EP4078222A1 - Automatisierte sensorüberwachung - Google Patents

Automatisierte sensorüberwachung

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Publication number
EP4078222A1
EP4078222A1 EP21711767.0A EP21711767A EP4078222A1 EP 4078222 A1 EP4078222 A1 EP 4078222A1 EP 21711767 A EP21711767 A EP 21711767A EP 4078222 A1 EP4078222 A1 EP 4078222A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
signal
reflector
monitoring system
unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP21711767.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Poprawa
Rolf Schmid
Ludger Fiege
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a sensor monitoring system for monitoring a sensor function in a transport system.
  • the sensor monitoring system comprises a sensor unit for emitting and receiving a sensor signal.
  • the invention also relates to a transport system. Furthermore, the invention relates to a sensor monitoring method.
  • At least partially autonomously controlled vehicles are becoming increasingly important in road traffic.
  • Sensor data are obtained for automated control.
  • the acquisition of the sensor data is also partly done by radar systems. Therefore, the development of radar systems in the field of mobility has been accelerated in recent years.
  • Self-driving vehicles use radar systems to reliably detect obstacles. Since a frequency spectrum of up to over 70 GHz has now been assigned to radar detection, radar sensors can also be produced with small dimensions.
  • Radar sensors are mainly used for object detection at a distance of 0 to 300m and for speed measurement or distance calculation. Autonomous driving maneuvers based on radar measurement must meet safety requirements. The radar sensors therefore have a safety function and must therefore function reliably. The radar sensors available on the market, however, have no so-called SIL (safety integrity level) or ASIL (automotive safety integrity level) safety requirement levels.
  • SIL safety integrity level
  • ASIL automotive safety integrity level
  • radar sensors can only be checked for correct functioning to a limited extent during operation.
  • the reflective signal at the radar receiver changes constantly and is dependent on the surface of the target. and the measuring location.
  • Radar systems are also used in rail vehicles to detect objects in the route. Since radar systems have a high object detection range of up to 400m, they are also very suitable for security tasks in the railway sector.
  • Lidar sensors are also used in transport systems with autonomous vehicles to record a traffic scenario. It would be desirable to have sensors for transport systems with autonomous or semi-autonomous vehicles that meet the security requirements mentioned.
  • the sensor monitoring system according to the invention for monitoring a sensor function in a preferably at least partially autonomous transport system has a sensor unit for emitting and receiving an electromagnetic sensor signal.
  • the sensor unit can be arranged, for example, on a moving object or on the infrastructure of the transport system.
  • Part of the sensor monitoring system according to the invention is also at least one reflector that can be switched on and off in a predetermined time sequence for generating a test signal by modulating a sensor signal emitted by the sensor unit and / or at least one controlled transmitter for generating the test signal.
  • the sensor monitoring system according to the invention also comprises a test unit for determining whether the sensor function is correct on the basis of a comparison of the test signal received with a reference signal.
  • the received test signal should of course be included for correct functioning of the sensor unit match the reference signal. If not, the received signal could possibly be a sensor signal from another vehicle or another sensor, which is recognized by a comparison with the reference signal. In any case, in the latter case, a malfunction of the sensor unit must be assumed. This avoids a false positive result of the test.
  • a sensor function of a vehicle can be tested by comparing the received test signal with a previously known reference signal while a vehicle is in motion. Both the transmission function and the reception function of the sensor unit are tested. For example, correct functioning of a sensor unit can be tested in various situations, such as, for example, on an optical train or road signal, an intersection or a level crossing.
  • Different application-related information can also be transmitted back to the sensor unit through different modulation of the reflections.
  • a controlled transmitter is used instead of or in addition to a reflector allows the reception functionality of the sensor unit to be checked. If necessary, redundancy in testing the sensor function of the sensor unit or at least the reception functionality can be achieved through the use of both a reflector and a controlled transmitter, which improves the reliability of the test.
  • the transport system according to the invention has at least one at least partially autonomously controlled vehicle and the sensor monitoring system according to the invention.
  • the transport system according to the invention shares the advantages of the sensor monitoring system.
  • the at least partially autonomously controlled vehicle can, for example, comprise a road vehicle or a rail vehicle.
  • the transport system according to the invention shares the advantages of the sensor monitoring system according to the invention.
  • a sensor signal is emitted by a sensor unit. It will a reflector that can be switched on and off and / or a controlled transmitter controlled in a predetermined time sequence, with an information or test signal being generated by modulating a sensor signal emitted by the sensor unit or, alternatively, solely by sending the test signal from the controlled transmitter . Furthermore, it is determined whether a sensor function is correct on the basis of a comparison of the received test signal with a reference signal.
  • the sensor monitoring method shares the advantages of the sensor monitoring system according to the invention.
  • Some components of the sensor monitoring system according to the invention can for the most part be designed in the form of software components. This applies in particular to parts of the test unit. In principle, however, some of these components, especially when it comes to particularly fast calculations, can be implemented in the form of software-supported hardware, for example FPGAs or the like. Likewise, the required interfaces, for example if it is only a matter of transferring data from other software components, can be designed as software interfaces. However, they can also be designed as hardware-based interfaces that are controlled by suitable software.
  • a largely software-based implementation has the advantage that computer systems already present in a transport system can easily be retrofitted with a software update after a possible addition by additional hardware elements, such as a reflector, a controlled transmitter and the like to operate in the manner of the invention.
  • the object is also achieved by a corresponding computer program product with a computer program that can be loaded directly into a storage device of such a transport system, with program sections to implement the software executable steps of the method according to the invention when the computer program is executed in the transport system.
  • such a computer program product can optionally include additional components such as documentation and / or additional components, including hardware components such as hardware keys (dongles, etc.) for using the software.
  • additional components such as documentation and / or additional components, including hardware components such as hardware keys (dongles, etc.) for using the software.
  • a computer-readable medium for example a memory stick, a hard disk or some other transportable or permanently installed data carrier on which the program sections of the computer program can be read and executed by a computer unit can be used for transport to the storage device of a computer unit and / or for storage on the computer system are stored.
  • the computer unit can, for example, have one or more cooperating microprocessors or the like for this purpose.
  • the sensor unit has at least one of the following types of sensors:
  • an optical sensor preferably a lidar unit.
  • Objects that are far away, in particular obstacles, can be detected with a radar sensor.
  • a lidar unit enables detailed resolution and recognition of the environment around a vehicle or a functional unit of the traffic infrastructure in a transport system.
  • the reflector of the sensor monitoring system according to the invention can accordingly comprise a radar wave reflector and / or an optical reflector in order to reflect a sensor signal from the sensor unit of the above-mentioned type.
  • the controlled transmitter also preferably comprises a radar wave transmitter and / or a transmitter for emitting light waves, i.e. a light source, particularly preferably a Lida unit, in order to be able to transmit a test signal to a sensor unit of the corresponding type.
  • a radar wave transmitter can be used to test a reception function of a radar sensor that is arranged on a vehicle or stationary.
  • the receiving function of a lidar unit on a vehicle or a stationary lidar unit can be checked accordingly.
  • the sensor unit is arranged on the vehicle side and the reflector is arranged in a stationary manner.
  • the function of a mobile sensor system of a vehicle can be tested while the vehicle is in motion, and thus the safety of an autonomously controlled vehicle can be checked.
  • the test of the functionality can advantageously be carried out without test procedures in which the journey of the vehicle must be interrupted.
  • the functionality of a sensor unit can be continuously checked by repeating the described test frequently, so that the safety of autonomous driving is improved compared to a test at longer time intervals, for example in a workshop.
  • the sensor unit is arranged in a stationary manner and the reflector is arranged on the vehicle side.
  • a sensor unit arranged on the infrastructure side is checked, with the vehicles now being used for monitoring.
  • a vehicle modulates a test signal transmitted in a stationary manner with a reference signal or a test signal corresponding to this and reflects it back to the stationary sensor unit.
  • the safety of traffic monitoring is advantageously improved by a sensor unit.
  • the sensor unit and the reflector and / or the controlled transmitter are each arranged in different vehicles.
  • the vehicles can advantageously test each other without needing help from the infrastructure.
  • the sensor unit and the reflector and / or the controlled transmitter can also each be arranged in a stationary manner. This variant enables self-monitoring of the infrastructure.
  • the reflector has at least two independently controllable reflector units.
  • a redundant test of a mobile sensor unit can advantageously be carried out.
  • the second reflector increases the accuracy of the test pattern and also the bandwidth of the modulated test signal.
  • a SIL 4 or ASIL D transmission security level is achieved through the two-channel system.
  • a reference signal is transmitted via a radio channel set up between the infrastructure and the vehicle.
  • a radio channel that is also present in conventional autonomous transport systems can advantageously be used for the transmission of the reference signal without an additional radio channel having to be set up.
  • the transmission of a test signal via a radio channel as a reference signal allows the reflectors to be identified, the configuration of the test method to be adapted as part of a modernization and the differentiation of different reflectors.
  • the reference signal can be transmitted, for example, based on the ETSI 802.11p, ETSI G5 or IEEE 1609.3 protocol. Said protocol is used for data transmission between vehicles, but also between infrastructure, such as signal systems, and vehicles.
  • the test signal can also be used to implement a data channel by means of suitable modulation.
  • the reflector can be designed to be controllable in such a way that data to be transmitted, which preferably go beyond a signature or an identification feature, are impressed on the test signal by modulation.
  • the radio channel described above can be supplemented or even replaced in this way. By modulating the reflections differently, various application-related information can be transmitted back to the sensor unit.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a traffic scenario with a radar monitoring system according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a traffic scenario with a two-channel radar monitoring system according to an exemplary embodiment of the invention
  • 3 shows a schematic representation of a radar monitoring system for a rail vehicle according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a radar monitoring system for a rail vehicle with two signals with two channels each according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a diagram to illustrate the test signal generated with the test signal generated in FIG. 4 according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows a flowchart which illustrates a radar sensor monitoring method according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a traffic scenario with a radar sensor monitoring system according to an exemplary embodiment of the invention, in which a controlled radar signal transmitter is used instead of a radar reflector.
  • a traffic scenario 10 in which a motor vehicle 1 has a radar sensor R with a transmitter and receiver on its front side.
  • the motor vehicle 1 approaches a junction at which there is a signal S1 or a signal system S1 which has a so-called roadside unit RSU, ie a radio communication unit for radio communication with the motor vehicle 1.
  • Radio communication can be implemented using protocols such as ETSI 802.11p, but also using modern communication standards such as LTE or modern 5G communication standards.
  • the signal S1 has a reflective surface Fl that can be switched on and off. If a continuous wave radar signal RSS is emitted by the radar sensor R of the motor vehicle 1, this radar signal RSS is reflected and modulated on the reflecting surface F1 of the signal S1.
  • one and switching off the reflective surface generates a time-interrupted signal.
  • this signal can be interpreted as the first channel K1.
  • a second channel Kla is formed by the radio unit RSU mentioned, which works according to the ETSI 802.11p standard, and sends radio messages to the vehicle 1 via the second channel Kla.
  • application-related information in particular information about the reference signal, can be transmitted to the motor vehicle via the second channel.
  • the reflected signals received via the channel K1 are transmitted from the radar R of the vehicle 1 to a test unit 4, which is set up to determine whether the radar R is functioning correctly.
  • the reflected modulated signals provide signals of well-known modulation and position with a well-defined reference, the received reflected signal being evaluated by the test unit 4 in terms of its strength and position in order to test correct radar functionality of the radar R.
  • FIG. 2 shows a traffic scenario 20 in which a two-channel reflector S1 is used. That is, the Ra darsignal RSS, which is sent out by a vehicle 1, is alternately from a first channel Kl and from a second channel K2, each of which has an adjacent reflection surface Fl, F2 of the signal system S1 or the reflector assigned to this signal system S1 is assigned, reflected.
  • the reflected signals received via the two channels K1, K2 are recorded by the radar R of the vehicle 1 and transmitted to a test unit 4, which is set up to determine whether the radar R is functioning correctly.
  • the signal of the second channel K2 can be formed, for example, as a negation signal or inverse signal to the signal of the first channel K1.
  • FIG. 3 shows a scenario 30 of a moving rail vehicle 2 approaching a switch 3.
  • the rail vehicle 2 also has a radar sensor R on its front side, which transmits a signal RSS in the direction of a signal S1 or a signal system S1.
  • the signal RSS is reflected alternately by two reflectors F1, F2 on the signal S1, which form two complementary channels Kl, K2.
  • the reflected signals received via the two channels K1, K2 are used by a test unit 4, which is part of the rail vehicle 2, to determine whether the radar R is functioning correctly.
  • FIG. 4 shows a scenario 40 of a moving rail vehicle 2 which is also approaching a switch 3.
  • the radar signal RSS of the rail vehicle 2 is reflected by two signal systems S1, S2 or the reflective surfaces attached to these signal systems S1, S2.
  • Two two-channel signals with respective channels K1, K2 are generated on this.
  • FIG. 5 shows a signal diagram 50 which illustrates the signals generated with the arrangement in FIG. 4, two different signals associated with signals S1, S2, each with two channels Kl, K2.
  • the time of reception t is plotted against the reception position d of the respective reflected signal on the radar sensor.
  • the reflection signals of the different signal systems S1, S2 can be resolved against each other in terms of time and space. With knowledge of the times of modulation of the test signal or the locations of the signal systems S1, S2, the correct functioning of the radar can be checked.
  • FIG. 6 shows a flow chart 600 which illustrates a radar sensor monitoring method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • a radar signal RSS is first emitted by a radar sensor unit R of a vehicle.
  • a radar reflector controlled with a known reference signal and switched on and off with a predetermined time sequence a test signal being generated by modulating the radar signal RSS emitted by the radar sensor unit.
  • the test signal is received by the radar R of the vehicle.
  • it is determined whether a radar function is correct This determination is made on the basis of a comparison of the received test signal with the previously known reference signal.
  • FIG. 7 is a schematic representation of a traffic scenario 70 with a radar monitoring system according to an exemplary embodiment of the invention, in which a controlled radar signal transmitter of a signal S3 or a signal system S3 is used instead of a radar reflector.
  • the radar transmitter of the signal system S3 unlike in the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 4, actively sends a radar signal as a test signal via a first channel K1 to the vehicle 1.
  • a reference signal is sent via a second channel K2 from a radio unit RSU of the signal system S3 to the vehicle 1 or the radar sensor R located on the vehicle 1, so that the vehicle 1 can determine by comparison with the test signal whether the test signal was correctly detected.

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Abstract

Es wird ein Sensorüberwachungssystem (R, F1, F2, 4) zum Überwachen einer Sensorfunktion in einem zumindest teilautonom gesteuerten Transportsystem (10, 20, 30, 40, 70) beschrieben. Das Sensorüberwachungssystem (R, F1, F2, 4) umfasst eine Sensoreinheit (R) zum Emittieren und Empfangen eines Sensorsignals (RSS), einen in einer vorbestimmten Zeitabfolge ein- und ausschaltbaren Reflektor (F1, F2) zum Erzeugen eines Prüfsignals durch Modulation des von der Sensoreinheit (R) emittierten Sensorsignals und eine Prüfeinheit (4) zum Ermitteln, ob eine Sensorfunktion korrekt ist, auf Basis eines Vergleichs des empfangenen Prüfsignals mit einem Referenzsignal. Es wird auch ein autonomes Transportsystem (10, 20, 30, 40, 70) beschrieben. Außerdem wird ein Sensorüberwachungsverfahren beschrieben.

Description

Beschreibung
Automatisierte Sensorüberwachung
Die Erfindung betrifft ein Sensorüberwachungssystem zum Über wachen einer Sensorfunktion in einem Transportsystem. Das Sensorüberwachungssystem umfasst eine Sensoreinheit zum Emit tieren und Empfangen eines Sensorsignals. Überdies betrifft die Erfindung ein Transportsystem. Weiterhin betrifft die Er findung ein Sensorüberwachungsverfahren.
Zumindest teilautonom gesteuerte Fahrzeuge gewinnen zunehmend an Bedeutung im Straßenverkehr. Zur automatisierten Steuerung werden Sensordaten gewonnen. Die Gewinnung der Sensordaten erfolgt teilweise auch durch Radarsysteme. Daher wurde die Entwicklung von Radarsystemen im Bereich der Mobilität in den letzten Jahren forciert. Selbstfahrende Fahrzeuge nutzen Ra darsysteme, um Hindernisse zuverlässig erkennen zu können. Da mittlerweile ein Frequenzspektrum von bis über 70 GHz der Ra darerfassung zugewiesen wurde, können Radarsensoren auch mit kleinen Abmessungen produziert werden.
Radarsensoren werden vor allem für eine Objekterkennung in einer Entfernung von 0 bis 300m und für eine Geschwindig keitsmessung bzw. Distanzberechnung eingesetzt. Auf der Ra darmessung basierende autonome Fahrmanöver müssen Sicher- heitsanforderungen genügen. Daher haben die Radarsensoren eine Sicherheitsfunktion und müssen daher zuverlässig funkti onieren. Die auf dem Markt vorhandenen Radarsensoren weisen allerdings keine sogenannten SIL- (safety integrity level) bzw. ASIL- (automotive safety integrity level) Sicherheitsan forderungsstufen auf.
Dies liegt daran, dass Radarsensoren aufgrund ihres auf der Reflexionsmessung basierenden Funktionsprinzips während des Betriebs nur begrenzt auf ihre korrekte Funktion geprüft wer den können. Das reflektierende Signal am Radarempfänger än dert sich stetig und ist abhängig von der Messobjektoberflä- che und dem Messort. Radarsysteme werden auch bei Schienen fahrzeugen für die Objekterkennung im Fahrweg angewendet. Da Radarsysteme eine hohe Objekterkennungsreichweite von bis zu 400m aufweisen, sind sie auch sehr geeignet für Sicherheits aufgaben im Bahnbereich.
Zur Erfassung eines Verkehrsszenarios werden in Transportsys- temen mit autonomen Fahrzeugen auch Lidarsensoren genutzt. Es wäre wünschenswert, Sensoren für Transportsysteme mit autono men oder teilautonomen Fahrzeugen zur Verfügung zu haben, die den genannten Sicherheitsanforderungen entsprechen.
Es besteht also die Aufgabe, die Zuverlässigkeit von Sensor systemen für sicherheitsrelevante Steuerungsaufgaben von zu mindest teilautonom gesteuerten Fahrzeugen zu überwachen.
Diese Aufgabe wird durch ein Sensorüberwachungssystem gemäß Patentanspruch 1, ein Transportsystem gemäß Anspruch 13 und ein Sensorüberwachungsverfahren gemäß Patentanspruch 15 ge löst.
Das erfindungsgemäße Sensorüberwachungssystem zum Überwachen einer Sensorfunktion in einem vorzugsweise mindestens teilau tonomen Transportsystem weist eine Sensoreinheit zum Emittie ren und Empfangen eines elektromagnetischen Sensorsignals auf. Die Sensoreinheit kann zum Beispiel an einem beweglichen Objekt oder auch an der Infrastruktur des Transportsystems angeordnet sein. Teil des erfindungsgemäßen Sensorüberwa chungssystems ist auch mindestens ein in einer vorbestimmten Zeitabfolge ein- und ausschaltbarer Reflektor zum Erzeugen eines Prüfsignals durch Modulation eines von der Sensorein heit emittierten Sensorsignals und/oder mindestens ein ge steuerter Sender zum Erzeugen des PrüfSignals. Das erfin dungsgemäße Sensorüberwachungssystem umfasst auch eine Prü feinheit zum Ermitteln, ob die Sensorfunktion korrekt ist, auf Basis eines Vergleichs des empfangenen Prüfsignals mit einem Referenzsignal. Dabei sollte für eine korrekte Funktion des der Sensoreinheit natürlich das empfangene Prüfsignal mit dem Referenzsignal übereinstimmen. Falls nicht, könnte es sich bei dem empfangenen Signal möglicherweise um ein Sensor signal von einem anderen Fahrzeug bzw. einem anderen Sensor handeln, was durch einen Vergleich mit dem Referenzsignal er kannt wird. Jedenfalls muss in letzterem Fall von einer Fehl funktion der Sensoreinheit ausgegangen werden. Dadurch wird ein falschpositives Ergebnis der Prüfung vermieden. Vorteil haft kann eine Sensorfunktion eines Fahrzeugs durch den Ver gleich des empfangenen Prüfsignals mit einem vorbekannten Re ferenzsignal während der Fahrt eines Fahrzeugs getestet wer den. Dabei wird sowohl die Sendefunktion als auch die Emp fangsfunktion der Sensoreinheit getestet. Beispielsweise kann eine korrekte Funktion einer Sensoreinheit in verschiedenen Situationen getestet werden, wie zum Beispiel an einem opti schen Bahn- bzw. Straßen-Signal, einer Kreuzung oder einem Bahnübergang. Durch unterschiedliche Modulation der Reflekti- onen können auch verschiedene applikationsbedingte Informati onen an die Sensoreinheit zurück übermittelt werden. Weiter hin erlaubt die Variante, bei der ein gesteuerter Sender an statt oder zusätzlich zu einem Reflektor eingesetzt wird, die Prüfung der Empfangsfunktionsfähigkeit der Sensoreinheit. Ge gebenenfalls kann durch den Einsatz sowohl eines Reflektors als auch eines gesteuerten Senders eine Redundanz bei der Prüfung der Sensorfunktion der Sensoreinheit bzw. zumindest der Empfangsfunktionsfähigkeit erzielt werden, wodurch die Zuverlässigkeit des Tests verbessert wird.
Das erfindungsgemäße Transportsystem weist mindestens ein zu mindest teilautonom gesteuertes Fahrzeug und das erfindungs gemäße Sensorüberwachungssystem auf. Das erfindungsgemäße Transportsystem teilt die Vorteile des Sensorüberwachungssys tems. Das zumindest teilautonom gesteuerte Fahrzeug kann zum Beispiel ein Straßenfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug umfas sen. Das erfindungsgemäße Transportsystem teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Sensorüberwachungssystems.
Bei dem erfindungsgemäßen Sensorüberwachungsverfahren wird ein Sensorsignal durch eine Sensoreinheit emittiert. Es wird ein ein- und ausschaltbarer Reflektor und/oder ein gesteuer ter Sender in einer vorbestimmten Zeitabfolge angesteuert, wobei ein Informations- bzw. Prüfsignal durch Modulation ei nes von der Sensoreinheit emittierten Sensorsignals oder al ternativ allein durch Aussenden des Prüfsignals durch den ge steuerten Sender erzeugt wird. Weiterhin wird ermittelt, ob eine Sensorfunktion korrekt ist, auf Basis eines Vergleichs des empfangenen PrüfSignals mit einem Referenzsignal. Das Sensorüberwachungsverfahren teilt die Vorteile des erfin dungsgemäßen Sensorüberwachungssystems.
Einige Komponenten des erfindungsgemäßen Sensorüberwachungs systems können zum überwiegenden Teil in Form von Software komponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere Teile der Prüfeinheit. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnel le Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hard ware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Software komponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher in einem Transportsystem vorhandene Rechnersysteme nach einer eventuellen Ergänzung durch zusätz liche Hardwareelemente, wie zum Beispiel einen Reflektor, ei nen gesteuerten Sender und ähnliches, auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung eines solchen Transportsystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um die durch Software reali- sierbaren Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszufüh ren, wenn das Computerprogramm in dem Transportsystem ausge führt wird.
Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computer programm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile, wie z.B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Zum Transport zur Speichereinrichtung einer Rechnereinheit und/oder zur Speicherung an dem Rechnersystem kann ein compu terlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest einge bauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rech nereinheit einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikro prozessoren oder dergleichen aufweisen.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhän gigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein. Zudem können im Rah men der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedli cher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausfüh rungsbeispielen kombiniert werden.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Sen sorüberwachungssystems weist die Sensoreinheit mindestens eine der folgenden Sensorarten auf:
- einen Radarsensor,
- einen optischen Sensor, vorzugsweise eine Lidareinheit. Mit einem Radarsensor lassen sich weit entfernte Objekte, insbesondere Hindernisse detektieren. Eine Lidareinheit er möglicht eine detaillierte Auflösung und Erkennung der Umge bung um ein Fahrzeug oder um eine Funktionseinheit der Ver kehrsinfrastruktur in einem Transportsystem.
Der Reflektor des erfindungsgemäßen Sensorüberwachungssystems kann entsprechend einen Radarwellenreflektor und/oder einen optischen Reflektor umfassen, um ein Sensorsignal von der Sensoreinheit des oben jeweils genannten Typs zu reflektie ren.
Auch der gesteuerte Sender umfasst vorzugsweise einen Radar wellensender und/oder einen Sender zum Aussenden von Licht wellen, d.h. eine Lichtquelle, besonders bevorzugt eine Lida reinheit, um ein Prüfsignal an eine Sensoreinheit des ent sprechenden Typs übermitteln zu können. Wie bereits erwähnt, lässt sich durch einen aktiven Radarwellensender eine Emp fangsfunktion eines Radarsensors, der an einem Fahrzeug oder stationär angeordnet ist, prüfen. Mit einer aktiv gesteuerten Lidareinheit lässt sich entsprechend die Empfangsfunktion ei ner Lidareinheit an einem Fahrzeug oder einer stationär ange ordneten Lidareinheit prüfen.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensorüberwa chungssystems ist die Sensoreinheit fahrzeugseitig angeordnet und der Reflektor ist stationär angeordnet. Bei dieser Aus führungsform kann die Funktion eines mobilen Sensorsystems eines Fahrzeugs während der Fahrt des Fahrzeugs getestet wer den und so die Sicherheit eines autonom gesteuerten Fahrzeugs geprüft werden. Vorteilhaft kann die Prüfung der Funktionsfä higkeit ohne Testprozeduren durchgeführt werden, bei denen die Fahrt des Fahrzeugs unterbrochen werden muss. Außerdem lässt sich durch häufiges Wiederholen des beschriebenen Tests die Funktionsfähigkeit einer Sensoreinheit ständig überprü fen, so dass die Sicherheit des autonomen Fahrens im Ver gleich zu einer Prüfung in längeren Zeitintervallen, bei spielsweise in einer Werkstatt, verbessert ist. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensorüberwa chungssystems ist die Sensoreinheit stationär angeordnet und der Reflektor ist fahrzeugseitig angeordnet. Bei dieser Vari ante wird eine infrastrukturseitig angeordnete Sensoreinheit geprüft, wobei die Fahrzeuge nun zur Überwachung genutzt wer den. Beispielsweise moduliert ein Fahrzeug ein stationär aus gesendetes Testsignal mit einem Referenzsignal bzw. diesem entsprechenden Prüfsignal und reflektiert es zu der stationä ren Sensoreinheit zurück. Vorteilhat wird auch bei dieser Ausgestaltung die Sicherheit der Verkehrsüberwachung durch eine Sensoreinheit verbessert.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensorüberwa chungssystems sind die Sensoreinheit und der Reflektor und/o der der gesteuerte Sender jeweils in unterschiedlichen Fahr zeugen angeordnet. Bei dieser Variante können sich die Fahr zeuge vorteilhaft jeweils gegenseitig testen, ohne Hilfe von der Infrastruktur zu benötigen.
Die Sensoreinheit und der Reflektor und/oder der gesteuerte Sender können auch jeweils stationär angeordnet sein. Bei dieser Variante wird eine Selbstüberwachung der Infrastruktur ermöglicht .
In einer Variante des erfindungsgemäßen Sensorüberwachungs systems weist der Reflektor mindestens zwei voneinander unab hängig ansteuerbare Reflektoreinheiten auf. Vorteilhaft lässt sich ein redundanter Test einer mobilen Sensoreinheit durch führen. Außerdem erhöht der zweite Reflektor die Genauigkeit der Prüfmuster und auch die Bandbreite des modulierten Prüfsignals. Durch die Zweikanaligkeit wird eine SIL 4 bzw. ASIL D Übertragungssicherheitsstufe erreicht.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensorüberwa chungssystems wird ein Referenzsignal über einen zwischen Infrastruktur und Fahrzeug eingerichteten Funkkanal übertra- gen. Vorteilhaft lässt sich ein auch bei herkömmlichen auto nomen Transportsystemen vorhandener Funkkanal für die Über tragung des Referenzsignals nutzen, ohne dass ein zusätzli cher Funkkanal eingerichtet werden muss. Das Übermitteln ei nes Prüfsignals über einen Funkkanal als Referenzsignal er laubt die Identifikation der Reflektoren, die Anpassung der Ausgestaltung des Prüfverfahrens im Rahmen einer Modernisie rung sowie die Unterscheidung unterschiedlicher Reflektoren.
Die Übertragung des Referenzsignals kann zum Beispiel auf Ba sis des Protokolls ETSI 802.11p, ETSI G5 oder IEEE 1609.3 er folgen. Das genannte Protokoll wird zur Datenübertragung zwi schen Fahrzeugen, aber auch zwischen Infrastruktur, wie zum Beispiel Signalanlagen, und Fahrzeugen verwendet.
Alternativ oder zusätzlich kann auch das Prüfsignal durch eine geeignete Modulation für die Realisierung eines Datenka nals genutzt werden. Beispielsweise kann der Reflektor derart ansteuerbar ausgebildet sein, dass dem Prüfsignal durch Modu lation zu übertragende Daten aufgeprägt werden, die über eine Signatur bzw. ein Identifikationsmerkmal vorzugsweise hinaus gehen. Beispielsweise kann auf diese Weise der vorstehend be schriebene Funkkanal ergänzt oder gar ersetzt werden. Durch unterschiedliche Modulation der Reflektionen können mithin verschiedene applikationsbedingte Informationen an die Sen soreinheit zurückübermittelt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beige fügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung eines Verkehrsszenarios mit einem Radarüberwachungssystem gemäß einem Ausführungsbei spiel der Erfindung,
FIG 2 eine schematische Darstellung eines Verkehrsszenarios mit einem zweikanaligen Radarüberwachungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, FIG 3 eine schematische Darstellung eines Radarüberwachungs systems für ein Schienenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbei spiel der Erfindung,
FIG 4 eine schematische Darstellung eines Radarüberwachungs systems für ein Schienenfahrzeug mit zwei Signalen mit je zwei Kanälen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
FIG 5 ein Schaubild zur Veranschaulichung des mit der in FIG 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugten Testsignals,
FIG 6 ein Flussdiagramm, welches ein Radarsensorüberwachungs verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ver anschaulicht,
FIG 7 eine schematische Darstellung eines Verkehrsszenarios mit einem Radarsensorüberwachungssystem gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung, bei dem anstatt eines Radarre flektors ein gesteuerter Radarsignalsender eingesetzt wird.
In FIG 1 ist ein Verkehrsszenario 10 veranschaulicht, bei dem ein Kraftfahrzeug 1 an seiner Vorderseite einen Radarsensor R mit Sender und Empfänger aufweist. Das Kraftfahrzeug 1 fährt auf eine Einmündung zu, an der ein Signal S1 bzw. eine Sig nalanlage S1 steht, die eine sogenannte Roadside Unit RSU, d.h. eine Funkkommunikationseinheit zur Funkkommunikation mit dem Kraftfahrzeug 1 aufweist. Die Funkkommunikation kann durch Protokolle, wie ETSI 802.11p, realisiert werden, aber auch durch moderne Kommunikationsstandards, wie zum Beispiel LTE oder moderne 5G-Kommunikationsstandards. Das Signal S1 weist eine ein- und ausschaltbare reflektierende Fläche Fl auf. Wird nun ein Dauerstrichradarsignal RSS von dem Radar sensor R des Kraftfahrzeugs 1 ausgestrahlt, so wird dieses Radarsignal RSS an der reflektierenden Fläche Fl des Signal S1 reflektiert und moduliert. Beispielsweise wird durch Ein- und Ausschalten der reflektierenden Fläche ein zeitlich un terbrochenes Signal erzeugt. Dieses Signal kann in dem in FIG 1 gezeigten Szenario als erster Kanal Kl aufgefasst werden. Ein zweiter Kanal Kla wird von der genannten Funkeinheit RSU gebildet, die nach ETSI 802.11p Standard arbeitet, und sendet Funkmeldungen an das Fahrzeug 1 über den zweiten Kanal Kla. Beispielsweise können über den zweiten Kanal Kla applikati onsbedingte Informationen, insbesondere Informationen über das Referenzsignal an das Kraftfahrzeug übertragen werden.
Die über den Kanal Kl empfangenen reflektierten Signale wer den von dem Radar R des Fahrzeugs 1 an eine Prüfeinheit 4 übermittelt, welche dazu eingerichtet ist zu ermitteln, ob das Radar R korrekt funktioniert. Die reflektierten modulier ten Signale liefern Signale wohlbekannter Modulation und Po sition mit einer wohldefinierten Referenz, wobei das empfan gene reflektierte Signal hinsichtlich seiner Stärke und er fassten Position von der Prüfeinheit 4 ausgewertet wird, um eine korrekte Radarfunktionalität des Radars R zu testen.
In FIG 2 ist ein Verkehrsszenario 20 gezeigt, bei dem ein zweikanaliger Reflektor S1 zum Einsatz kommt. D.h., das Ra darsignal RSS, welches von einem Fahrzeug 1 ausgesendet wird, wird abwechselnd von einem ersten Kanal Kl und von einem zweiten Kanal K2, denen jeweils eine benachbarte Reflexions fläche Fl, F2 der Signalanlage S1 bzw. des dieser Signalan lage S1 zugeordneten Reflektors zugeordnet ist, reflektiert. Die über die beiden Kanäle Kl, K2 empfangenen reflektierten Signale werden von dem Radar R des Fahrzeugs 1 erfasst und an eine Prüfeinheit 4 übermittelt, welche dazu eingerichtet ist zu ermitteln, ob das Radar R korrekt funktioniert. Das Signal des zweiten Kanals K2 kann zum Beispiel als Negationssignal bzw. inverses Signal zu dem Signal des ersten Kanals Kl aus gebildet sein. Die beiden Reflexionsflächen Fl, F2 sind in einem Abstand A zueinander angeordnet. Der Abstand A kann zum Beispiel dazu genutzt werden, die beiden Kanäle Kl, K2 vonei nander zu unterscheiden. In FIG 3 ist ein Szenario 30 eines fahrenden Schienenfahr zeugs 2, das auf eine Weiche 3 zufährt, dargestellt. Das Schienenfahrzeug 2 weist ebenfalls an seiner Frontseite einen Radarsensor R auf, der ein Signal RSS in Richtung eines Sig nals S1 bzw. einer Signalanlage S1 aussendet. Das Signal RSS wird abwechselnd von zwei Reflektoren Fl, F2 an dem Signal S1 reflektiert, die zwei komplementäre Kanäle Kl, K2 bilden. Die über die beiden Kanäle Kl, K2 empfangenen reflektierten Sig nale nutzt eine Prüfeinheit 4, welche Teil des Schienenfahr zeugs 2 ist, dazu, zu ermitteln, ob das Radar R korrekt funk tioniert.
In FIG 4 ist ein Szenario 40 eines fahrenden Schienenfahr zeugs 2 gezeigt, das ebenfalls auf eine Weiche 3 zufährt. An ders als in dem in FIG 3 gezeigten Szenario wird das Radar signal RSS des Schienenfahrzeugs 2 von zwei Signalanlagen Sl, S2 bzw. den an diesen Signalanlagen Sl, S2 angebrachten re flektierenden Flächen reflektiert. Auf diese werden zwei zweikanalige Signale mit jeweiligen Kanälen Kl, K2 erzeugt.
In FIG 5 ist ein Signaldiagramm 50 gezeigt, welches die mit der Anordnung in FIG 4 erzeugten, zwei unterschiedlichen Sig nalanlagen Sl, S2 zugeordneten Signale mit jeweils zwei Kanä len Kl, K2 veranschaulicht. Es ist der Empfangszeitpunkt t über die Empfangsposition d des jeweiligen reflektierten Sig nals auf dem Radarsensor aufgetragen. Wie in FIG 5 zu erken nen ist, lassen sich die Reflexionssignale der unterschiedli chen Signalanlagen Sl, S2 zeitlich und räumlich gegeneinander auflösen. Mit Kenntnis der Zeiten der Modulation des Prüfsig nals bzw. der Orte der Signalanlagen Sl, S2 kann die korrekte Funktionsweise des Radars geprüft werden.
In FIG 6 ist ein Flussdiagramm 600 gezeigt, welches ein Ra darsensorüberwachungsverfahren gemäß einem Ausführungsbei spiel der Erfindung veranschaulicht. Bei dem Schritt 6.1 wird zunächst ein Radarsignal RSS durch eine Radarsensoreinheit R eines Fahrzeugs emittiert. Bei dem zweiten Schritt 6.II wird ein Radarreflektor mit einem vorbekannten Referenzsignal an gesteuert und mit einer vorbestimmten Zeitabfolge ein- und ausgeschaltet, wobei ein Prüfsignal durch Modulation des von der Radarsensoreinheit emittierten Radarsignals RSS erzeugt wird. Bei dem Schritt 6.III wird das PrüfSignal von dem Radar R des Fahrzeugs empfangen. Dann wird bei dem Schritt 6.IV er mittelt, ob eine Radarfunktion korrekt ist. Diese Ermittlung erfolgt auf Basis eines Vergleichs des empfangenen Prüfsig nals mit dem bereits vorbekannten Referenzsignal.
In FIG 7 ist eine schematische Darstellung eines Verkehrssze narios 70 mit einem Radarüberwachungssystem gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung, bei dem anstatt eines Radar reflektors ein gesteuerter Radarsignalsender eines Signals S3 bzw. einer Signalanlage S3 eingesetzt wird. Der Radarsender der Signalanlage S3 sendet anders als bei den in FIG 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen aktiv ein Radarsignal als PrüfSignal über einen ersten Kanal Kl an das Fahrzeug 1. Ein Referenzsignal wird über einen zweiten Kanal K2 von einer Funkeinheit RSU der Signalanlage S3 an das Fahrzeug 1 bzw. den an dem Fahrzeug 1 befindlichen Radarsensor R übermittelt, so dass das Fahrzeug 1 durch Vergleich mit dem Prüfsignal er mitteln kann, ob das Prüfsignal korrekt erfasst wurde.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen le diglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung han delt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständig keit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit" nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Patentansprüche
1. Sensorüberwachungssystem (R, Fl, F2, 4) zum Überwachen ei ner Sensorfunktion einer Sensoreinheit (R) in einem zumindest teilautonom gesteuerten Transportsystem (10, 20, 30, 40, 70), aufweisend:
- die Sensoreinheit (R) zum Emittieren und Empfangen eines elektromagnetischen Sensorsignals (RSS),
- mindestens einen in einer vorbestimmten Zeitabfolge ein- und ausschaltbaren Reflektor (Fl, F2) zum Erzeugen eines Prüfsignals durch Modulation eines von der Sensoreinheit (R) emittierten elektromagnetischen Sensorsignals (RSS) und/oder mindestens einen gesteuerten Sender (S3) zum Er zeugen des Prüfsignals,
- eine Prüfeinheit (4) zum Ermitteln, ob die Sensorfunktion korrekt ist, auf Basis eines Vergleichs des empfangenen PrüfSignals mit einem Referenzsignal.
2. Sensorüberwachungssystem nach Anspruch 1, wobei die die Sensoreinheit (R) mindestens einen der folgen den Sensorarten umfasst:
- einen Radarsensor (R),
- einen lichtwellenbasierten Sensor, vorzugsweise eine Lida- reinheit.
3. Sensorüberwachungssystem nach einem der vorstehenden An sprüche, wobei der Reflektor mindestens eine der folgenden Reflektorarten umfasst:
- einen Radarwellenreflektor,
- einen lichtwellenbasierten Reflektor.
4. Sensorüberwachungssystem nach einem der vorstehenden An sprüche, wobei der gesteuerte Sender (S3) eine der folgenden Senderarten umfasst:
- einen Radarwellensender,
- eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Lidareinheit.
5. Sensorüberwachungssystem nach einem der vorstehenden An sprüche, wobei die Sensoreinheit (R) fahrzeugseitig angeord net ist und der Reflektor (Fl, F2) und/oder der gesteuerte Sender (S3) stationär angeordnet ist.
6. Sensorüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sensoreinheit (R) stationär angeordnet ist und der Reflektor (Fl, F2) und/oder der gesteuerte Sender (S3) fahr zeugseitig angeordnet ist.
7. Sensorüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sensoreinheit (R) und der Reflektor (Fl, F2) und/o der der gesteuerte Sender (S3) jeweils in unterschiedlichen Fahrzeugen (1, 2) angeordnet sind.
8. Sensorüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sensoreinheit (R) und der Reflektor (Fl, F2) und/o der der gesteuerte Sender (S3) jeweils stationär angeordnet sind.
9. Sensorüberwachungssystem nach einem der vorstehenden An sprüche, wobei der Reflektor (Fl, F2) mindestens zwei vonei nander unabhängig ansteuerbare Radarreflektoreinheiten (Fl,
F2) aufweist.
10. Sensorüberwachungssystem nach einem der vorstehenden An sprüche, wobei das Referenzsignal über einen zwischen Infra struktur (RSU) und Fahrzeug (1, 2) eingerichteten Funkkanal übertragen wird.
11. Sensorüberwachungssystem nach Anspruch 10, wobei die Übertragung des Referenzsignals auf Basis des Protokolls ETSI G5 oder IEEE 1609.3 erfolgt.
12. Sensorüberwachungssystem nach einem der vorstehenden An sprüche, wobei das Prüfsignal durch eine geeignete Modulation für die Realisierung eines Datenkanals genutzt wird.
13. Autonomes Transportsystem (10, 20, 30, 40, 70), aufwei send: mindestens ein zumindest teilautonom gesteuertes Fahrzeug (1, 2), ein Sensorüberwachungssystem (R, Fl, F2, 4) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
14. Autonomes Transportsystem nach Anspruch 12, wobei das Fahrzeug (1, 2) einen der folgenden Fahrzeugtypen umfasst:
- ein Straßenfahrzeug (1),
- ein Schienenfahrzeug (2).
15. Sensorüberwachungsverfahren, aufweisend die Schritte:
- Emittieren und Empfangen eines Sensorsignals (RSS) durch eine Sensoreinheit (R),
- Ansteuern eines ein- und ausschaltbaren Reflektors (Fl, F2) und oder eines gesteuerten Senders (S3) in einer vorbe stimmten Zeitabfolge, wobei ein Prüfsignal durch Modulation eines von der Sensoreinheit (R) emittierten Signals erzeugt wird und/oder alternativ allein durch Aussenden des Prüfsignals durch den gesteuerten Sender (S3) erzeugt wird,
- Ermitteln, ob eine Sensorfunktion korrekt ist, auf Basis eines Vergleichs des empfangenen Prüfsignals mit einem Re ferenzsignal.
16. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, wel ches direkt in eine Speichereinheit eines autonomen Trans portsystems (10, 20, 30, 40, 70) ladbar ist, mit Programmab schnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 15 auszuführen, wenn das Computerprogramm in dem Transportsystem (10, 20, 30, 40, 70) ausgeführt wird.
17. Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rech nereinheit ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach Anspruch 15 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rechnereinheit ausgeführt werden.
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