of the time reference of the transmitting sensor is so great that it is not already during the echo propagation times
  • ECU 702 Processing device (ECU 702) are transmitted. This can then determine a final value for the Doppler shift of the echo from the preliminary Doppler shift and the obtained synchronization information.
  • the embodiments described above thus enable the cost-effective use of time or frequency references of low long-term stability, wherein the precision required for the determination of Doppler shifts by correspondingly often repeated transmission of synchronization information to the sensors, and / or the transmission of the respective current status of the time or frequency reference in addition to the Doppler shift information relating to the central processing unit is achieved.
  • FIG. 8 shows a coding characteristic of a quantity 802, for example an echo propagation time measured in a sensor or a provisional determined locally in a sensor
  • the axis 804 denotes measured or determined values
  • the axis 806 an indication representing the measured or determined values
  • the illustration in Fig. 8 illustrates that for larger measured values 804, for example, a coarser quantization is used than for smaller values.
  • the digital transmission of the data thus takes place in such a way that smaller measured or determined values with better resolution and higher measured or determined values with lower resolution are quantized and transmitted. This can increase the scope of
  • Non-linear coding as shown in Figure 8 may also refer to negative measured values, for example a Doppler shift.
  • the diagram of FIG. 8 could be mirrored at the zero point.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren in einem Fahrerassistenzsystem (200) eines Fahrzeugs zur Detektion eines Objekts in einer Fahrzeugumgebung. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Aussenden mindestens eines Messimpulses durch einen Sender (202); Empfangen einer Reflektion des Messimpulses durch mindestens einen Empfänger (116); Bestimmen einer Dopplerverschiebung zwischen dem ausgesendeten Messimpuls und der empfangenen Reflektion in einer Auswertungseinheit (208); und Bestimmen einer Richtung zum Objekt basierend auf der bestimmten Dopplerverschiebung.

Description

Beschreibung Titel
Fahrerassistenzsystem zur Detektion eines Objekts in einer Fahrzeugumgebung Stand der Technik Die Erfindung betrifft ein Verfahren in einem Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs zur Detektion eines Objekts in einer Fahrzeugumgebung, sowie ein derartiges
Fahrerassistenzsystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein ultraschallbasiertes
Parkhilfesystem, wie es z. B. zum Vermessen von Parklücken eingesetzt wird. In den Bereich der Fahrerassistenzsysteme fallen beispielsweise Parkassistenten, die in einem Raum seitlich neben dem Fahrschlauch eines Fahrzeugs Objekte detektieren, um eine Parklücke zu finden (PSL, "Parking Space Localization"). Dieser oder andere
Assistenten führen darüber hinaus eine Objektdetektion durch, um eine Führung oder Bedienbarkeit des Fahrzeugs zu erleichtern, Unfälle zu vermeiden, etc. Hierbei sollen Objekte wie bspw. andere (geparkte) Fahrzeuge, immobile Bauwerke wie z. B.
Bordsteinkanten, Mauern, Zäune, Gebäude, Bewuchs, aber auch Menschen detektiert werden, die sich soeben durch eine potentielle Parklücke bewegen. Nach erfolgreicher Detektion wird der Fahrer über die detektierten Objekte informiert, bspw. durch eine akustische oder optische Anzeige. Aktive Assistenz(sub)systeme greifen basierend auf der Detektion auch unterstützend in die Fahrzeugführung ein, etwa durch Beschleunigen, Bremsen, oder Lenken.
Bei einem ultraschallbasierten System ist meist eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren in einem Front- und/oder Heckbereich angebracht. Insbesondere befindet sich meist mindestens ein Sensor seitlich oder schräg zur Fahrtrichtung etwa an einem vorderen Kotflügel des Fahrzeugs. Dieser Sensor vermisst den Raum neben der Fahrspur, indem während der Vorbeifahrt in gewissen Zeitabständen Messsignale ausgesendet werden, beispielsweise in Form pulsförmiger Energieausstrahlungen. Aus der Laufzeit des von einem Objekt in der Fahrzeugumgebung reflektierten Signals kann der Abstand zwischen Objekt und Sensor und damit zum Fahrzeug bestimmt werden. Um neben einem Objektabstand auch eine Richtung zum Objekt bestimmen zu können, sollte der Sensor in genau einem (engen) Raumwinkelbereich eine besonders große
Empfindlichkeit aufweisen, d.h. der Sensor sollte eine ausgeprägte Richtcharakteristik aufweisen. Allerdings müssen bei ausgeprägter Richtcharakteristik entsprechend häufiger Messimpulse ausgesendet werden, um seitlich neben der Fahrspur befindliche Objekte zuverlässig detektieren zu können. Die maximale Pulshäufigkeit ist wiederum insbesondere bei der Verwendung von Ultraschall durch die vergleichsweise geringe
Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu elektromagnetischer Strahlung wie etwa Radar oder Infrarot begrenzt. Somit ist bei hoher Ortsauflösung aufgrund enger Richtcharakteristik bei höherer Geschwindigkeit eine zuverlässige Detektion nicht mehr gewährleistet.
Eine geringer ausgeprägte Richtcharakteristik mit einem größeren Öffnungswinkel und/oder mehreren über den Raumwinkel verteilten Winkelbereichen mit vergleichsweise hoher Empfindlichkeit (d.h., mehreren "Keulen" oder "Fingern") geht meist mit einer allgemein verringerten Empfindlichkeit, d.h. Reichweite einher. Auch kann bei diffuser oder
mehrfingriger Richtcharakteristik die Richtung zum Objekt nicht mehr mit der gewünschten hohen Genauigkeit bestimmt werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit sind dann komplexe Konfigurationen erforderlich, beispielsweise müssen parallele Messungen mit mehreren Sensoren vorgesehen werden, wobei ggf. neben Ultraschall andere Strahlungen wie Radar oder Infrarot verwendet werden. Dies führt zu hohen Kosten für derartige Assistenzsysteme.
Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß wird ein Verfahren in einem Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs zur Detektion eines Objekts in einer Fahrzeugumgebung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Aussenden mindestens eines Messimpulses durch einen Sender; Empfangen einer Reflektion des Messimpulses durch mindestens einen Empfänger;
Bestimmen einer Dopplerverschiebung zwischen dem ausgesendeten Messimpuls und der empfangenen Reflektion in einer Auswertungseinheit; und Bestimmen einer Richtung zum Objekt basierend auf der bestimmten Dopplerverschiebung.
Zur Bestimmung der Dopplerverschiebung kann eine Verschiebung einer
Impulssignalfrequenz, eine Verschiebung einer Impulsform, und/oder eine Verschiebung eines zeitlichen Abstandes zwischen zwei Messimpulsen ermittelt werden. Bei einer bestimmten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Bestimmung der Dopplerverschiebung mindestens zwei der genannten Verschiebungen ermittelt.
Zur Bestimmung der Dopplerverschiebung kann eine Zeitdifferenz bei einer Periodendauer innerhalb der Signalfrequenz eines Messimpulses (d.h. eine Zeitdifferenz bei einer
Periodendauer der Trägerfrequenz innerhalb eines trägermodulierten Impulses), eine Zeitdifferenz bei einer Impulsbreite und/oder eine Zeitdifferenz bei einem Impulsabstand erfasst werden. Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die folgenden weiteren Schritte: Bestimmen eines Abstandes zum Objekt basierend auf der empfangenen Reflektion in der Auswertungseinheit; und Bestimmen einer räumlichen Position des Objekts in der
Fahrzeugumgebung basierend auf Abstand und Richtung. Die Auswertungseinheit kann abgesetzt vom Sender und dem einen Empfänger oder den mehreren Empfängern angeordnet sein. In diesem Falle können Zeitreferenzinformationen zwischen einer die Auswertungseinheit optional aufnehmenden Verarbeitungskomponente (z.B. ECU) einerseits und dem Sender bzw. dem oder den Empfänger/n andererseits ausgetauscht werden. Zur Übertragung von Sendeinformationen vom Sender an die Auswertungseinheit und zur Übertragung von Empfangsinformationen vom Empfänger an die Auswertungseinheit kann eine nichtlineare Kodierung verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm zur Durchführung eines der hierin beschriebenen Verfahren vorgeschlagen, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei der Computereinrichtung kann es sich beispielsweise um eine zentrale oder verteilte Hardware handeln, auf der ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs implementiert ist. Das Computerprogramm kann mehrere Teile umfassen, von denen beispielsweise ein Teil auf einem Sender und/oder Empfänger bzw. Sensor implementiert ist, und ein anderer Teil in einer Steuer- und/oder Auswertungseinheit, etwa einer ECU („Electronic Control Unit"). Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer entfernbaren CD-ROM, DVD oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung zum Herunterladen bereitgestellt werden, z. B. über ein Datennetzwerk wie etwa das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Fahrerassistenzsystem in einem Fahrzeug zur Detektion eines Objekts in einer Fahrzeugumgebung vorgeschlagen, welches die folgenden
Komponenten aufweist: einen Sender zum Aussenden mindestens eines Messimpulses; mindestens einen Empfänger zum Empfangen einer Reflektion des Messimpulses; eine Auswertungseinheit zum Bestimmen einer Dopplerverschiebung zwischen dem
ausgesendeten Messimpuls und der empfangenen Reflektion; und eine Komponente zum Bestimmen einer Richtung zum Objekt basierend auf der bestimmten Dopplerverschiebung.
Der Sender und der oder die Empfänger können beispielsweise ultraschallbasiert arbeiten. Das hier skizzierte Verfahren bzw. das Fahrerassistenzsystem können insbesondere zur Ausmessung einer Parklücke, zur passiven oder aktiven Unterstützung beim Einparken in eine Parklücke, und/oder zur Unfallvermeidung bzw. -Verhütung vorgesehen sein.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung eines kostengünstigen Fahrerassistenzsystems, welches zuverlässig eine räumliche Detektion von Objekten in der Fahrzeugumgebung. Ein derartiges System kann beispielsweise rein ultraschallbasiert arbeiten, so dass lediglich kostengünstige Ultraschallsensoren erforderlich sind. Eine räumliche Zuordnung des Objekts nach Richtung und Abstand wird ermöglicht, obwohl nur eine geringe Anzahl an Empfängern erforderlich ist; bspw. genügt ein Sender und ein Empfänger, also etwa ein üblicher
Ultraschallsensor etwa auf piezoelektrischer Basis.
Für das Verfahren sind keine Sensoren mit besonders ausgeprägter Richtcharakteristik erforderlich; es können Sensoren mit einem größeren Öffnungswinkel und/oder mehreren Winkelbereichen (d.h. mehreren "Keulen" bzw. "Fingern") hoher Empfindlichkeit verwendet werden.
Eine besonders hohe Pulshäufigkeit ist zur Vermessung der Umgebung nicht erforderlich, was die Verwendung von Komponenten bekannter ultraschallbasierter Systeme ermöglicht. Das Verfahren erfasst Richtungen zu Objekten insbesondere auch bei höheren Geschwindigkeiten zuverlässig und ermöglicht so vorteilhaft die Detektion von Objekten und bspw. auch eine Vermessung von Parklücken bei einer Vorbeifahrt. Die Auswertung der Messungen kann in einer von der Sensorik abgesetzten
Auswertungseinheit erfolgen. Eine solche Auswertungseinheit kann beispielsweise in einer bereits existierenden Steuereinheit für ein Fahrerassistenzsystem, d.h. etwa eine ECU implementiert werden. An eine derartige Auswertungseinheit können mehrere Sensoren, d.h. mehrere Empfänger und/oder Sender angeschlossen werden. Somit kann der Aufwand für das Vorsehen weitere Baugruppen bzw. Verkabelungen oder Anschlüsse, oder auch die Implementierung weiterer Software, Firmware, etc. minimiert werden.
Die ausgesendeten Messimpulse können gleichzeitig für die Distanz- und
Richtungsbestimmung zu Objekten verwendet werden. Weitere oder zusätzliche
Messimpulse für die Distanzmessung sind also nicht erforderlich.
Ein Ultraschallsensor verfügt unter Umständen bereits über eine eigene Zeitreferenz (einen eigenen Taktgeber), bspw. wenn er zur drahtlosen Anbindung vorgesehen ist. Diese
Zeitreferenz kann das erfindungsgemäße Verfahren (wieder)verwendet werden.
Der bei einer abgesetzten Auswertung erforderliche Datenverkehr zwischen
Sendern/Empfängern einerseits und der Auswertungseinheit andererseits kann minimiert werden. So ist für die Erfindung von vorneherein keine besonders hohe Pulshäufigkeit erforderlich. Weiterhin kann etwa eine nichtlineare Kodierung verwendet werden, mittels der eine dem Zweck der Detektion angepasste Datenrepräsentation gewählt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand der beigefügten Figuren eingehender beschrieben. Hierbei zeigt:
Figur 1 ein Beispielszenario für eine Fahrzeugumgebung;
Figur 2 funktionale Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems; Figur 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Arbeitsweise des
Fahrerassistenzsystems aus Figur 2;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer ausgesandten Messimpulsfolge;
Figur 5 eine schematische Darstellung mehrerer Echos der Messimpulsfolge aus
Figur 4;
Figur 6 eine Veranschaulichung vom Fahrerassistenzsystem vorgenommener
Richtungsrekonstruktionen basierend auf ermittelten Dopplerverschiebungen;
Figur 7 funktionale Komponenten eines zweiten Ausführungsbeispiels
erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems; und Figur 8 eine schematische Darstellung einer nichtlinearen Datenkodierung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt schematisch eine Beispielsituation, anhand derer nachfolgend die Erfindung weiter erläutert wird. Ein Fahrzeug 100 bewegt sich in einer durch einen Pfeil 102
angedeuteten Fahrtrichtung entlang von Objekten 104 - 1 10. Bei den Objekten 104 und 1 10 handelt es sich beispielsweise um geparkte Fahrzeuge, bei Objekt 108 um einen Bewuchs und bei dem Objekt 106 um eine Person, die sich momentan von einer Bordsteinkante 2 in eine Parklücke 1 14 hineinbewegt.
Seitlich am Fahrzeug 100 ist ein Ultraschallempfänger 1 16 angebracht, dessen
Richtcharakteristik 1 18 in der Figur mit einer durchgezogenen Linie angedeutet ist. Die Richtcharakteristik 1 18 verfügt über drei Keulen oder Finger 120, 122 und 124 mit besonders hoher Empfindlichkeit. Bei der Charakteristik 1 18 handelt es sich somit um eine typische Charakteristik mit Hauptkeule 122 und Nebenkeulen 120, 124, wie dies dem Fachmann bekannt ist.
Bei dem Empfänger 1 16 kann es sich etwa um einen Sensor bzw. Elektro-Akustik-Wandler handeln, der elektrische Signale in akustische (Ultraschall-)Signale wandelt und umgekehrt (die Richtcharakteristik 1 18 kann sich sowohl auf die Aussendung von Signalen als auch die Empfindlichkeit beziehen, mit der Reflektionen empfangen werden). Die ausgesandten Signale bzw. Messimpulse breiten sich mit Schallgeschwindigkeit aus und werden an den Objekten 104, 106 und 108 reflektiert. Die reflektierten Signale bzw. Reflektionen bzw. Echos 126, 128 und 130 sind als Pfeile ebenfalls in Fig. 1 angedeutet.
Die Erfindung basiert nicht auf der Verwendung von Empfängern oder Sensoren mit der in Figur 1 dargestellten Richtcharakteristik 1 18. Die Erfindung beruht überhaupt nicht auf irgendeiner bestimmten Richtcharakteristik. Das in Fig. 1 dargestellte Szenario dient lediglich zur Erläuterung von Eigenschaften und Vorteilen der Erfindung. Aus diesem Grund ist die Beispielsituation in Figur 1 so konstruiert, dass die Echos 126, 128 und 130 der Objekte 104, 106 und 108 mit den Keulen 120, 122 und 124 der Richtcharakteristik 1 18 zusammenfallen. Somit werden die Echos dieser drei Objekte mit besonderer Empfindlichkeit registriert.
Darüber hinaus sind alle drei Objekte in etwa gleich weit vom Empfänger 1 16 entfernt, wie dies durch die gestrichelten Linien 132 und 134 angedeutet ist, die Linien konstanter Abstände vom Empfänger 1 16 sind. Somit treffen alle Echos 126, 128, und 130 in etwa zur gleichen Zeit beim Empfängerl 16 ein.
Ein herkömmliches Assistenzsystem kann also basierend auf den empfangenen Echos nur darauf schließen, dass sich in einem Abstandsbereich wie durch die Linien 132, 134 begrenzt mindestens ein Objekt befindet. In welchem Winkel sich das Objekt oder die
Objekte befinden, kann ohne zusätzliche Messungen und/oder Sensoren nicht festgestellt werden.
Alternativ könnte als Ersatz des Empfängers 1 16 ein Empfänger mit einer deutlich stärker fokussierten Richtcharakteristik vorgesehen werden, die bspw. nur die Keule 122 aufweist. Dann würden in dem durch die Fig. 1 festgehaltenen Moment nur das Objekt 106 erfasst, und dessen Raumwinkel (entsprechend der Keule 122) könnte genau angegeben werden. Allerdings würde mit diesem Messimpuls keines der Objekte 104 oder 108 detektiert. Für eine sowohl richtungsgenaue als auch zuverlässige Objektdetektion wäre somit eine hohe Pulshäufigkeit erforderlich, um bei der Vorbeifahrt an den Objekten 108, 106, 104 diese nacheinander detektieren zu können. Die maximale Pulshäufigkeit ist aber durch die
Schalllaufzeiten begrenzt, was dazu führt, dass ein solches alternatives System auch nur bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten verlässliche Resultate liefert. Fig. 2 veranschaulicht in Form eines Blockschaltbildes funktionale Komponenten eines erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems 200. Nachfolgend wird zu Zwecken der Diskussion angenommen, das Fahrerassistenzsystem 200 sei im Fahrzeug 100 aus Fig. 1 eingebaut. Eine zentrale Steuer- und Auswertungseinheit 201 ist auf einer
Hardwarekomponente wie bspw. einer ECU implementiert. Auf die Steuer- und
Auswertungseinheit 201 wird nachfolgend häufig verkürzt als "ECU 201 " Bezug genommen. An die ECU 201 ist ein Sender-/Empfängerpaar 202/1 16 bestehend aus einem
Ultraschallsender 202 und dem bereits in Fig. 1 dargestellten Empfänger 1 16
angeschlossen, sowie gegebenenfalls weitere Sender- und/oder Empfänger, von denen beispielhaft nur ein Sender/Empfänger-Paar 204 angedeutet ist. Jeder Sender und/oder
Empfänger 202/1 16 bzw. 204 kann etwa durch einen Ultraschallsensor repräsentiert werden.
Die ECU 201 verfügt über eine interne Steuereinheit 206, eine Auswertungseinheit 208, eine Zeitreferenz 210, sowie eine Zeitmesseinheit 212. Weiterhin liegt eine
Repräsentationseinheit 214 sowie eine Ansteuereinheit 216 vor. Die ECU 201 ist hier an ein Fahrerinformationssystem 218, eine Quersteuerkomponente (Lenkungssteuerung) 220, eine Bremsansteuerung 222, sowie eine Motorsteuerung 224 angeschlossen.
Eine Funktionsweise der ECU 201 wird nachfolgend anhand des Flussdiagramms in Fig. 3 beschrieben. Im Grundsatz (302) dient die ECU 201 wie in Fig. 2 gezeigt zur Detektion der Richtung zu einem Objekt in einer Umgebung des Fahrzeugs 100.
In Schritt 304 wird durch den Sender 202 eine Folge von Messimpulsen 400 ausgesendet, die in Fig. 4 veranschaulicht ist. In der Darstellung der Fig. 4 ist eine Signalstärke 402 über der Zeit 404 aufgetragen. Die Folge von Messimpulsen 400 umfasst eine Folge von einem oder mehreren Einzelimpulsen, von denen in Fig. 4 zwei Impulse 406, 408 dargestellt sind. Die Impulse haben jeweils eine Impulsbreite 410 und folgen aufeinander in einem zeitlichen Abstand 412. Die Impulse basieren auf einem impulsmodulierten Signalträger, dessen Trägerfrequenz 414 im dargestellten Fall nicht konstant ist. Die in Figur 4 skizzierte
Impulsfolge 400 wird durch den Sender 202 in den Raum ausgestrahlt, wie dies durch die in Fig. 1 wiedergegebene Richtcharakteristik 1 18 veranschaulicht wird.
Das Aussenden der Impulsfolge 400 durch den Sender 202 wird durch die zentrale
Steuereinheit 206 gesteuert. 'Zentral' bedeutet hier, dass der Sender 202, ggf. auch
Empfänger 1 16 sowie die weiteren Sensoren 204 nicht über eigene, lokale Zeitreferenzen verfügen müssen, sondern das Aussenden der Impulse und ggf. auch die Detektion der Echos basierend auf der zentralen Zeitreferenz 210 der ECU 201 erfolgen. Dies vereinfacht die Bestimmung einer Dopplerverschiebung in den Echos. Jedoch kann eine solche
Bestimmung auch bei Systemen erfolgen, bei denen die Sensoren Impulse basierend auf eigenen Zeitreferenzen senden bzw. empfangen. Bei der Zeitreferenz 210 handelt es sich um einen Taktgeber wie bspw. einen Schwingquarz oder ein vergleichbares,
schwingungsfähiges System.
In Schritt 306 wird durch den Empfänger 1 16 eine Reflektion der Messimpulsfolge 400 empfangen. Weitere an die ECU 201 angeschlossene Empfänger wie derjenige im Sensor 204 können ebenfalls ein Echo der Impulsfolge 400 detektieren. Die Verarbeitung dieser weiteren Echos erfolgt sinngemäß in gleicher Weise, deshalb wird nachfolgend nur die Verarbeitung des durch den Empfänger 1 16 detektierten Echos beschrieben. Das
Echosignal wird im Empfänger 1 16 in ein elektrisches Signal gewandelt und an die zentrale Steuereinheit 206 weitergeleitet. Hier wird das Signal beispielsweise digitalisiert (A/D- Wandlung) und zur späteren Auswertung durch die Auswertungseinheit 208
zwischengespeichert. Durch Zwischenspeicherung oder in sonstiger Weise stellt die
Steuereinheit 206 der Auswertungseinheit 208 auch Angaben betreffend den durch den Sender 202 ausgesendeten Messimpuls 400 bereit.
Die von der Steuereinheit 206 der Auswertungseinheit 208 bereitgestellten Angaben beinhalten auch den gesendeten / empfangenen Impulsen jeweils zugeordnete Zeitstempel, die auf der Zeitreferenz 2 0 basieren, wodurch eine Übereinstimmung bei Offset und
Quantisierung einfach erzielt werden kann. Eine Drift wird in der Regel zumindest während der Signallaufzeiten vernachlässigbar sein.
In Schritt 308 bestimmt die Auswertungseinheit 208 eine Dopplerverschiebung zwischen dem ausgesendeten Messimpulsfolge 400 aus Fig. 4 und einer empfangenen Reflektion 500, von der Beispiele in Figur 5 dargestellt sind. In Fig. 5 ist in gleicher Weise wie in Fig. 4 eine Signalstärke 502 über einem zeitlichen Ablauf 504 dargestellt, und zwar für die Echos 130, 128 und 126, wie sie gemäß dem Beispielszenario in Fig. 1 von den Objekten 108, 106 und 104 in Richtung auf den Empfänger 1 16 im vorbeifahrenden Fahrzeug 100 reflektiert werden. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen
Relativgeschwindigkeit zwischen jedem der Objekte und dem Fahrzeug unterschiedliche Dopplerverschiebungen. Diese sind zur Verdeutlichung nicht in Relation zu dem ausgesandten Messimpuls sondern relativ zueinander in der Fig. 5 skizziert.
So verschieben sich in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel die Echofrequenzen aufgrund der vergleichsweise hohen Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug 100 und dem in
Fahrtrichtung befindlichen Objekt 104 (Echo 126) zu höheren Werten. Die Frequenzen des Echos 128 bleiben im Verhältnis zum ausgesandten Impuls im Wesentlichen konstant, weil sich das Objekt 106 seitlich zum vorbeifahrenden Fahrzeug 100 befindet, die
Relativgeschwindigkeit somit nahe Null ist. Die Frequenzen im Echo 130 verschieben sich zu niedrigeren Werten (bzw. die Periodendauern verschieben sich zu höheren Werten), weil das Objekt 108 hinter dem Fahrzeug 100 zurückbleibt, d.h. sich das Fahrzeug 100 von dem Objekt 108 entfernt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ergibt sich eine entsprechende Verschiebung (Stauchung, Streckung) des zeitlichen Abstandes 506 im Vergleich zum zeitlichen
Impulsabstand 412, ebenso eine Verschiebung (Stauchung, Streckung) 508 der Signal- bzw. Impulsform im Vergleich zur Impulsbreite 410, sowie eine Verschiebung (zu höheren bzw. niedrigeren Frequenzen) 510 der Frequenz der Echos im Vergleich zur Signalfrequenz 414 der ausgesandten Signale aus Fig. 4.
Die Auswertungskomponente 208 stellt Angaben zur bestimmten Dopplerverschiebung der Repräsentationseinheit 214 bereit. In Schritt 310 bestimmt die Repräsentationseinheit 214 aus der von der Auswertungseinheit 208 bestimmten Dopplerverschiebung bzw. den
Dopplerverschiebungen eine Richtung zum detektierten Objekt bzw. den detektieren
Objekten. Auf eine Richtung zu einem reflektierenden Objekt kann aus einer gemessenen Dopplerverschiebung geschlossen werden, sofern die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 in Bezug auf einen Fahrweg bekannt ist und unter der Annahme, dass das detektierte Objekt in Bezug auf den Fahrweg ruht. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit kann bspw. über
Radsensoren gemessen werden.
Die Auswertungskomponente 208 hat (aus der vom Empfänger 1 16 empfangen
Überlagerung der drei in Fig. 5 gezeigten Kurven) auf das Vorhandensein von drei
Dopplerverschiebungen geschlossen. Demzufolge müssen drei Objekte vorhanden sein, deren Echos jeweils messbar in bestimmter Weise gestaucht (Objekt 04), kaum beeinflusst (Objekt 106) bzw. messbar in bestimmter weise gestreckt sind (Objekt 108). Die
entsprechend von der Repräsentationseinheit 214 vorgenommene räumliche Rekonstruktion ist in Fig. 6 veranschaulicht, wobei hier die Situation aus Fig. 1 zur Verdeutlichung unterlegt ist.
Aus einer ersten bestimmten Dopplerverschiebung p1 (zu höheren Frequenzen bzw.
kürzeren Perioden; Echo 126) wird eine Richtung R1 zum Empfänger bestimmt; in dieser Richtung R1 liegt das Objekt 104. Aus dem Vorhandensein eines Echos ohne
Dopplerverschiebung p2 « 0 (Echo 128) wird eine seitliche Richtung R2 bestimmt; in dieser Richtung befindet sich das Objekt 106. Aus einer dritten bestimmten Dopplerverschiebung p3 (zu kleineren Frequenzen bzw. längeren Perioden; Echo 130) wird eine Richtung R3 bestimmt; in dieser Richtung liegt das Objekt 108. Auf diese Weise stellt das System fest, dass mehrere Objekte in unterschiedlichen Richtungen (unabhängig von Abstandswerten) vorliegen. Zur Erhöhung der Winkelauflösung kann die Repräsentationseinheit auf Angaben zur Richtcharakteristik 118 (vgl. Fig. 1) zusätzlich heranziehen. In Schritt 312 bestimmt die Auswertungseinheit 308 (oder eine andere Einheit der ECU 201) einen Abstand zu jedem der reflektierenden Objekte basierend auf den empfangenen Reflektionen. Diese Bestimmung basiert auf der Laufzeit des Signals, die einfach festgestellt werden kann, wenn für das Senden wie das Empfangen der Impulse die gemeinsame Zeitreferenz 210 verwendet wird.
Die Repräsentationseinheit 214 erstellt sodann in Schritt 314 basierend auf Richtung und Abstand der detektierten Objekte ein Repräsentation der in der Umgebung des Fahrzeugs detektierten Objekte in einer Form, wie sie für die weitere Verarbeitung zweckmäßig ist. Beispielsweise kann eine Kartenansicht bzw. Darstellung aus der Vogelperspektive generiert werden, die zur Ausgabe auf eine Anzeigeeinheit des Informationssystems 218 bestimmt ist. Die Repräsentationseinheit 214 kann entsprechende Informationen zur Fahrzeugumgebung auch an die Ansteuereinheit 216 weitergeben, die basierend auf diesen Informationen eine aktive Querführung (Lenkungssteuerung 220) und/oder aktive Längsführung
(Bremssteuerung 222 bzw. Motorsteuerung 224) vornimmt.
In Schritt 316 endet das Verfahren. Bei einem kontinuierlich arbeitendem System wird jedoch nach Schritt 3 4 zurück zum Schritt 304 verzweigt, bis bspw. eine Parklücke gefunden ist. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ablauf 300 wird eine sequentielle Bestimmung von Richtung und Abstand vorgenommen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Mehrzahl von Schritten parallel durchgeführt werden. Insbesondere kann eine Bestimmung von Richtung und Abstand unabhängig voneinander erfolgen, d.h. die Schritte 308 und 310 könnten parallel zum Schritt 312 abgearbeitet werden.
Die Bestimmung der Dopplerverschiebung in der Auswertungseinheit 208 kann im einfachsten Fall auf nur einer der Verschiebungen 506, 508 und 510 (vgl. Figur 5) dargestellt basieren. So kann beispielsweise lediglich eine Verschiebung der Impulsabstände 506 gegenüber derjenigen 412 der ausgesendeten Messsignalfolge 400 gemessen werden. Zur permanenten oder anlassbezogenen Erhöhung der Genauigkeit, beispielsweise bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten und/oder Relativgeschwindigkeiten, können zwei der drei Verschiebungen 506, 508 und 510 herangezogen werden. So kann beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel sowohl der Impulsabstand 506 als auch die Verschiebung der
Signalfrequenz des Echoimpulses 510 gemessen werden. Andere Paarungen sind ebenfalls möglich. Bei einem nochmals weiteren Ausführungsbeispiel werden alle drei Verschiebungen 506, 508 und 510 gemessen und hierüber auf die tatsächlich vorhandene
Dopplerverschiebung zurückgeschlossen.
Zur Bestimmung der Dopplerverschiebung kann eine Frequenzauswertung, beispielsweise basierend auf einer schnellen Fourier-Transformation (FFT, "Fast Fourier Transformation") durchgeführt werden. In der ECU 201 (vgl. Fig. 2) könnte alternativ oder zusätzlich zur Zeitreferenz 210 und/oder der Zeitmessvorrichtung 212 ein Frequenzwandler wie z. B. ein Spannungs-Frequenz-Wandler betrieben werden. Allerdings gilt etwa mit Bezug auf die Dopplerverschiebung 510 der Signalfrequenz der Messimpulse, dass bei üblichen Elektro- Akustik-Wandlern vergleichsweise starke Schwankungen der Signalfrequenz innerhalb der Impulsbreite 410 auftreten (dies ist in der Fig. 4 bei den Impulsen 406 und 408 angedeutet). Diese Schwankungen sind größer als die typischerweise auftretenden
Dopplerverschiebungen, so dass eine Bestimmung der Dopplerverschiebung auf Basis einer Frequenzauswertung aufwändig ist.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird daher eine Auswertung auf Basis von korrelativen Zeitmessungen vorgeschlagen. Hierbei wird beispielsweise eine Periodendauer der Trägerfrequenz 414 und 510 oder eine Periodendauer des Impulsabstandes 412 und 506 gemessen. Solche Zeitmessungen lassen sich bei den heute üblichen hochgetakteten Systemen mit großer Präzision durchführen und leicht in sequentiellen Architekturen verarbeiten. Hierfür ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die Zeitmessvorrichtung 212 vorgesehen. Mithilfe der auf der hochgetakteten Zeitreferenz 210 aufsetzenden Zeitmessvorrichtung 212 kann somit die Auswertungseinheit 208 mit hoher Genauigkeit die Signalverläufe der Echos 130, 128 bzw. 126 (Fig. 5) quantisieren bzw. vermessen, und die entsprechenden Dopplerverschiebungen gegenüber der Messimpulsfolge 400 (Fig. 4) bestimmen.
In Figur 7 wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrerassistenzsystems 700 schematisch dargestellt. Auch hier liegt eine
Verarbeitungskomponente 702 (nachfolgend 'ECU 702') abgesetzt von einer Mehrzahl Sensoren vor, von denen beispielhaft Sensoren 704 und 706 angedeutet sind. Der Sensor 704 verfügt über einen Sender 708 und einen Empfänger 710 sowie eine eigene lokale Zeitreferenz (Taktgeber, "Clock") 712 sowie eine darauf aufsetzende Zeitmesseinrichtung (nicht gezeigt). In gleicher Weise verfügt der Sensor 706 verfügt über einen Sender 716, Empfänger 718, Zeitreferenz 720, sowie Zeitmesseinrichtung (nicht gezeigt). Die ECU 702 umfasst eine Auswertungseinheit 724, optional eine Zeitreferenz 726, sowie eine Repräsentationseinheit 728 sowie Ansteuereinheit 730. Angeschlossen an die ECU 702 sind ein Fahrerinformationssystem 732 sowie eine Lenkungssteuerung 734, eine
Bremssteuerung 736 sowie eine Motorsteuerung 738. Die Sensoren 704, 706
kommunizieren mit der ECU 702 über Verbindungen 740 bzw. 742, die beispielsweise über ein Bussystem wie CAN, FlexRay, oder andere kabel gestützte Systeme verlaufen können, oder bei denen es sich um drahtlose Verbindungen handeln kann, die bspw. auf Systemen wie WLAN, DECT, HiperLAN, Bluetooth, oder ZigBee aufsetzen.
Ein Verfahren zur Richtungs- und gegebenenfalls Distanzbestimmung von Objekten in einer Fahrzeugumgebung läuft sinngemäß so ab wie im Flussdiagramm 300 der Figur 3 für das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 geschildert. Allerdings senden und empfangen die Sensoren 704 und 706 Messimpulse jeweils basierend auf ihrer eigenen Zeitreferenz 712 bzw. 720. Im allgemeinen wird die Zeitreferenz 712 des Sensors 704 sich von der Zeitreferenz 720 des Sensors 706 nach Offset und Drift unterscheiden, d.h. es bestehen teilweise nicht vernachlässigbare Abweichungen. Dies ist bei der Dopplerverschiebungs-Bestimmung zu berücksichtigen.
Zunächst wird jedoch der einfache Fall betrachtet, dass z. B. der Sensor 704 nur Reflektionen eigener Messimpulsfolgen auswertet. In diesem Fall basiert das Aussenden einer
Messimpulsfolge vom Sender 708 wie das Empfangen der Echos durch den Empfänger 710 auf der gemeinsamen Zeitbasis 712. In diesem Fall kann (wenn die Drift der Zeitreferenz 712 während der Echolaufzeiten vernachlässigbar ist) eine Dopplerverschiebung im Echo lokal durch eine (in Figur 7 nicht eingezeichnete) Auswertungseinheit im Sensor 704 bestimmt werden. Das Ergebnis wird dann über die Verbindung 740 an die ECU 702 übermittelt und wird dort in der oben beschriebenen Weise zur Erstellung einer Repräsentation der
Fahrzeugumgebung zur Anzeige und gegebenenfalls für eine aktive Längs- und/oder Querführung verwendet.
Ist allerdings die Drift der Zeitreferenz 712 bereits während der Signallaufzeit nicht vernachlässigbar, kann durch den Sensor 704 nur eine vorläufige Dopplerverschiebung bestimmt werden, die in der Auswertungseinheit 724 der ECU 702 korrigiert werden muss. Das gleiche wird in der Regel für den Fall gelten, dass zu Empfang der Echos mehrere Sensoren verwendet werden. Wird bspw. ein vom Sender 708 ausgesendetes
Messimpulssignal sowohl vom Empfänger 710 als auch vom Empfänger 718 detektiert, wird eine Dopplerverschiebungsbestimmung im Sensor 706 basierend auf der lokalen
Zeitreferenz 720 im allgemeinen ungenau sein, weil die Zeitreferenzen 712 und 720, selbst bei zu einem bestimmten Zeitpunkt gleichem Offset, zueinander driften, bspw. aus
Kostengründen. Somit ist bei Messungen durch mehrere Sensoren ein Austausch von Synchronisationsinformationen mit der ECU erforderlich.
Ist die Drift der lokalen Zeitreferenzen in den Sensoren während der Echolaufzeiten vernachlässigbar, so ist es bezogen auf das Beispiel in Fig. 7 denkbar, dass durch von der ECU 702 über die Verbindungen 740 und 742 übertragene Synchronisationsinformationen die Zeitreferenzen 712 und 720 in den Sensoren 704 und 706 auf einen gemeinsamen Offset synchronisiert werden. Alternativ kann von der sendenden Einheit, beispielsweise Sensor 704, eine Angabe betreffend den Zustand der Zeitreferenz 712 zum Zeitpunkt des
Aussendens eines Messimpulses an die ECU 702 übermittelt werden. Die empfangende Einheit, beispielsweise Sensor 706, übermittelt eine Angabe betreffend den Zustand der Zeitreferenz 720 zum Zeitpunkt des Empfangens des Echos. Hieraus kann die ECU 702 die Dopplerverschiebung ermitteln.
Als eine nochmals weitere Alternative ist es denkbar, dass eine der lokalen Zeitreferenzen als Basis verwendet wird. So kann etwa die Sensoreinheit 704
Synchronisationsinformationen an die weiteren, an der Messung beteiligten Sensoren über ein gemeinsames Bussystem übermitteln. Die abgesetzten Sensoren können sich dann auf die Zeitreferenz 712 aufsynchronisieren, beispielsweise mittels eines dem Fachmann bekannten PLL("Phase-Locked Loop")-Algorithmus. Als Basis kann auch die Zeitreferenz 726 der ECU 702 verwendet werden. In dem Fall, dass eine empfangende Sensoreinheit das Übersprechen eines ausgesandten Signals nach entsprechender Laufzeit direkt messen kann, kann die empfangende
Sensoreinheit den Versatz der Zeitreferenzen der sendenden Einheit und der empfangenden Einheit direkt aus dem übergesprochenen Sendesignal bestimmen. Wird also bspw. die Zeitreferenz des sendenden Sensors als Basis für eine Messung verwendet, kann auf eine weitere Zeitreferenz in der Verarbeitungsvorrichtung verzichtet werden. Wird allerdings als Verarbeitungsvorrichtung eine ECU verwendet kann die dort im Regelfall ohnehin vorhandene, genaue Zeitreferenz verwendet werden.
Ist die Drift zwischen den Zeitreferenzen einer sendenden Sensoreinheit (bspw. Sensor 704) und einer empfangenden Einheit (bspw. Sensor 706), oder die Drift der Zeitreferenz des sendenden Sensors, so groß, dass sie bereits während der Echolaufzeiten nicht
vernachlässigbar ist, so kann eine Angabe für den Zustand der Zeitreferenz während des Aussendens und eine Angabe für den Zustand der Zeitreferenz während des Zeitpunkts des Echoempfangs, ggf. zusätzlich zur vom empfangenden Sensor lokal bestimmten, vorläufigen Dopplerverschiebung, als Synchronisationsinformation an die übergeordnete
Verarbeitungsvorrichtung (ECU 702) übermittelt werden. Diese kann dann aus der vorläufigen Dopplerverschiebung und den erhaltenen Synchronisationsinformationen einen endgültigen Wert für die Dopplerverschiebung des Echos ermitteln.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen somit die kostengünstige Verwendung von Zeit- oder Frequenzreferenzen geringer Langzeitstabilität, wobei die für die Bestimmung von Dopplerverschiebungen erforderliche Präzision durch entsprechend oft wiederholte Übertragung von Synchronisationsinformationen zu den Sensoren, und/oder die die Übertragung des jeweils aktuellen Status der Zeit- bzw. Frequenzreferenz zusätzlich zu den die Dopplerverschiebung betreffenden Angaben zur zentralen Verarbeitungseinheit erzielt wird.
Fig. 8 zeigt eine Kodierkennlinie einer Größe 802, beispielsweise einer in einem Sensor gemessenen Echolaufzeit oder einer in einem Sensor lokal ermittelten vorläufigen
Dopplerverschiebung. Die Achse 804 bezeichnet dabei gemessene bzw. ermittelte Werte, die Achse 806 eine die gemessenen bzw. ermittelten Werte repräsentierende Angabe, die dann etwa über eine Kommunikationsverbindung 740, 742 an die ECU 702 übermittelt werden. Die Darstellung in Fig. 8 illustriert, dass beispielsweise für größere gemessene Werte 804 eine gröbere Quantisierung verwendet wird als für kleinere Werte. Die digitale Übertragung der Daten erfolgt somit derart, dass kleinere gemessene bzw. ermittelte Werte mit besserer Auflösung und höhere gemessene bzw. ermittelte Werte mit geringerer Auflösung quantisiert und übertragen werden. Hierdurch kann der Umfang der zu
kommunizierenden Daten reduziert werden. Eine nichtlineare Kodierung wie in Fig. 8 gezeigt kann sich auch auf negative gemessene bzw. ermittelte Werte beziehen, beispielsweise einer Dopplerverschiebung. Hierzu könnte das Diagramm der Fig. 8 am Nullpunkt gespiegelt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt; vielmehr sind innerhalb des durch die anhängigen Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche 1 . Verfahren in einem Fahrerassistenzsystem (200, 700) eines Fahrzeugs (100) zur Detektion eines Objekts (104, 106, 108) in einer Fahrzeugumgebung, mit den folgenden Schritten:
- Aussenden (304) mindestens eines Messimpulses durch einen Sender;
- Empfangen (306) einer Reflektion (126, 128, 130) des Messimpulses durch
mindestens einen Empfänger (1 16);
- Bestimmen (308) einer Dopplerverschiebung zwischen dem ausgesendeten Messimpuls und der empfangenen Reflektion in einer Auswertungseinheit (208, 724); und
- Bestimmen (310) einer Richtung zum Objekt basierend auf der bestimmten
Dopplerverschiebung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei zur Bestimmung der Dopplerverschiebung eine Verschiebung einer Impulssignalfrequenz (414, 510), eine Verschiebung einer Impulsform (410, 508), und / oder eine Verschiebung eines zeitlichen Abstandes zwischen zwei Messimpulsen (412, 506) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zur Bestimmung der Dopplerverschiebung mindestens zwei der genannten Verschiebungen ermittelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei zur Bestimmung der Dopplerverschiebung eine Zeitdifferenz bei einer Periodendauer innerhalb der Signalfrequenz eines
Messimpulses, eine Zeitdifferenz bei einer Impulsbreite und/oder eine Zeitdifferenz bei einem Impulsabstand erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den weiteren Schritten
- Bestimmen (312) eines Abstandes zum Objekt basierend auf der empfangenen Reflektion in der Auswertungseinheit; und
- Bestimmen (314) einer räumlichen Position des Objekts in der
Fahrzeugumgebung basierend auf Abstand und Richtung.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinheit (724) abgesetzt vom Sender (708, 716) und dem einen Empfänger oder den mehreren Empfängern (710, 718) angeordnet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei Zeitreferenzinformationen zwischen einer zentralen Verarbeitungskomponente (702) einerseits und dem Sender (704, 706) bzw. dem oder den Empfängern andererseits ausgetauscht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei zur Übertragung von Sendeinformationen vom Sender an die Auswertungseinheit und/oder zur Übertragung von Empfangsinformationen vom Empfänger an die Auswertungseinheit eine nichtlineare Codierung (804, 806) verwendet wird.
9. Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
10. Fahrerassistenzsystem (200, 700) in einem Fahrzeug (100) zur Detektion eines Objekts (104, 106, 108) in einer Fahrzeugumgebung, mit den folgenden Komponenten:
- einem Sender (202, 708) zum Aussenden mindestens eines Messimpulses;
- mindestens einem Empfänger (1 16, 710, 718) zum Empfangen einer Reflektion des Messimpulses;
- einer Auswertungseinheit (208, 724) zum Bestimmen einer Dopplerverschiebung zwischen dem ausgesendeten Messimpuls und der empfangenen Reflektion; und - einer Komponente (214, 728) zum Bestimmen einer Richtung zum Objekt
basierend auf der bestimmten Dopplerverschiebung.
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