JP2023545210A - ライダーセンサーの測距範囲の変化の決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両又はロボット用ライダーセンサーの測距範囲の変化を決定するための新規方法を提供する。【解決手段】本発明は、車両又はロボット用ライダーセンサー（１）の測距範囲の変化の決定方法に関する。本発明によれば、ライダーセンサー（１）から所定の距離（ｄ＿０）に位置する基準目標（ＲＺ）を用いた基準測定において、ライダーセンサー（１）によって受光される赤外線（Ｓ）の基準ノイズレベル（Ｒ＿０）と、基準目標（ＲＺ）で反射しライダーセンサー（１）によって受光される赤外線（Ｓ）の信号対ノイズ比が決定される。走行モード計測において、ライダーセンサー（１）により受光された赤外線の現在のノイズレベルは、車両又はロボットの走行モードの間に決定され、基準目標が位置しているはずの位置までの理論的な距離は、現在のノイズレベルで、基準測定と同一の信号対ノイズ比が存在する場合、現在のノイズレベルから決定される。測距範囲変化の計算では、所定の測距範囲（ｄ＿０）と理論測距範囲（ｄ＿１、ｄ＿２）との間の偏差が決定され、偏差は、基準測定時のライダーセンサー（１）の測距範囲と比較したライダーセンサー（１）の測距範囲の変化に対応する。【選択図】図５

Description

本発明は、車両又はロボット用ライダーセンサーの測距範囲の変化の決定方法に関する。

下記特許文献１には、センサーの汚染を検出するためにライダーの原理に従って動作する、自動車の自動縦方向及び横方向制御システムの状態検知のための方法が記載されている。状態検知は、センサーにより送受信される信号から形成される２つの指標に依存する。指標は重み付け係数で重み付けされ、単一の確率にまとめられ、そこから、所定の閾値を所定の期間で超えるか下回る場合にセンサーの汚染に関するメッセージが導出される。この場合、期間は、車速が高い場合よりも車速が低い場合に長くなるように選択される。自動車の縦方向及び横方向制御用に選択された対象物体の検出失敗率を示す物体安定性と、計測中に検出された全物体の総和が指標として用いられる。

さらに、下記特許文献２には、ライダーセンサーの保護シールド上の汚染物を検出するための方法と装置が記載されている。ライダーセンサーの検出領域は、複数の区画に分割されており、各区画内の保護シールド上に汚染が存在するかが、区画ごとに決定される。このため、各区画の、区画の背景ノイズが決定され、残りの検出領域又は検出領域全体の検出領域の背景ノイズが決定され、これにより、区画の背景ノイズが、検出領域の背景ノイズより著しく少ない場合に、各区画内に汚染物が存在すると判断される。代替として、又は追加として、各区画の背景ノイズは、ライダーセンサーの受信機の異なる感度で決定され、高感度で決定された区画の背景ノイズが、低感度で決定された区画の背景ノイズより著しく多い場合に、各区画内に汚染物が存在すると判断される。

独国特許出願公開第１９９ ４８ ２５２ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０２０ １１５ ２５２．３号明細書

本発明の課題は、車両又はロボット用ライダーセンサーの測距範囲の変化を決定するための新規方法を提供することである。

本発明によれば、本課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法により解決される。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明に係るライダーセンサーの測距範囲の変化の決定方法において、ライダーセンサーにより受光された赤外線の基準ノイズレベルと、基準目標で反射され、ライダーセンサーで受光された赤外線の信号対ノイズ比とは、ライダーセンサーから所定の距離に位置する基準目標を用いた基準測定で決定される。走行モード計測において、ライダーセンサーにより受光された赤外線の現在のノイズレベルは、車両又はロボットの走行モードの間に決定され、基準目標が位置しているはずの位置までの理論的な距離は、現在のノイズレベルで、基準測定と同一の信号対ノイズ比が存在する場合、現在のノイズレベルから決定される。さらに、測距範囲変化計算では、指定された測距範囲と理論的な測距範囲との間の偏差が決定され、偏差は、基準測定時の有効範囲と比較したライダーセンサーの測距範囲の変化に対応する。

例えば、自動化された、特に高度に自動化された自立型車両又はロボットでは、センサーの測距範囲又は検出範囲とも呼ばれる、現在のセンサーの視程は、最高速度、他の車両、ロボット又は物体との最小距離などの決定的な運転パラメータを決定する。そのため、瞬間的なセンサー視程の信頼性のある決定は、自律運転車両及びロボットの安全性にとって不可欠な基準である。物体の測距用基準センサーとして、これは特にライダーセンサーに該当する。

本方法により、信頼性があるセンサー視程の推定が、ライダーセンサーの耐用期間の間、実現する。そのため、ライダーセンサーにより記録されたデータを使用するシステムの可用性は著しく増加し得る。これにより、ノイズ測定に基づき、ライダーセンサーの測距範囲の信頼性のある推定が、目標が存在しない場合でも実現する。ここで、本方法は、しばしば別の推定に使用され、大きな変動の対象となる、汚れた車両や道路標識などの、視界中の物体の正確な種類には、少なくともほぼ無関係である。全体のノイズ曲線が決定されれば、例えば、道路の補修箇所にしばしば生じるように、非常に明るい路面が暗い路面に比べて太陽光をより多く反射する場合、距離依存の値も決定され得る。さらに、距離推定は独立に立体角に対して実行され得て、システム劣化に対する情報を拡充する。

本方法の１つの可能な実施形態では、測距範囲は、信号対ノイズ比が所定の閾値に対応する距離として定義される。これにより、測距範囲の容易かつ正確な決定が可能となる。

本方法の別の可能な実施形態では、理論的距離を決定する際に、経路に依存するライダー放射の減衰が走行モード計測で考慮されている。これによりさらに測距範囲決定の精度を高め得る。

本方法の別の可能な実施形態では、所定時間の後、基準測定が再度実行される。これにより、基準測定で決定された基準ノイズレベルと信号対ノイズ比が基準目標において更新され得て、例えば、ライダーセンサーの経年効果が考慮され得る。

本方法の別の可能な実施形態では、基準ノイズレベルの決定の際に、ライダーセンサーの固有ノイズ成分の変化が基準測定で考慮される。固有ノイズ成分を考慮することにより、管理された条件下の操作において基準ノイズレベルを低減し得て、経年変化による影響も、ライダーセンサーの耐用期間の間に簡単な方法で信頼性高く考慮され得る。

本方法の別の可能な実施形態では、固有ノイズ成分から導出される成分ごとに基準目標での基準ノイズレベル及び信号対ノイズ比を補正することで、固有ノイズ成分の変化が計算上考慮される。したがって、固有ノイズ成分の変化を計算するための時間のかかるプロセスステップが省略され得る。

本方法の別の可能な実施形態では、ライダーセンサーの受光機が外部放射から遮蔽されている測定待機時間の間に、ライダーセンサー内に配置された赤外線源によって測定待機時間中に受光機に基準赤外線信号を送信することで暗相ノイズレベルが決定され、暗相ノイズレベルが決定されることで固有ノイズ成分が決定される。外部放射及び／又は外部光から遮蔽され、定義された赤外線源を使用するそのような固有ノイズ成分の「暗測定」により、管理された条件下での操作において、基準ノイズ成分の正確な再現が可能となり、ライダーセンサーの経年変化の影響が、その耐用期間中に確実に考慮され得る。例えば、赤外線源は、電力制御型赤外線発光ダイオードである。

本方法の別の可能な実施形態では、暗相ノイズレベルは、複数の暗相ノイズレベルの平均として決定される。これにより、過程で生じる変動が補償され得る。

本方法の別の可能な実施形態では、暗相ノイズレベルは、車両又はロボットの動作中に決定される。そのため、走行モード外で暗相ノイズレベルの追加決定は不要である。その結果、例えば、基準測定を行うための追加の工場訪問が省略され得る。

本方法の別の可能な実施形態では、基準測定は、車両又はロボットの生産終了段階の最終点検で実施され、これにより、車両又はロボットの生産工程に基準測定が容易に統合され得る。

本発明の実施形態の例が、以下図面を参照して詳細に説明される。
物体までの距離の関数として基準測定で決定されたライダー反射の強度を示す模式図である。 物体までの距離の関数として夜間に決定されたライダー反射の強度を図１による基準測定と比較して示す模式図である。 夜間に決定された、図２による基準測定と比較したライダー反射の強度と、低減されたノイズレベルでの基準目標の位置の決定とを示す模式図である。 日中に決定された、物体までの距離の関数として図１による基準測定と比較したライダー反射の強度と、上昇したノイズレベルでの基準目標の位置の決定とを示す模式図である。 物体までの距離の関数として夜間に行われた基準測定及び日中に行われた基準測定の間に決定されたライダー反射の強度の比較を示す模式図である。 鏡の第１の状態でのライダーセンサーを示す模式図である。 鏡の第２の状態での、図５によるライダーセンサーを示す模式図である。

全ての図面において、対応する箇所には同一の参照符号が付されている。

図１は、例えば図６及び図７に示すライダーセンサー１によって受光されたライダー反射ＬＲの強度Ｉを、基準測定において決定された、基準目標ＲＺとして形成された物体Ｏまでの距離ｄの関数として示す。物体Ｏは、位置Ｐ＿０に位置する。

例えば、自動化された、特に高度に自動化された自律車両又はロボットを操作するために、ライダーセンサー１により取得された周辺データが使用される。車両又はロボットの確実な操作では、自動化された縦方向及び／又は横方向制御システムの調整のためにライダーセンサー１の測距範囲を知ることが必須である。

測距範囲を決定するために、ライダーセンサー１は、車両又はロボットの生産ラインの終了段階で、例えば、いわゆる完成品性能（Ｅｎｄ－ｏｆ－Ｌｉｎｅ）試験、略してＥＯＬ試験で、指定条件下で、基準測定で測定される例えば２ｍ×２ｍの大きさで、反射率が、例えば１０％の基準目標ＲＺに対して、例えば５０ｋｌｕｘの背景放射を与えた場合、例えば９０％の確率で測定点が得られる有効範囲が決定される。

ライダーセンサー１によって受光され、図６及び図７にさらに詳細に示される赤外線Ｓの基準ノイズレベルＲ＿０、すなわち受信ノイズ信号の強度が決定される。このようにして求めたノイズ曲線を、ここでは簡略化して直線で示す。さらに、ライダーセンサー１によって検出されたライダー反射ＬＲの強度Ｉ＿０が測定される。

さらに、ライダーセンサー１の前方の所定距離ｄ＿０に位置し、所定の大きさと所定の反射率を有する所定の基準目標ＲＺで赤外線Ｓを反射させたときに生じる信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が決定される。ライダーセンサー１の測距範囲は、信号対ノイズ比が予め定められた信号対ノイズ比の閾値に対応する距離ｄと定義される。

次式により、基準測定のライダー反射ＬＲの信号対ノイズ比が得られる。

そして、信号対ノイズ比ＳＮＲ＿０が基準信号対ノイズ比として保存され、ノイズレベルＲ＿０が基準ノイズレベルＲ＿０として保存される。基準信号対ノイズ比ＳＮＲ＿０が所定の信号対ノイズ比閾値と等しい場合、距離ｄ＿０はライダーセンサー１の測距範囲に等しい。

基準信号対ノイズ比ＳＮＲ＿０が所定の信号対ノイズ比の閾値より大きい場合、すなわち閾値にまだ達していない場合は、測距範囲は距離ｄ＿０より長い。

ライダー放射の経路長に渡る既知の減衰から、それによりライダー放射の強度が経路長に対して二次関数的に減少するため、経路長を算出することができ、これにより基準目標ＲＺは後方に移動しているはずであり、信号ノイズ比が信号ノイズ比の特定の閾値に等しいものとして得られる。

したがって、距離ｄ＿０と基準信号対ノイズ比ＳＮＲ＿０から測距範囲は決定され得る。また、それぞれのステップで求めた信号対ノイズ比が信号対ノイズ比の閾値に一致するまで基準目標ＲＺを徐々に後退させることによっても測距範囲は決定され得る。

図２は、夜間に決定されたライダー反射ＬＲの強度Ｉを、図１による基準測定と比較して、物体Ｏまでの距離ｄ＿０の関数として示す。車両やロボットの定常運転時、例えば顧客への車両やロボットの納品後、定期的に走行モード計測でノイズレベルが再測定される。

これにより、夜間に、基準ノイズレベルＲ＿０より低いノイズレベルＲ＿１が決定される。

図３に示すように、この低いノイズレベルＲ＿１で図１による基準測定と同一の信号対ノイズ比を得るためには、どの位置Ｐ＿１に基準目標ＲＺが位置しているはずかが計算される。

この条件下では、次式により走行モード計測の間に、強度Ｉ＿１とノイズレベルＲ＿１が決定される。

決定された信号対ノイズ比ＳＮＲ＿１は、基準信号対ノイズ比ＳＮＲ＿０に等しく、以下の結果が得られる。

ここで、強度Ｉ＿１の値は、信号対ノイズ比ＳＮＲ＿１が基準信号対ノイズ比ＳＮＲ＿０と等しい場合、ノイズレベルＲ＿１の存在下で測定される必要がある値である。

強度Ｉ＿１と既知のライダー放射の経路に依存する減衰から、同一の信号対ノイズ比ＳＮＲ＿１＝ＳＮＲ＿０を得るために基準目標ＲＺが位置しているはずの位置Ｐ＿１までの理論距離ｄ＿１が決定される。

低いノイズレベルＲ＿０は、基準目標ＲＺも基準測定と同一の信号対ノイズ比でより遠い距離から検出され得ることを意味する。距離ｄ＿０と理論距離ｄ＿１との間の距離ｄは、基準ノイズレベルＲ＿０がノイズレベルＲ＿１に減少したときに生じるライダーセンサー１の測距範囲の延長に相当する。従って、基準ノイズレベルＲ＿０に関するノイズレベルＲ＿１の低減から、ライダーセンサー１の測距範囲の予想される増大が決定される。

同様に、ライダーセンサー１の測距範囲は、日中（太陽光の下）に測定が行われる場合に決定される。これを図４に示す。

これにより、基準ノイズレベルＲ＿０より高いノイズレベルＲ＿２が取得される。ここで、基準信号対ノイズ比ＳＮＲ＿２と同一の信号対ノイズ比ＳＮＲ＿２を得るために、基準目標ＲＺが位置しているはずの位置Ｐ＿２が計算される。結果は次式から得られる。

強度Ｉ＿２は次式で表される。

ここで、強度Ｉ＿２の値は、信号対ノイズ比ＳＮＲ＿２が基準信号対ノイズ比ＳＮＲ＿０と等しい場合、ノイズレベルＲ＿２の存在下で測定される必要がある値である。

強度Ｉ＿２と既知のライダー放射の経路に依存する減衰から、同じ信号対ノイズ比ＳＮＲ＿２＝ＳＮＲ＿０を得るために基準目標ＲＺが位置しているはずの位置Ｐ＿２までの理論距離ｄ＿２が決定される。

ノイズレベルＲ＿２が高くなると、基準測定と同一の信号対ノイズ比では、基準目標ＲＺはより短い距離でのみ検出され得るという結果が得られる。距離ｄ＿０と理論距離ｄ＿２との間の距離ｄは、基準ノイズレベルＲ＿０がノイズレベルＲ＿２まで増加したときに生じるライダーセンサー１の測距範囲の減少に相当する。このように、基準ノイズレベルＲ＿０に対するノイズレベルＲ＿２の増加から、ライダーセンサー１の予想される測距範囲の減少が決定される。

図５は、基準測定、夜間に行われた測定、及び日中行われた測定で、物体Ｏまでのそれぞれの距離ｄ＿０、ｄ＿１、ｄ＿２の関数として決定されたライダー反射ＬＲの強度Ｉを比較して示す。

図６は、第１の状態のライダーセンサー１を示し、図７は、第２の状態のライダーセンサー１を示す。

ライダーセンサー１は、送信機２、受光機３、鏡４、覗き窓５、赤外線源６、例えば出力制御型赤外線発光ダイオードを含む。

基準ノイズレベルＲ＿０は、ライダーセンサー１の固有ノイズ成分を含む。固有ノイズ成分は、経年により増加し得る。固有ノイズ成分の増加により、ノイズレベル及び基準ノイズレベルＲ＿０が上昇する。信号対ノイズ比はノイズレベルに反比例するため、ノイズレベルの上昇により、信号対ノイズ比が低下する。信号対ノイズ比が低下すると、ライダーセンサー１の測距範囲も減少する。このように、経年的なノイズ成分の増加により、ライダーセンサー１の測距範囲は減少する。

基準測定が既にかなり以前に実施され、現時点で再び実施される場合、同一の測定条件下で、固有ノイズ成分の経年的な増加により、基準ノイズレベルＲ＿０及び基準信号対ノイズ比の新しい値が生じ、結果としてライダーセンサー１の測距範囲にも新しい値が生じる。

このライダーセンサー１の測距範囲の経年的な変化を走行モード計測で考慮するために、保存されている基準ノイズレベルＲ＿０と基準信号対ノイズ比の元の値を新しい値に更新する。

更新は、基本的にＥＯＬ試験台で基準測定を繰り返すことで行われ得る。しかし、これは、工場への訪問が必要になることを意味する。

これを避けるために、１つの可能な実施形態では、更新は数学的に行われる。この目的のために、まず固有ノイズの増加ΔＲｉが決定される。次に、元の基準ノイズレベルＲ＿０と元の基準信号対ノイズ比ＳＮＲ＿０が、固有の変化ΔＲｉに起因する部分に対して補正される。以下の（６）式及び（７）式により、この補正の結果として、基準ノイズレベルＲ＿０^＊が更新され、信号対ノイズ比ＳＮＲ＿０^＊が更新される。

破線の赤外線Ｓは、送信機２によって生成されたパルス赤外線レーザー光である。赤外線Ｓは、回転鏡４によりスキャンする対象の周囲上に掃引される。赤外線Ｓのうち、周囲の物体Ｏによって反射された部分、いわゆる赤外線反射Ｒ（実線で示す）は、回転鏡によって受光機３、特に光検出器アレイに向けられる。そして、信号の移動時間から反射点までの距離ｄが決定される。

鏡４の回転により、図７に詳しく示すように、赤外線反射Ｒが受光器３に到達しない暗相、いわゆる測定待機時間が存在する。

このような、受光機３が外部放射から遮蔽されたライダーセンサー１の測定待機時間において、基準赤外線信号ＲＳを受光機３に送信し、測定待機時間の間に暗所Ｂのライダーセンサー１内に配置した赤外線源６により暗相ノイズレベルを決定することにより、固有ノイズ成分が決定される。

暗相の間、受光機３は、基準赤外線信号ＲＳのみを受光する。ＥＯＬ試験台での基準測定時に、暗相でのノイズレベルが決定され、暗相ノイズレベルとして保存される。また、暗相ノイズレベルは、複数の暗相で決定されたノイズレベルの平均値であってもよい。

車両やロボットの定常動作時には、この測定が定期的に繰り返され、現在の暗黒位相ノイズレベルが決定される。そして、現在の暗相ノイズレベルと保存された暗相ノイズレベルとの間の偏差が決定される。決定された偏差は、固有ノイズ成分の望ましい変化ΔＲｉに相当する。

１ ライダーセンサー
２ 送信機
３ 受光器
４ 鏡
５ 覗き窓
６ 赤外線源
Ｂ 範囲
ｄ 距離
ｄ＿０ 距離
ｄ＿１ 距離
ｄ＿２ 距離
Ｉ 強度
Ｉ＿０ 強度
Ｉ＿１ 強度
Ｉ＿２ 強度
ＬＲ ライダー反射
Ｏ 物体
Ｐ＿０ 位置
Ｐ＿１ 位置
Ｐ＿２ 位置
Ｒ 赤外線反射
ＲＳ 基準赤外線信号
ＲＺ 基準目標
Ｒ＿０ 基準ノイズレベル
Ｒ＿１ ノイズレベル
Ｒ＿２ ノイズレベル
Ｓ 赤外線

Claims (10)

1. 車両又はロボット用ライダーセンサー（１）の測距範囲の変化の決定方法であって、
   前記ライダーセンサー（１）から所定の距離（ｄ＿０）に位置する基準目標（ＲＺ）を用いた基準測定において、
   前記ライダーセンサー（１）によって受光された赤外線（Ｓ）の基準ノイズレベル（Ｒ＿０）と、
   前記基準目標（ＲＺ）で反射し前記ライダーセンサー（１）によって受光された赤外線（Ｓ）の信号対ノイズ比と
   が決定され、
   前記車両又は前記ロボットの走行モード中の走行モード測定において、
   前記ライダーセンサー（１）によって受光された前記赤外線（Ｓ）の現在のノイズレベル（Ｒ＿１、Ｒ＿２）が決定され、
   前記現在のノイズレベル（Ｒ＿１，Ｒ＿２）において前記基準測定と同一の信号対ノイズ比が存在する場合、前記基準目標（ＲＺ）が位置しているはずの位置（Ｐ＿１、Ｐ＿２）への理論距離（ｄ＿１、ｄ＿２）が、前記現在のノイズレベル（Ｒ＿１、Ｒ＿２）から決定され、
   測距範囲変化の計算において、
   前記所定の距離（ｄ＿０）と前記理論距離（ｄ＿１、ｄ＿２）との間の偏差が決定され、前記偏差は、前記基準測定時の前記ライダーセンサー（１）の測距範囲と比較した前記ライダーセンサー（１）の前記測距範囲の変化に対応する
   ことを特徴とする、車両又はロボット用ライダーセンサー（１）の測距範囲の変化の決定方法。
2. 前記測距範囲は、前記信号対ノイズ比が所定の閾値に対応する距離（ｄ）として定義される
   ことを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記理論距離（ｄ＿１，ｄ＿２）の決定の際に、ライダー放射の経路に依存する減衰が前記走行モード計測で考慮される
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の方法。
4. 前記基準測定は、所定の時間後に再度行われる
   ことを特徴とする、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記基準ノイズレベル（Ｒ＿０）の決定の際に、前記ライダーセンサー（１）の固有ノイズ成分の変化が前記基準測定で考慮される
   ことを特徴とする、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記固有ノイズ成分の前記変化の前記考慮は、前記固有ノイズ成分から導かれるそれぞれの成分によって、前記基準目標（ＲＺ）における前記基準ノイズレベル（Ｒ＿０）及び前記信号対ノイズ比を補正することによって計算上行われる
   ことを特徴とする、請求項５記載の方法。
7. 前記ライダーセンサー（１）の受光機（３）が外部放射から遮蔽されている測定待機時間の間に、前記ライダーセンサー（１）内に配置された赤外線源（６）によって前記測定待機時間中に前記受光機（３）に基準赤外線信号（ＲＳ）を送信して暗相ノイズレベルを決定することにより、前記固有ノイズ成分が決定される
   ことを特徴とする、請求項５又は請求項６記載の方法。
8. 前記暗相ノイズレベルは、複数の暗相ノイズレベルの平均値として決定される
   ことを特徴とする、請求項７記載の方法。
9. 前記暗相ノイズレベルは、前記車両又は前記ロボットの前記走行モードの間に決定される
   ことを特徴とする、請求項７又は請求項８記載の方法。
10. 前記基準測定は、前記車両又は前記ロボットの生産終了時の最終点検として実施される
    ことを特徴とする、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の方法。

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