JP2020530555A - 物体の位置を認識する装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、物体の位置を認識する装置および方法に関する。【解決手段】 第１の距離センサ（１）によって測定された第１の距離（４）および第１の角度（φ１’）をベースとして参照値が算出される。この参照値が、第２の距離センサ（６）によって測定された第２の距離（９）または第２の角度（φ２’）と比較される。比較の結果から、第１の距離センサ（１）が位置している第１のセンサ平面（２）からの所定の高さ（１１）よりも物体（５）が上方にあるか下方にあるかが推定される。このとき、第１の距離センサ（１）の第１のセンサ軸（３）と第２の距離センサ（６）の第２のセンサ軸（８）との間にはゼロ度よりも大きい角度がある。【選択図】 図９

Description

本発明は、物体の位置を認識する装置および方法に関する。

レーダセンサは、今日、反射をする物体に対して相対的な距離を、およびしばしば速度をも測定するための通常の手段である。その利用目的は、たとえば自動洗浄式のトイレにおける運動報知や存在認識のための用途から、壁の中の配管認識のための用途、さらには距離コントロールをする自動車レーダシステムにまで及ぶ。

高度に自動化された走行の最近の機能は数多くのセンサを必要とし、レーダセンサも適用されている。このときレーダセンサは自動車のバンパーの背後に見えないように組み付けられ、周囲の物体との距離を測定する。このような距離が運転者に対して適切に表示され、たとえば光学式または音響式の表示が行われる。このとき基本的にたとえば２４ＧＨｚ、７７ＧＨｚ、または７９ＧＨｚのレーダ波がセンサから発信されて物体で反射され、引き続きセンサでレーダ波の発信と到着の間の時間差を距離を表す目安として測定する。このとき発信はパルスとして行われ（たとえばショートパルス法）、あるいは連続式に行われる（たとえばＦＭＣＷ法、チャープシーケンス）。このとき適用される帯域幅は、認可の関係上、基本周波数に対して相対的に小さい（たとえば基本周波数に対して相対的に１％から５％の帯域幅）。

レーダセンサの１つの欠点は、金属からなる部分的に低い物体（たとえばマンホールの蓋）が、高くて細い物体（たとえばほうきの柄）よりも明らかに強い反射を引き起こすことがある。しかし、駐車用途のためには物体の高さを見積もることが重要である。低いところにあり、したがって轢いてしまうことが許容される物体に対して警告をしてはならない（たとえばマンホールの蓋、コーラの缶）。物体が車両に損傷を与える可能性があるときには、ただちにそれへの警告がなされなければならない。能動的な介入を必要とする他の機能にも駐車センサが利用されることが増えている。たとえばこのようなセンサが、非常ブレーキ機能のためにも利用される。物体の高さ見積りは、こうした機能には不可欠である。レーダセンサを用いるその他の機能も、轢いてしまうことが許容される物体と轢いてしまうことが許容されない物体の間の確実な区別を必要とする。

現在、少数のセンサの情報しか高さ見積りに利用されていない。運転者アシスト機能の自動化が進むことで、車両内のセンサの個数も同じく増えてきている。将来の車両には、標準レーダ機能のために最大で５つのレーダセンサが組み付けられることになる。これに加えて、たとえば駐車機能や高度に自動化された走行機能について、車両の近傍領域全体で物体を確実に検知するために、センサの個数をいっそう増やすことが必要である。このような多数のセンサを、物体の高さを見積もるために利用することができる。

物体の位置を認識する本発明の装置は、第１のセンサ平面に位置する第１のセンサ軸を有し、第１の距離センサと物体との間の第１の距離を検出するために、および第１のセンサ軸と、物体が第１のセンサ平面に位置するときに第１の距離センサを起点として物体が位置する方向との間の角度を表す第１の角度を検出するためにセットアップされた第１の距離センサと、第２のセンサ平面に位置する第２のセンサ軸を有し、第２の距離センサと物体との間の第２の距離を検出するために、および／または第２のセンサ軸と、物体が第２のセンサ平面に位置するときに第２の距離センサを起点として物体が位置する方向との間の角度を表す第２の角度を検出するためにセットアップされた第２の距離センサとを含んでおり、第１のセンサ軸と第２のセンサ軸との間にはゼロ度よりも大きい角度が存在し、および、第１の距離、第１の角度、および少なくとも第２の距離および／または第２の角度をベースとして物体が第１のセンサ平面からの所定の高さよりも上方にあるか下方にあるかを決定するためにセットアップされた評価ユニットを含んでいる。

第１のセンサ平面に位置する第１のセンサ軸を有する第１の距離センサと、第２のセンサ平面に位置する第２のセンサ軸を有する第２の距離センサとが用いられ、第１のセンサ軸と第２のセンサ軸との間にはゼロ度よりも大きい角度が存在する、物体の位置を認識する本発明の方法は、第１の距離センサと物体との間の第１の距離が検出されること、第１のセンサ軸と、物体が第１のセンサ平面に位置するときに第１の距離センサを起点として物体が位置する方向との間の角度を表す第１の角度が検出されること、第２の距離センサと物体との間の第２の距離が検出されること、および／または第２のセンサ軸と、物体が第２のセンサ平面に位置するときに第２の距離センサを起点として物体が位置する方向との間の角度を表す第２の角度が検出されること、および、第１の距離、第１の角度、および少なくとも第２の距離および／または第２の角度をベースとして、物体が第１のセンサ平面からの所定の高さよりも上方にあるか下方にあるかが決定されることを含んでいる。

第１の距離センサと第２の距離センサは、センサ平面に位置するセンサ軸を有している。センサ平面は、それぞれの距離センサが配置されている平面である。距離センサのそれぞれのセンサ軸は、一次検出方向によって定義される方向に対して垂直の軸である。特に、それぞれのセンサ軸はそれぞれの距離センサのメインローブに対して垂直に位置する。

第１の距離センサは、第１のセンサ軸と、物体が第１のセンサ平面に位置するときに第１の距離センサを起点として物体が位置する方向との間の角度を表す第１の角度を検出するのに適している。換言するとこのことは、第１の距離センサが距離に加えて、物体が第１の距離センサに対して位置している方向も検出するのに適していることを意味する。このとき第１の角度は、センサ平面における物体の位置を正しく表す角度である。したがって第１の距離センサは、第１のセンサ平面における物体の位置を正しく検出するのに適している。このとき第１の距離センサは、特に、第１の距離センサに対する物体の位置を表すただ１つの角度だけを検出するのに適している。第１の物体が第１のセンサ平面に位置しているとき、第１の角度も第１のセンサ平面に位置する。このように第１の距離センサは、少なくとも物体が位置している方向における平面で検出をすることができる。第１のセンサ平面がたとえば水平方向の平面であるとき、第１の距離センサによって、物体が第１の距離センサの右に位置しているのか左に位置しているのかを検出することができる。物体が第１のセンサ軸から左または右へどれだけ離れて位置しているかが、第１の角度によって表される。物体が第１のセンサ平面の外に位置しているとき、それにもかかわらず物体は第１の距離センサによって検出され、該センサにより第１の角度の測定値が出力されるが、この角度はもはやセンサ平面には位置していない。

第１の距離センサに関する上記の説明が、第２の距離センサについても同様の仕方で当てはまる。このようにして、第１または第２のセンサ平面の外の物体の位置または差異が認識されることが可能となり、距離センサのうちの１つが第１のセンサ平面または第２のセンサ平面からのこうした差異を単独で直接測定するようにセットアップされるのではない。たとえば両方の距離センサは、物体がそれぞれの距離センサの左に位置しているか右に位置しているかを検出するのにそれぞれ適している。しかしながら特に、両方の距離センサのいずれもが、物体がそれぞれのセンサ平面の上方に位置しているか下方に位置しているかを測定するのには適していない。

第１のセンサ軸と第２のセンサ軸との間には、０°よりも大きい、好ましくは１°よりも大きい、さらに好ましくは５°よりも大きい角度が存在する。換言するとこのことは、第１の距離センサと第２の距離センサが互いに傾いていることを意味する。このとき、第１の距離センサが第２の距離センサに対して傾いている角度は、すなわち第１のセンサ軸と第２のセンサ軸との間の角度は、第１または第２のセンサ平面に位置している。第１の距離と第２の距離は、距離センサのうちの１つと物体との間の測定された距離をそれぞれ表す。

このようにして、高さ分類のために複数のセンサの情報が利用される。このことは、ますます多くのセンサが車両に配置されるようになっているという理由からして、すでに好ましい。このように本発明による方法は、最新の車両に実装可能であるという利点がある。たとえば駐車機能では、バンパーごとに最大で６つの超音波センサが組み付けられる。駐車機能をレーダセンサによって具体化するために、同じく複数のセンサが必要である。高度に自動化された走行などの機能も、車両周辺の領域全体をカバーするために複数の距離センサを必要とする。

最新の距離センサは、特にレーダセンサは、相対速度と距離に加えて、しばしば水平方向の角度も直接的に決定することができる。このことは、距離センサがセンサ平面における角度を決定できることを意味する。このとき、センサ平面に位置している角度が水平方向の角度であるか否かは、それぞれの距離センサがどのようにアライメントされているかに依存して決まる。個々の距離センサの視界範囲が重なり合うことによって、物体が複数のセンサにより検知される。このようにして、ただ１つの距離センサによってだけでなく、複数の距離センサの信号の三辺測量を通じても物体の位置を決定することができる。このような過決定により、それが高い物体なのか低い物体なのかを認識することができる。さらに、このような過決定によって、および方程式を解くことによって、未知の仰角を決定することができる。このことは、第１のセンサ平面からの所定の高さよりも物体が上方にあるか下方にあるかが決定されることによって行われる。このとき物体が高いか低いかの定義は、たとえば車道表面などの基準面に対する第１のセンサ平面の配置に依存する。したがって、たとえば車両での装置の配置には関わりなく、第１のセンサ平面からの高さがまず評価される。ここでの高さとは、物体と第１のセンサ平面との間の最短距離である。

このようにして、複数の個々の距離センサによって物体の位置を認識することが可能となり、その際に、１つの平面における物体の位置を認識するのに適しているにすぎない距離センサを援用することができる。

第１または第２の距離センサが１つを超える角度を検出するのに適していれば、ただ１つの距離センサの直接的な測定によって物体の位置を検出できることは自明である。しかしながら本発明に基づく物体の位置の認識は、特に物体が第１のセンサ平面からの特定の高さにあるか否かの認識は、そのような距離センサにとっても、特に直接的な測定の妥当性検証としての役目も果たすことができる特別に信頼度の高い認識が可能となるので好ましい。

さらに本方法および本装置は、必要な距離センサが通常最新の車両にはすでに存在しているので好ましい。

従属請求項は本発明の好ましい発展例を示している。

評価ユニットは、第１の距離と第１の角度とをベースとして、物体が第１のセンサ平面からの所定の高さにあるときの第２の距離に相当する値を表す第１の参照値を算出し、第１の参照値と第２の距離との比較を実行して、物体が第１のセンサ平面からの所定の高さよりも上方にあるか下方にあるかを決定するために、または、第１の距離と第１の角度とをベースとして、物体が第１のセンサ平面からの所定の高さにあるときの第２の角度に相当する値を表す第２の参照値を算出し、第２の参照値と第２の角度との比較を実行して、物体が第１のセンサ平面からの所定の高さよりも上方にあるか下方にあるかを決定するためにセットアップされるのが好ましい。このような参照値の判定により、物体の高さに関わる迅速な評価を行うことができる。このとき、複雑な連立方程式を解いて物体の高さを正確に判定する必要はない。参照値による高さ見積りは、たとえば物体が障害物であるか否かを決定するために十分であり得る。

第１の参照値は第１の距離、第１の角度、および第２の角度をベースとして計算され、第２の参照値は第１の距離、第２の距離、および第１の角度をベースとして計算されるのが好ましい。これらの値は、他ならぬ第１および第２の距離センサが同一構造のセンサである場合にはもともと利用することができる。このようにして、第１および第２の参照値を特別に正確かつ簡易に判定することができる。

第１のセンサ平面と第２のセンサ平面が平行な平面であれば、また好ましい。このようにして、物体の位置を第１のセンサ平面で特別に正確に決定することができる。

さらに、第１のセンサ平面と第２のセンサ平面が同一の平面であると好ましい。このようにしてただ１つの平面をもとにして、物体がこの共通の平面に対してどれだけの高さ、または低さに配置されているかを推定することができる。

さらに、第１のセンサ平面および／または第２のセンサ平面が水平方向の平面であると好ましい。このことは、第１の距離センサと第２の距離センサが、第１のセンサ平面および／または第２のセンサ平面のアライメントが水平方向であるように配置されることを意味する。そのために、第１の距離センサと第２の距離センサが車両に配置されるのが好ましい。

第３のセンサ平面に位置する第３のセンサ軸を有し、第１の距離センサと物体との間の第３の距離を検出するためにセットアップされる第３の距離センサを本装置がさらに含んでいれば、また好ましく、評価ユニットは第３の距離をベースとして、物体が第１のセンサ平面からの所定の高さよりも上方にあるか下方にあるかが正しく決定されているか否かを妥当性検証するためにセットアップされる。このようにして、認識された物体の位置の確実度が高くなる。

物体の位置を認識する装置は、第３のセンサ平面に位置する第３のセンサ軸を有し、第３のセンサ平面は第１のセンサ平面および第２のセンサ平面に等しくなく、第１の距離センサと物体との間の第３の距離を検出するために、および／または第３のセンサ軸と、物体が第３のセンサ平面に位置するときに第３の距離センサを起点として物体が位置する方向との間の角度を表す第３の角度を検出するためにセットアップされる第３の距離センサを含むのが好ましく、評価ユニットは第３の距離およびまたは第３の角度をベースとして、物体が第１または第２のセンサ平面の上方にあるか下方にあるかを判定するためにセットアップされる。このようにして、高いところに位置する物体が低いところに位置する物体として解釈されるのを回避することができる。

第１および第２の参照値は表をベースとして判定されるのが好ましい。このようにして、参照値をたえず新たに算出することは必要なくなる。第１または第２の参照値を決定するために、それぞれの参照値の基礎となるパラメータの組み合せを表で特定するだけでよい。

さらに参照値が、第１の距離センサと第２の距離センサの間の事前定義された距離をベースとして判定されると好ましい。この距離が事前定義されることによって、第１の距離センサと第２の距離センサの間の距離を判定するために別の測定を実行する必要がない。

第１の距離センサおよび／または第２の距離センサはレーダセンサ、音響センサ、または光学センサであるのがさらに好ましい。このとき第１の距離センサと第２の距離センサは、それぞれ相違する型式または同一の型式のセンサである。上に挙げた距離センサは低コストに入手することができ、第１のセンサ平面に対する物体の位置の認識を高い信頼度で可能にするために十分な精度を有している。

次に、本発明の実施例について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図面には次のものが示されている：

第１のセンサ平面の第１の距離センサと、第１のセンサ平面に位置する第１のセンサ軸とを示す図である。 第２のセンサ平面の第２の距離センサと、第２のセンサ平面に位置する第２のセンサ軸とを示す図である。 本発明による装置の車両への配置を示す図である。 距離センサのうちの１つに対するさまざまな角度を三次元空間で定義するためのセンサ座標系である。 第１および第２の距離センサが示されているグローバル座標系である。 第１の距離センサをこれに帰属する物体の可能性のある所在点とともに示す図である。 物体が第１のセンサ平面にあるケースについて、物体の位置を認識する装置を示す図である。 物体が第１のセンサ平面の上または下にある状態で、物体の位置を認識する装置を示す図である。 車道表面の上での第１の距離センサと第２の距離センサの配置を示す図である。

物体５の位置を認識する本発明による装置は、第１の距離センサ１と、第２の距離センサ６と、評価ユニット１０とを含んでいる。

第１の距離センサ１が図１に模式的に示されている。第１の距離センサ１は、第１のセンサ平面２に位置する第１のセンサ軸３を有している。このとき第１のセンサ平面２と第１のセンサ軸３は物理的な要素ではなく、第１の距離センサ１の特性を表すものにすぎない。第１の距離センサ１は、たとえば音響センサ、光学センサ、またはレーダセンサである。第１のセンサ平面２は、第１の距離センサ１が位置している平面である。第１の距離センサ１は、第１の距離センサ１の主照射軸２１に沿った向きのメインローブを有する。第１のセンサ軸３は主照射軸２１に対して垂直である。

第１の距離センサ１は、第１の距離センサ１と物体５との間の第１の距離４を検出するためにセットアップされている。物体５が同じく一例として図１に示されており、ここでは第１のセンサ平面２に位置している。第１の距離センサ１によって信号が発信され、その反射が受信される。信号の進行時間から、物体５と第１の距離センサ１との間の第１の距離４が判定される。

さらに第１の距離センサ１は、第１のセンサ軸３と、第１の距離センサ１を起点として物体５が位置している方向との間の角度を表す第１の角度φ_１’を検出するためにセットアップされている。第１の角度φ_１’は、たとえば第１のセンサ軸３と、物体５を第１の距離センサ１と結んだ直線との間の角度である。このように第１の距離センサ１は、第１の距離センサ１を起点として見たとき、物体５が第１の距離センサ１の主照射軸２１の左に位置するか右に位置するかを判定するのに適している。第１の距離センサ１は、この第１の実施形態では、物体５が第１のセンサ平面２の上に位置するか下に位置するかを判定するのには適していない。しかし、第１の距離センサ１からの信号は第１のセンサ平面だけで発信されるのではないので、物体５が第１のセンサ平面２に位置していない場合にも、発信された信号は物体５によってはね返される。したがって、第１の距離４は信号の進行時間をベースとして判定されるので、物体５が第１のセンサ平面２に位置していない場合にも、第１の距離４について正確な値が判定される。

第２の距離センサ６が図２に模式的に示されている。第２の距離センサ６は、第２のセンサ平面７に位置する第２のセンサ軸８を有している。このとき第２のセンサ平面７と第２のセンサ軸８は物理的な要素ではなく、第２の距離センサ６の特性を表すものにすぎない。第２の距離センサ６は、たとえば音響センサ、光学センサ、またはレーダセンサである。第２のセンサ平面７は、第２の距離センサ６が位置している平面である。第２の距離センサ６は、第２の距離センサ６の主照射軸２２に沿った向きのメインローブを有する。第２のセンサ軸８は主照射軸に対して垂直である。

第２の距離センサ６は、第２の距離センサ６と物体５との間の第２の距離９を検出するためにセットアップされている。物体５が同じく一例として図２に示されており、ここでは第２のセンサ平面７に位置している。第２の距離センサ６によって信号が発信され、その反射が受信される。信号の進行時間から、物体５と第２の距離センサ６との間の第２の距離９が判定される。

さらに第２の距離センサ６は、第２のセンサ軸８と、第２の距離センサ６を起点として物体５が位置している方向との間の角度を表す第２の角度φ_２’を検出するためにセットアップされている。第２の角度φ_２’は、たとえば第２のセンサ軸８と、物体５を第２の距離センサ６と結んだ直線との間の角度である。このように第２の距離センサ６は、第２の距離センサ６を起点として見たとき、物体５が第２の距離センサ６の主照射軸２２の左に位置するか右に位置するかを判定するのに適している。第２の距離センサ６は、この第１の実施形態では、物体５が第２のセンサ平面７の上に位置するか下に位置するかを判定するのには適していない。しかし、第２の距離センサ６からの信号は第２のセンサ平面７だけで発信されるのではないので、物体５が第２のセンサ平面７に位置していない場合にも、発信された信号は物体５によってはね返される。したがって、第２の距離９は信号の進行時間をベースとして判定されるので、物体５が第１のセンサ平面２に位置していない場合にも、第２の距離９について正確な値が判定される。

図３は、物体５の位置を認識する本発明の装置が配置された車両１２を示している。ここでは図３の左側に車両１２の車両前部が示されている。車両１２のバンパーの領域に、第１の距離センサ１と第２の距離センサ６が配置されている。図３に示す図面では、第１の距離センサ１と第２の距離センサ６は観察者の視点からは相前後して配置されている。

第１の距離センサ１と第２の距離センサ６は評価ユニット１０と接続されている。評価ユニット１０は、第１の距離センサ１と第２の距離センサ６の出力信号を処理するのに適した計算ユニットである。すなわち第１の距離センサ１からは、第１の距離４と第１の角度φ_１’が評価ユニット１０へ伝送される。すなわち第２の距離センサ６からは、第２の距離９と第２の角度φ_２’が評価ユニット１０へ伝送される。車両１２の前に、図３では物体５が示されている。ここでは物体５は一例として、車両１２が上にある車道表面から小さい高さを有する第１の物体５ａである。さらに物体５は一例として、車道表面から第１の物体５ａよりも明らかに大きく突き出た第２の物体５ｂとしても示されている。一例としてのこれら両方の物体５ａ，５ｂについて第１の距離４が示されている。この距離は、第１の物体５ａについても第２の物体５ｂについても同一である。それにもかかわらず、第１の物体５ａが第２の物体５ｂよりも車両１２の近くにあることが明らかである。

第１のセンサ平面２は、図３では水平方向の平面である。第２のセンサ平面７も同じく水平方向の平面であり、第１のセンサ平面２に相当する。図３の車両１２は側面図で示されているので、第１のセンサ平面２と第２のセンサ平面７は交線でしか認識することができない。上で説明したとおり、第１の距離センサ１と第２の距離センサ６は、第１のセンサ平面２および第２のセンサ平面７で角度を、すなわち第１の角度φ_１’および第２の角度φ_２’を、検出するのに適している。第１の物体５ａを第２の物体５ｂから、すなわち低い物体を高い物体から、区別するために必要になるはずの図３に示す角度γは、距離センサ１，６のうちのそれぞれ１つだけで単独に測定することはできない。

低い、および高い物体５ａ，５ｂのこのような区別を可能にし、そのようにして物体５の位置を認識するために、評価ユニット１０は参照値を算出するためにセットアップされており、この参照値が第２の距離センサ６の測定値と継続的に比較される。その際に、第２の距離センサ６の測定値が参照値よりも大きいか小さいかに基づいて、低い、または高い物体５ａ，５ｂのいずれが存在するかが認識され、すなわち、第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１を物体５が上回っているか下回っているかが認識される。

所定の高さ１１は、物体５から第１のセンサ平面２までの距離である。このことが同じく図３に示されている。一例として図３では、低い物体５ａからセンサ平面２までの距離を表す所定の高さ１１が示されている。物体５が第１のセンサ平面２から離れるほど、物体５から第１のセンサ平面２までの距離は大きくなる。所定の高さ１１が定義される、物体５から第１のセンサ平面２までの距離が、車道表面２３からの物体５の高さを表す物体５の高さと混同されてはならない。車道表面２３を起点として物体５の高さが次第に増していき、それと同時に、第１のセンサ平面２との距離が減っていき、ついには物体５が第１のセンサ平面２に位置するようになる。所定の高さ１１は、第１のセンサ平面２からの物体５の距離を表す。所定の高さ１１を便宜上０に等しいものとする。すなわち評価ユニット１０は、物体５が第１のセンサ平面２にあるか否かをチェックする。仮に所定の高さ１１が５ｃｍの値に選択されれば、物体５が５ｃｍよりも大きく第１のセンサ平面２の下に位置するか否かがチェックされることになる。

第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１を物体５が上回っているか下回っているかを決定するために、評価ユニット１０により、第１の参照値または第２の参照値のいずれかが算出される。第１の参照値の算出と第２の参照値の算出は同じ数学的な原理に基づくが、その後の比較については異なるパラメータが利用される。

したがって第１の参照値は、第１の距離４と、第１の角度φ_１’と、第２の角度φ_２’とをベースとして算出される。第１の参照値は、物体５が第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１にあるときの第２の距離９に相当する値を表す。それに応じて比較は、物体５が第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１よりも上方にあるか下方にあるかを決定するために、第２の距離センサ６によって検出された第２の距離９と第１の参照値との間で行われる。

第２の参照値が算出されるとき、これは第１の距離４と、第２の距離９と、第１の角度φ_１’とをベースとして計算される。第２の参照値は、物体５が第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１にあるときの第２の角度φ_２’に相当する値を表す。それに応じて、このケースでは比較は、物体５が第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１よりも上方にあるか下方にあるかを決定するために、第２の距離センサ６によって検出された第２の角度φ_２’と第２の参照値との間で行われる。

第１および第２の参照値の根底にある原理を説明するために、まず、距離センサ１，６のうちの１つのセンサ座標系を表す図４を参照する。図示したセンサ座標系の中心に、第１または第２の距離センサ１，６が選択的に配置される。センサ座標系のｘｙ平面は、それぞれの距離センサ１，６に帰属するセンサ平面２，７を表す。それぞれの距離センサ１，６のセンサ軸３，８は、図４に示すｘ軸に沿って延びている。ｙ軸は、それぞれの距離センサ１，６の主照射軸２１，２２に相当する。以下において図４に示す角度を援用するとき、この角度は、それが第１の距離センサ１に帰属するときには添字「１」を付して表記され、第２の距離センサ６に帰属するときには添字「２」を付して表記される。たとえば第１の角度φ_１’は、第１の距離センサ１に帰属している図４に示す角度φ’である。それに応じて第２の角度φ_２’は、第２の距離センサ６に帰属している図４に示す角度φ’である。

図４には、物体５の一例としての所在場所を表す点Ｐが示されている。それぞれの距離センサ１，６と、すなわち図示しているセンサ座標系の原点と、点Ｐとの間の距離ｒが、距離センサ１，６によって検出される距離すなわち第１の距離４または第２の距離９に相当する。

第１の距離センサ１と第２の距離センサ６はいずれも、物体５が第１のセンサ平面２に位置しているときに第１の距離センサ１を起点として物体５が位置する方向を表す角度φを検出するためにセットアップされている。しかし、距離センサ１，６のうちの１つによって検出された角度φの評価について着目されるべきは、物体５がセンサ平面２，７に位置していない場合であっても、距離センサ１，６が角度φ’の測定値を出力することである。このことは特に、距離センサ１，６から発信される信号が厳密には区切られておらず、それに伴って、いずれの場合にもセンサ平面の外であっても反射されて、発信をする距離センサ１，６へと戻るように反射され得ることによって根拠づけられる。したがって実際には、帰属するセンサ平面２，７における角度φだけを検出するために距離センサ１，６が設計されている場合であっても、距離センサ１，６によって角度φ’が検出される。

図４では、角度φおよびφ’がセンサ軸（ｘ軸）に対して定義されている。角度θはｚ軸に対して定義されている。点Ｐは、センサ座標系において次の座標を有する：

このとき次式が成り立つ：
９０°−φ’≦θ≦９０°＋φ’かつ９０°−θ≦φ’≦９０°＋θ、ｙ≧０について

図５には、第１の距離センサ１と第２の距離センサ６がグローバル座標系に示されている。そのために両方の距離センサ１，６について、帰属する角度がそれぞれ図４に示すセンサ座標系に準じて掲げられている。したがって、距離センサ１，６の各々についてｘ軸とｙ軸が、図４から既知のセンサ座標系に準じて掲げられている。第１の距離センサ１と第２の距離センサ６は、図５に示されている共通のセンサ平面に位置する。このとき第１のセンサ軸３と第２のセンサ軸８の間にはゼロ度よりも大きい、好ましくは１度よりも大きい、または５度よりも大きい角度が存在する。このことは、第１の距離センサ１と第２の距離センサ６がセンサ平面で互いに傾いていることを意味する。そのために第１の距離センサ１は、グローバル座標系のｘ軸と第１のセンサ軸３との間に０度よりも大きい第１の傾斜角α_１が存在するように、車両１２に配置される。それと同時に第２の距離センサ６は、グローバル座標系のｘ軸と第２のセンサ軸７との間に０度よりも大きい第２の傾斜角α_２が存在するように配置される。ここでは、第２の傾斜角α_２に等しくない第１の傾斜角α_１が−１と乗算されている。

第１の距離センサ１と第２の距離センサ６は、センサ距離ｃとして表記されている相互の距離を有する。この距離は、ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ２}としても表記される、図５に示すグローバル座標系のｘ値に相当する。センサ距離ｃは第１の距離センサ１と第２の距離センサ６の組付位置に依存し、評価ユニット１０により初期のコンフィグレーションのときに設定される。このようにセンサ距離ｃは、第１の距離センサ１と第２の距離センサ６との間の事前定義された距離である。このとき、第１の距離センサ１と第２の距離センサ６の車両１２への組付位置は、両方の距離センサ１，６が車道表面２３からセンサ高さｚ_０で配置されるように選択される。

図５に示すグローバル座標系については、時計と反対回りの回転（数学的には正の回転方向）による座標変換について次式が成り立つ：
ｘ’_Ｐ＝ｘ_Ｐ・ｃｏｓ（α）＋ｙ_ｐ・ｓｉｎ（α）
ｙ’_Ｐ＝−ｘ_Ｐ・ｓｉｎ（α）＋ｙ_Ｐ・ｃｏｓ（α）
ｚ’_Ｐ＝ｚ_Ｐ

未知の仰角θ_１およびθ_２を含む次式が得られ、これらの仰角を連立方程式を解くことで正確に決定することができ、ないしは表と比較することで見積もることができる。したがって、図５に示すグローバル座標系について次のグローバル連立方程式が得られる：

図４から明らかなように、仰角θ_１およびθ_２は、距離センサ１，６に対する物体５の垂直方向の位置を表す。したがって仰角θ_１およびθ_２は、物体５が第１のセンサ平面からの所定の高さ１１の上方または下方でどれだけの高さにあるかについても表す。

第１の角度φ_１’と第２の角度φ_２’、および両方の距離センサ１，６からの距離ｒ_１およびｒ_２が測定されるので、グローバル連立方程式を解くことができ、仰角θ_１およびθ_２を決定することができる。したがって本発明の別案の実施形態では、評価ユニット１０はグローバル連立方程式を数学的に解き、それにより第１の距離４、第２の距離９、第１の角度φ_１’、および第２の角度φ_２’をベースとして、物体５が第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１よりも上方にあるか下方にあるかを決定する。

ただしこの第１の実施形態では、第１の参照値または第２の参照値の算出が行われる。これらの参照値は、物体５が第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１にあるときの第２の距離９または第２の角度φ_２’の値を表す。第２の距離９または第２の角度φ_２’についてのこのような値をグローバル連立方程式をベースとして判定することができ、仰角θ_１およびθ_２については、物体５が所定の高さ１１にあるときに得られる値が想定される。

したがってこの第１の実施形態では、第１および第２の参照値が継続的に新たに計算される。別案として、距離センサ１，６のそれぞれ異なる測定値の組み合わせについて事前に計算が実行されて保存される。このケースでは、第１または第２の参照値を表から呼び出すことができる。検出された最新の測定値について判定された第１の参照値が、第２の距離９と比較される。第１の参照値が第２の距離９と等しいとき、物体５が第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１にあることが決定される。検出された最新の測定値について判定された第２の参照値が、第２の角度φ_２’と比較される。第２の参照値が第２の角度φ_２’と等しいとき、物体５は第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１にある。

すでに説明したとおり、第１のセンサ軸３と第２のセンサ軸８は互いに傾いている。このことは、上に説明した数学的原理をベースとして、物体５が第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１にあるか否かを決定するために必要である。第１のセンサ軸３と第２のセンサ軸８が互いに傾いていないと、物体５が所定の高さ１１の上方にあるのか下方にあるのかを一義的に区別できないという状況が起こり得る。

図６には第１の距離センサ１が示されている。ここでは第１の距離センサ１の左隣に、第１の角度φ_φ１’について特定の値が検出されていて第１の距離４について特定の値が検出されたときに生じる、物体５について可能性のある所在場所１５，１６，１７，１８，１９が示されている。可能性のある所在場所１５，１６，１７，１８，１９は円周１４の上の点として示されている。当然ながら、円周１４の上の各々の点は可能性のある所在点であるが、それらの所在点のうちいくつかのみが例示として示されている。円周１４の上の可能性のある所在場所１５，１６，１７，１８，１９の各々は、第１の距離センサ１に対して同一の距離４を有している。

第１の角度φ_１’は、物体５が第１のセンサ平面２に位置しているときの該物体５の位置を表す角度である。しかし、物体５は必ずしも第１のセンサ平面２には位置しない。物体５が第１のセンサ平面２から出るように動いたとき、それにもかかわらず第１の角度φ_１’が第１の距離センサ１から出力される。物体５が第１のセンサ平面２に位置しているときにのみ、第１の角度φ_１’が図４に示す角度φに相当することがわかる。

このように、第１の距離センサ１によって検出された第１の距離４と角度φ_１’を前提としたとき、物体５は第１の円軌道１４の上のどこかに位置し得る。

仮に、第１のセンサ軸３と第２のセンサ軸８の間に０°の角度が存在していると、距離センサ１の測定値によって定義される物体５の可能性のある所在場所が、第２の距離センサ６によって定義される物体５の可能性のある所在場所に正確に一致するという状況が起こる。換言するとこのことは、可能性のある所在場所１５から１９を第１の距離センサ１に対して定義する円軌道が、すなわち第１の円軌道１４が、第２の距離センサ６に対する物体５の可能性のある所在場所を定義する円軌道に、たとえば第２の円軌道２０に一致することを意味する。上に説明したケースは、物体５のどのような位置についても起こり得る。

しかし第１の距離センサ１は、第２の距離センサ６に対して傾いている。このようにして、第１のセンサ軸３と第２のセンサ軸８の間には０°よりも大きい角度が存在する。このことが図７と図８に例示として示されている。ここで図７は、物体５が第１のセンサ平面２に位置している状況を表す。図８は、物体５が第１のセンサ平面２の外に位置している状況を表す。

図７では、第１の距離センサ１によって、物体５の可能性のある所在場所が定義されることが明らかである。これらの所在場所は第１の円軌道１４によって定義され、この円軌道が図８では平面図で示されている。なぜならこの円軌道は第１のセンサ平面２に対して垂直だからである。それに応じて物体５の可能性のある所在場所が、第２の距離センサ６によって定義される。これらの所在場所は、これに準ずる仕方で第２の円軌道２０の上に位置している。第１の距離センサ１と第２の距離センサ６のセンサ軸３，８は互いに傾いているので、すなわち平行もしくは同一ではないので、第１の円軌道１４と第２の円軌道２０が互いに一致することはなくなる。このようにして、物体５がセンサ平面２に位置していれば、第１の円軌道１４と第２の円軌道２０の間でちょうど１つの交点が得られる。このようにして第２の距離９の特定の値について、物体５が第１のセンサ平面２に位置しているか否かが一義的に決定される。

図８を見てみると、物体５が第１のセンサ平面２の外に位置するケースについては、第１の円周１４と第２の円周２０の間で２つの交点が生じることが明らかである。そのため、物体５が第１のセンサ平面２の上方に位置するのか下方に位置するのかを区別することはできない。それにもかかわらず、第１の円周１４と第２の円周２０がどの個所で互いに交わるかを算出することができ、そのようにして、第１のセンサ平面２との距離を妥当性検証することができる。

評価ユニット１０によって実行されることになる、そのために必要な計算は非常に手間がかかる場合があるため、第１の距離４と第１の角度φ_１’にそれぞれ１つの参照値が割り当てられた表をベースとして参照値を判定するのが好ましい。このような表を事前に算出しておくことができる。それに応じて、第２の距離センサ６の出力信号についての閾値を規定することができ、同様の比較を通じて、高い物体５と低い物体５のどちらが検出されたのかを決定することができる。

物体５が第１または第２のセンサ平面２，７よりも上方にあるか下方にあるかを決定するために、別案の実施形態では、第３の距離センサ１３によって検出された第３の距離、および／または第３の距離センサによって検出された第３の角度が評価ユニットにより評価される。第３の距離センサ１３の一例としての配置が図９に示されている。ここでは、第３の距離センサ１３は第３のセンサ平面に位置する第３のセンサ軸を有しており、第３のセンサ平面は、第１のセンサ平面２および第２のセンサ平面７に等しくない。第３の距離センサ１３は、第３の距離センサ１３と物体５の間の第３の距離を検出するとともに、第３のセンサ軸と、第３の距離センサを起点として物体５が位置する方向との間の角度を表す、第３のセンサ平面７に位置する第３の角度を検出する。上に説明した連立方程式がそのために相応に拡張されて評価される。

その代替または追加として第３の距離センサ１３により、物体５が第１のセンサ平面２からの所定の高さ１１よりも実際に上方または下方にあるかどうかの妥当性検証を行うことができる。上に説明した連立方程式がそのために相応に拡張されて評価される。その際に、第３の距離センサ１３のセンサ平面が第１のセンサ平面２および第２のセンサ平面７に等しくないことは必須ではない。

このように、本方法は２つを超える距離センサにも問題なく拡張することができる。１つの距離センサを用いて基準測定が実行される。それ以外のすべてのセンサは、距離と水平方向の角度を測定する。測定された他のセンサ値が、どのような物体高さにより良く適合するかが探索される。複数のセンサが利用される場合、常に最善のセンサを対照測定のために利用することができる。

１ 第１の距離センサ
２ 第１のセンサ平面
３ 第１のセンサ軸
４ 第１の距離
５ 物体
６ 第２の距離センサ
７ 第２のセンサ平面
８ 第２のセンサ軸
９ 第２の距離
１０ 評価ユニット
１１ 所定の高さ
１３ 第３の距離センサ
φ_１’ 第１の角度
φ_２’ 第２の角度

Claims (11)

1. 物体（５）の位置を認識する装置において、
   第１のセンサ平面（２）に位置する第１のセンサ軸（３）を有し、
   第１の距離センサ（１）と物体（５）との間の第１の距離（４）を検出するために、および
   前記第１のセンサ軸（３）と、前記物体（５）が前記第１のセンサ平面（２）に位置するときに前記第１の距離センサ（１）を起点として前記物体（５）が位置する方向との間の角度を表す第１の角度（φ_１’）を検出するためにセットアップされた第１の距離センサ（１）と、
   第２のセンサ平面（７）に位置する第２のセンサ軸（８）を有し、
   第２の距離センサ（６）と物体（５）との間の第２の距離（９）を検出するために、および／または
   前記第２のセンサ軸（８）と、前記物体（５）が前記第２のセンサ平面（７）に位置するときに前記第２の距離センサ（６）を起点として前記物体（５）が位置する方向との間の角度を表す第２の角度（φ_２’）を検出するためにセットアップされた第２の距離センサ（６）とを含んでおり、
   前記第１のセンサ軸（３）と前記第２のセンサ軸（８）との間にはゼロ度よりも大きい角度が存在し、および、
   前記第１の距離（４）、前記第１の角度（φ_１’）、および少なくとも前記第２の距離（９）および／または前記第２の角度（φ_２’）をベースとして前記物体（５）が前記第１のセンサ平面（２）からの所定の高さ（１１）よりも上方にあるか下方にあるかを決定するためにセットアップされた評価ユニット（１０）を含んでいる、物体の位置を認識する装置。
2. 前記評価ユニット（１０）が、
   前記第１の距離（４）と前記第１の角度（φ_１’）とをベースとして、前記物体（５）が前記第１のセンサ平面（２）からの所定の高さ（１１）にあるときの前記第２の距離（９）に相当する値を表す第１の参照値を算出し、前記第１の参照値と前記第２の距離（９）との比較を実行して、前記物体（５）が前記第１のセンサ平面（２）からの所定の高さ（１１）よりも上方にあるか下方にあるかを決定するために、または、
   前記第１の距離（４）と前記第１の角度（φ_１’）とをベースとして、前記物体（５）が前記第１のセンサ平面（２）からの所定の高さ（１１）にあるときの前記第２の角度（φ_２’）に相当する値を表す第２の参照値を算出し、前記第２の参照値と前記第２の角度（φ_２’）との比較を実行して、前記物体（５）が前記第１のセンサ平面（２）からの所定の高さ（１１）よりも上方にあるか下方にあるかを決定するためにセットアップされることを特徴とする、請求項１に記載の物体（５）の位置を認識する装置。
3. 前記第１の参照値が前記第１の距離（４）、前記第１の角度（φ_１’）、および前記第２の角度（φ_２’）をベースとして計算され、前記第２の参照値が前記第１の距離（４）、前記第２の距離（９）、および前記第１の角度（φ_１’）をベースとして計算されることを特徴とする、請求項２に記載の物体（５）の位置を認識する装置。
4. 前記第１のセンサ平面（２）と前記第２のセンサ平面（７）が平行または同一の平面であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の物体（５）の位置を認識する装置。
5. 前記第１のセンサ平面（２）および／または前記第２のセンサ平面（７）が水平方向の平面であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の物体（５）の位置を認識する装置。
6. 第３のセンサ平面に位置する第３のセンサ軸を有し、第３の距離センサ（１３）と前記物体（５）との間の第３の距離を検出するためにセットアップされる前記第３の距離センサ（１３）をさらに含み、前記評価ユニット（１０）が前記第３の距離をベースとして、前記物体（５）が前記第１のセンサ平面（２）からの所定の高さ（１１）よりも上方にあるか下方にあるかが正しく決定されているか否かを妥当性検証するためにセットアップされる、請求項１から５のいずれか１項に記載の物体（５）の位置を認識する装置。
7. 第３のセンサ平面に位置する第３のセンサ軸を有し、前記第３のセンサ平面が前記第１のセンサ平面および前記第２のセンサ平面に等しくなく、前記第３の距離センサ（１３）と前記物体（５）との間の第３の距離を検出するために、および／または前記第３のセンサ平面（７）に位置し、前記第３のセンサ軸と、前記第３の距離センサ（１３）を起点として前記物体（５）が位置する方向との間の角度を表す第３の角度を検出するためにセットアップされる第３の距離センサ（１３）をさらに含み、前記評価ユニット（１０）が前記第３の距離およびまたは前記第３の角度をベースとして、前記物体（５）が前記第１または前記第２のセンサ平面（２，７）の上方にあるか下方にあるかを判定するためにセットアップされる、請求項１から６のいずれか１項に記載の物体（５）の位置を認識する装置。
8. 前記第１および前記第２の参照値が表をベースとして判定されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の物体（５）の位置を認識する装置。
9. 前記第１および前記第２の参照値がさらに前記第１の距離センサ（１）と前記第２の距離センサ（６）の間の事前定義された距離（ｃ）をベースとして判定されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の物体（５）の位置を認識する装置。
10. 前記第１の距離センサ（１）および／または前記第２の距離センサ（６）がレーダセンサ、音響センサ、または光学センサであることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の物体（５）の位置を認識する装置。
11. 第１のセンサ平面（２）に位置する第１のセンサ軸（３）を有する第１の距離センサ（１）と、第２のセンサ平面（７）に位置する第２のセンサ軸（８）を有する第２の距離センサ（６）とが用いられ、前記第１のセンサ軸（３）と前記第２のセンサ軸（８）との間にはゼロ度よりも大きい角度が存在する、物体（５）の位置を認識する方法において、
    前記第１の距離センサ（１）と物体（５）との間の第１の距離（４）が検出されること、前記第１のセンサ軸（３）と、前記物体（５）が前記第１のセンサ平面（２）に位置するときに前記第１の距離センサ（１）を起点として前記物体（５）が位置する方向との間の角度を表す第１の角度（φ１’）が検出されること、
    前記第２の距離センサ（６）と前記物体（５）との間の第２の距離（９）が検出されること、および／または前記第２のセンサ軸（８）と、前記物体（５）が前記第２のセンサ平面（７）に位置するときに前記第２の距離センサ（６）を起点として前記物体（５）が位置する方向との間の角度を表す第２の角度（φ２’）が検出されること、および、
    前記第１の距離（４）、前記第１の角度（φ１’）、および少なくとも前記第２の距離（９）および／または前記第２の角度（φ２’）をベースとして、前記物体（５）が前記第１のセンサ平面（２）からの所定の高さ（１１）よりも上方にあるか下方にあるかが決定されることを含んでいる、物体の位置を認識する方法。

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