WO2004083892A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen eines objekts im umfeld eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts im Umfeld eines Kraftfahrzeugs mit einem das Umfeld in vorgegebenen Winkelschritten φi+l-φi (i=1, 2, . . . ,N) abtastenden Erfassungsmittel. Erfindungsgemäss werden bei Sensierung eines Reflexionssignals des Objekts unter einem Winkel φi die Winkelschritte im Winkelbereich zwischen den benachbarten Winkeln φi-1 und φi+l in Abhängigkeit von den Signallaufzeiten ti-1, ti und ti+l der unter den Winkeln φi-1, φi und φi+l sensierten Reflexionssignale verfeinert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen eines Objekts im Umfeld eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen eines Objekts im Umfeld eines Kraftfahrzeugs mit einem das Umfeld in vorgegebenen Winkelschritten abtastenden Erfassungsmittel .

Aus der DE 101 16 277 AI ist eine Einrichtung zum Erkennen von Objekten im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem abtastenden Erf ssungsmittel, insbesondere einem Laser, bekannt, wobei relativ zum Fahrzeug sich bewegende Objekte im Hinblick auf Objektgröße, Reflexionsgrad, Geschwindigkeit und Beschleunigung klassifiziert werden. Aus einer Unterkombination dieser Bewertungsgrößen wird eine zuordnende Identifikation des Objektes, beispielsweise als Personenkraftwagen, als Lastkraftwagen, als Motorrad, als Fahrrad oder als Fußgänger, vorgenommen.

Außerdem wird in der DE 195 03 960 AI eine Objekterkennungs- vorrichtung für Fahrzeuge mit einem Laser zum Ausstrahlen von Licht und einer Lichtempfangseinrichtung zum Empfangen des von einem Objekt reflektierten Lichts beschrieben (Laserscanner) . Der gepulste Laser tastet ein Umfeld mit einer vorgegebenen Anzahl von Schritten ab, beispielsweise mit einer Anzahl von 100 Schritten, wobei der Abstand und die Geschwindigkeit des Objekts in Recheneinrichtungen bestimmt werden. Eine Hindernis-Identifizierungseinrichtung identifiziert auf Basis eines Verteilungsmusters der empfangenen Lichtintensität das erfasste Objekt.

Als nachteilig bei den bekannten Radarvorrichtungen wird seitens der Anmelderin erachtet, dass die Auflösung der verwendeten Laserscanner im Betriebsmodus in vielen Anwendungsfällen nicht ausreichend ist um die Ausdehnung eines zu erfassenden Objekts mit Sicherheit bestimmen zu können.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Erfassen eines Objekts im Umfeld eines Kraftfahrzeugs mit einem das Umfeld in vorgegebenen Winkel- schritten abtastenden Erfassungsmittel anzugeben. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts im Umfeld eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß werden bei Sensierung eines Reflexionssignals eines Objekts unter einem Winkel φi (i=l , 2 , ... ,N) die Winkelschritte im Winkelbereich zwischen den benachbarten Winkeln φi-1 und φi+1 in Abhängigkeit von den Signallaufzeiten ti-1, ti und ti+1 der unter den Winkeln φi-1, φi und φi+1 sensier- ten Reflexionssignale verfeinert. Zum Erfassen des Objekts im Umfeld eines Kraftfahrzeugs wird ein das Umfeld in vorgegebenen Winkelschritten φi+l-φi abtastendes Erfassungsmittel verwendet. Bei vielen Assistenz- und Sicherheitsfunktionen im Fahrzeug ist es unverzichtbar, die genauen Ausmaße der sich im Umfeld befindlichen Objekte zu kennen. Mit dem Verfahren ist eine sehr genaue Bestimmung der Ausmaße eines Objekts, beispielsweise eines Verkehrsteilnehmers, gewährleistet, wo- durch beispielsweise eine Zuordnung in Klassen wie Fußgänger, Zweirad, Personenkraftwagen und Lastkraftwagen zuverlässig erfolgen kann. Jede dieser Klassen zeichnet sich durch ein spezifisches Beschleunigungsverhalten und Bewegungsmuster im Straßenverkehr aus. Eine gezielte und sichere Reaktion auf eine aktuelle Verkehrssituation wird durch das Verfahren ermöglicht .

In einer Ausgestaltung wird wenigstens ein zusätzlich zu sen- sierender Winkel φz (z=l, 2 , ... ,N) im Winkelbereich zwischen den Winkeln φi-1 und φi bzw. φi und φi+1 eingefügt, wenn die absolute Laufzeitdifferenz zwischen den Signallaufzeiten ti und ti-1 bzw. ti und ti+1 der Reflexionssignale einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Der vorgegebene Schwellwert für die absolute Laufzeitdifferenz wird so gewählt, däss markante Objektmerkmale (beispielsweise Lampen oder ein Kühlergrill bei einem Fahrzeug) zu messbaren Laufzeitdifferenzen zwischen benachbarten Reflexionssignalen führen, die unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts für die absolute Laufzeit- differenz liegen. Absolute Laufzeitdifferenzen zwischen den Signallaufzeiten ti und ti-1 bzw. ti und ti+1 benachbarter Reflexionssignale oberhalb des vorgegebenen Schwellwerts sind ein eindeutiger Hinweis für auffällige geometrische Veränderungen, welche insbesondere Objektbegrenzungen (beispielsweise der vorderen rechten Ecke des Fahrzeugs) zugeordnet werden können. Mit Einführung zusätzlich zu sensierender Winkel φz im Winkelbereich zwischen den Winkeln φi-1 und φi bzw. φi und φi+1 können Objektbegrenzungen wesentlich genauer bestimmt werden. Das Verfahren, nämlich das Einfügen weiterer zusätzlich zu sensierender Winkel φiz, wird solange fortgeführt, bis eine zuverlässige Erfassung der Größe und eine Klassifizierung des Objekts gewährleistet ist. Es ist von Vorteil, wenn die Abtastung (im Sinne von „Scannung") im Wesentlichen horizontal, vertikal und/oder unter einem vorgegebenen Neigungswinkel erfolgt. Mit einer vertikalen oder unter einem vorgegebenen Neigungswinkel durchgeführten Abtastung kann beispielsweise das Vorhandensein und die Lage eines Rand- oder Bordsteins erkannt werden. Dadurch kann ein Auffahren auf den Randstein verhindert oder reifenschonend ausgeführt werden. Die Position und Ausrichtung des Randsteins kann auch für die Wahl einer Fahrzeugsollposition in einer Parklücke herangezogen werden. Zusätzlich kann die Kenntnis der Lage eines Randsteins zum Auffinden von vakanten Parklücken verwendet werden, die nicht durch zwei Fahrzeuge gegeben oder begrenzt sind, sondern vor, hinter oder neben einem einzelnen Fahrzeug liegen und anderseitig durch Randsteine begrenzt sind.

Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Erfassen eines Objekts im Umfeld eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.

Erfindungsgemäß sind die abzutastenden Winkel φi mit der Vorrichtung individuell einstellbar. Dadurch wird eine kostengünstige Sensorik zum Erfassen eines Objekts im Umfeld eines Kraftfahrzeugs mit einem oder einer sehr begrenzten Anzahl von Messstrahlen zur Verfügung gestellt, die kompakt und durch eine geringe Einbautiefe vielerorts im Fahrzeug positionierbar ist .

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der einzigen Figur näher erläutert, wobei die Figur einen Ausschnitt eines Objekts im Umfeld eines Kraftfahrzeugs in einer Draufsicht in schematischer Darstellung zeigt. Ein in der Figur in einem Ausschnitt dargestelltes Objekt 1 befindet sich im Umfeld eines nicht weiter veranschaulichten Kraftfahrzeugs mit einem das Umfeld in vorgegebenen Winkel- schritten abtastenden Erfassungsmittel zum Erfassen des Objekts 1. Die Anzahl der Winkelschritte hängt von der geforderten Auflösungsgenauigkeit ab. Das Objekt 1 weist in einem Oberflächenprofil 2 eine Ecke 4 und eine Auswuchtung 5 auf. Bei einem Kraftfahrzeug als Objekt 1 könnte die Ecke 4 beispielsweise eine vordere seitliche Begrenzung und die Auswuchtung 5 ein Scheinwerfer sein. Bei dem Objekt 1 kann es sich um bewegliche Verkehrsteilnehmer oder um fest positionierte Einrichtungen des Straßenverkehrs handeln. Als bewegliche Verkehrsteilnehmer kommen beispielsweise Fußgänger, Zweiräder, Personenkraftwagen und Lastkraftwagen in Betracht. Als fest positionierte Einrichtungen sind insbesondere Straßenschilder und Fahrbahnmarkierungen, beispielsweise Randsteine, zu nennen.

Das abtastende Erfassungsmittel umfasst einen distanzgebenden Sensor, wobei die abzutastenden Winkel φi (i=l, 2 , 3...N) individuell einstellbar sind und die räumlich begrenzte Messrichtung des Sensors durch einen Pfeil 3 angegeben ist. Die Abtastung erfolgt in dieser Anwendung im Wesentlichen horizontal, d.h. parallel zu einer Fahrbahnoberfläche. Zum besseren Verständnis des Ausführungsbeispiels ist als Reflexionssignal 6 bis 13 der zum Reflexionssignal 6 bis 13 gehörige emittierte Strahl des Sensors in der Figur dargestellt . Zur weiteren Vereinfachung sind die Reflexionssignale 6 bis 13, welche unter den Winkeln φ6, φ7 bis φl3 vom abtastenden Erfassungsmittel erfasst werden, als parallele Strahlen dargestellt.

Die Reflexionssignale 7, 8, 9, 11 werden von einer dem Fahrzeug zugewandten ebenen Fläche 14 des Oberflächenprofils 2 des Objekts 1 reflektiert. Die ebene Fläche 14 des Objekts 1 nimmt den größten Teil der dem Kraftfahrzeug zugewandten und vom Laser des Kraftfahrzeugs erfassbaren Ansicht des Objekts 1 ein.

Bei einem Verfahren zum Erfassen des Objekts 1 im Umfeld des Kraftfahrzeugs werden bei Sensierung von Reflexionssignalen 6 bis 11 unter den jeweiligen Winkeln φ6 bis φll die Winkelschritte im Winkelbereich zwischen benachbarten Winkeln φ6 bis φll in Abhängigkeit von den Signallaufzeiten t6 bis tll der sensierten Reflexionssignale 6 bis 11 verfeinert. Wenn die absolute Laufzeitdifferenz zwischen den Signallaufzeiten t6 bis tll zweier jeweils benachbarter Reflexionssignale 6 bis 11 einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wird wenigstens ein zusätzlich zu sensierender Winkel φl2 im Winkelbereich zwischen diesen jeweils benachbarten Reflexionssignalen 6 bis 11 eingefügt.

Dem vorgegebenen Schwellwert der absoluten Laufzeitdifferenz entspricht ein Schwellwert der Wegdifferenz für die Reflexionssignale 6 bis 13, da sich die Reflexionssignale 6 bis 13 jeweils mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Die Wegdifferenz ist als Wegdifferenzfenster 15 relativ zu den Reflexionssignalen 7, 8, 9 und 11 in die Figur eingetragen. Für eine vereinfachte Darstellung wurde das Wegdifferenzfenster 15, das für alle Reflexionssignale 6 bis 13 gleich groß ist, nicht für die Reflexionssignale 6, 10, 12 und 13 in die Figur eingetragen. Der Schwellwert der absoluten Laufzeitdifferenz und dementsprechend das Wegdifferenzfenster 15 wird so groß gewählt, dass bei einer Abweichung in der Wegdifferenz zwischen zwei benachbarten Reflexionssignalen 6 bis 13 die größer als das Wegdifferenzfenster 15 ist, davon ausgegangen werden kann, dass nicht beide Reflexionssignale zum Objekt 1 gehören. Detailliert wird das Verfahren im Nachfolgenden beschrieben. In einem ersten Abtastlauf des Objekts 1 mit den Reflexionssignalen 6 bis 11, beispielsweise in einer Abtastung mit konstanten Winkelschritten, wird das Objekt 1 mit den Reflexionssignalen 7 bis 11 erfasst. Die Reflexionssignale 7 bis 11 werden vom Objekt 1 reflektiert und vom abtastenden Erfassungsmittel des Kraftfahrzeugs erfasst, währenddessen das Reflexionssignal 6 nicht auf das Objekt 1 trifft und an ihm seitlich vorbeiläuft. Mit dem ersten Abtastlauf werden im Regelfall die Ausmaße, bei einer horizontalen Abtastung die Breite, des Objekts 1 nicht genau genug erfasst, um das Objekt 1 eindeutig klassifizieren zu können. Ein konkretes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs als Reaktion auf das Vorhandensein des Objekts 1 kann aus den Ergebnissen der ersten Abtastung im Regelfall nicht abgeschätzt oder abgeleitet werden.

Um die Breite des Objekts 1 genauer zu erfassen, werden für einen zweiten Abtastlauf des Objekts 1 die Signallaufzeiten t6 bis tll der Reflexionssignale 6 bis 11 ausgewertet. Für jedes Paar von unmittelbar benachbarten Reflexionssignalen 6 bis 11 wird die absolute Laufzeitdifferenz ihrer Signallaufzeiten t6 bis tll berechnet und mit dem vorgegebenen Schwell- wert für die absolute Laufzeitdifferenz verglichen. Die absolute Laufzeitdifferenz unmittelbar benachbarter Reflexionssignale 6 bis 11 kann größer oder kleiner als der vorgegebene Schwellwert für die absolute Laufzeitdifferenz sein. Entsprechend gilt für die Wegdifferenz zweier unmittelbar benachbarter Reflexionssignale 6 bis 11, daß diese für eine absolute Laufzeitdifferenz kleiner als dem vorgegebenen Schwellwert innerhalb des entsprechenden Wegdifferenzfenster 15 liegt. Die benachbarten Reflexionssignale 6 und 7 weisen eine absolute Laufzeitdifferenz auf, die größer als der vorgegebene Schwellwert für die absolute Laufzeitdifferenz ist. Alle an- deren Reflexionssignale 8 bis 11 weisen zu ihren jeweils benachbarten Reflexionssignalen 7 bis 11 eine absolute Laufzeitdifferenz auf, die kleiner als der vorgeschriebene Schwellwert für die absolute Laufzeitdifferenz ist. Aufgrund der geeigneten Wahl des Schwellwerts für die absolute Laufzeitdifferenz wird auch die Auswuchtung 5 als zum Objekt 1 zugehörig erkannt .

Für eine genaue Bestimmung der seitlichen Begrenzung des Objekts 1 im Bereich der Ecke 4 während des zweiten Abtastlaufs wird im Winkelbereich zwischen den Winkeln φ6 und φ7, unter welchen die Reflexionssignale 6 und 7 empfangen werden, wenigstens ein weiteres Reflexionssignal 12 (zur Unterscheidung als gestrichelter Pfeil dargestellt) unter einem Winkel φl2 generiert. Der Winkelbereich zwischen den Winkeln φ6 und φ7 wird dadurch während des zweiten Abtastlaufs mit einer größeren Auflösung als während des ersten Abtastlaufs abgetastet, um die Begrenzung des Objekts 1 genauer zu bestimmen. Es können aber auch für den zweiten Abtastlauf mehrere zu sensie- rende Winkel zusätzlich in den Winkelbereich eingefügt werden. Der zusätzlich zu sensierende Winkel φl2 kann in einem IntervallSchachtelungsverfahren, beispielsweise durch Halbierung des Winkelbereichs zwischen den Winkeln φ6 und φ7, oder in einem Iterationsverfahren mit einer geeigneten Wichtung bestimmt werden. Das Reflexionssignal 12 wird ebenfalls vom Objekt 1 reflektiert und definiert deutlich besser die Abgrenzung des Objekts 1 als das Reflexionssignal 7.

Ist die gewünschte Auflösung für die Breite des Objekts 1 nach dem zweiten Abtastlauf immer noch nicht ausreichend, wird das Verfahren fortgesetzt. Für jedes Paar von unmittelbar benachbarten Reflexionssignalen 6 bis 12 wird wiederum die absolute Laufzeitdifferenz ihrer Signallaufzeiten t6 bis tl2 berechnet und mit dem vorgegebenen Schwellwert für die absolute Laufzeitdifferenz verglichen. Die Reflexionssignale 6 und 12 weisen eine absolute Laufzeitdifferenz auf, die größer als der vorgegebene Schwellwert für die absolute Laufzeitdifferenz ist. In einem weiteren Abtastlauf wird daher in den Winkelbereich zwischen den Reflexionssignalen 6 und 12 ein Reflexionssignal 13 (zur Unterscheidung als gepunkteter Pfeil dargestellt) unter einem Winkel φl3 generiert. Das Reflexionssignal 13 wird nicht vom Objekt 1 reflektiert. Das Verfahren zum Erfassen des Objekts 1 im Umfeld des Kraftfahrzeugs kann solange fortgeführt werden, bis eine zuverlässige Erfassung des Objekts 1 durch eine ausreichend genaue Bestimmung der Ausmaße gewährleistet ist.

Die Abtastung wird in diesem Ausführungsbeispiel horizontal durchgeführt. Sie kann aber auch vertikal oder unter einem vorgegebenen Neigungswinkel erfolgen. Mit einer vertikalen Abtastung kann neben der Höhe des Objekts 1 auch das Vorhandensein und die Höhe von Randsteinen als Straßenbegrenzung erfasst werden. Randsteine besitzen zwei scharfe Kanten (jeweils eine Kante auf Straßen- und auf Bürgersteigniveau) und eine Randsteinwand senkrecht zur Straßenoberfläche. Dadurch sind Randsteine sowohl in ihrer Lage als auch in ihrer Höhe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr gut zu erfassen.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Erfassen eines Objekts (1) im Umfeld eines Kraftfahrzeugs mit einem das Umfeld in vorgegebenen Winkelschritten φi+l-φi (i=l, 2 , ... ,N) abtastenden Erfassungsmittel, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei Sensierung eines Reflexionssignals (6 bis 11) des Objekts (1) unter einem Winkel φi die Winkelschritte im Winkelbereich zwischen den benachbarten Winkeln φi-1 und φi+1 in Abhängigkeit von den Signallaufzeiten ti-1, ti und ti+1 der unter den Winkeln φi-1, φi und φi+1 sen- sierten Reflexionssignale (6 bis 11) verfeinert werden.

Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens ein zusätzlich zu sensierender Winkel φz (z=l,

2, ... ,N) im Winkelbereich zwischen den Winkeln φi-1 und φi bzw. φi und φi+1 eingefügt wird, wenn die absolute Laufzeitdifferenz zwischen den Signallaufzeiten ti und ti-1 bzw. ti und ti+1 der Reflexionssignale (6 bis 11) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verfahren solange fortgeführt wird, bis eine zuverlässige Erfassung des Objekts gewährleistet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der zusätzlich zu sensierender Winkel φz in einem

IntervallSchachtelungsverfahren bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der zusätzlich zu sensierender Winkel φz in einem Iterationsverfahren mit einer geeigneten Wichtung bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abtastung im Wesentlichen horizontal erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abtastung im Wesentlichen vertikal erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abtastung unter einem vorgegebenen Neigungswinkel erfolgt . Vorrichtung zum Erfassen eines Objekts (1) im Umfeld eines Kraftfahrzeugs zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Winkelschritte im Winkelbereich zwischen benachbarten Winkeln φi-1 und φi in Abhängigkeit von den Signallaufzeiten ti-1 und ti der unter den Winkeln φi-1 und φi sensierten Reflexionssignale (6 bis 11) einstellbar sind.