WO2020239381A2 - Vorrichtung und verfahren zur objekterkennung im unterbodenbereich eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur objekterkennung im unterbodenbereich eines kraftfahrzeugs Download PDF

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    • G01S7/411—Identification of targets based on measurements of radar reflectivity
    • G01S7/412—Identification of targets based on measurements of radar reflectivity based on a comparison between measured values and known or stored values

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for object recognition in
  • Ultrasonic sensor device for a motor vehicle is known, in which an ultrasonic signal is transmitted into a floor area below the motor vehicle and an ultrasonic signal is received from the floor area and by means of a control device based on the
  • the ultrasonic signal with a first ultrasonic sensor is the
  • Transmitted ultrasonic sensor device and the transmitted from the first ultrasonic sensor and reflected on a road surface in the ground area
  • Ultrasonic sensor received the ultrasonic signal detected the object.
  • the portion of the ultrasonic signal received by the second ultrasonic sensor is preferably stored after the motor vehicle has been parked and the portion of the from the second
  • Ultrasonic sensor received ultrasonic signal determined again at a later point in time and compared with the stored portion.
  • a similar method is known from DE 10 2017 111 931 A1, but instead of ultrasound optical signals are used to detect an object.
  • the device for object detection in the underbody area of a motor vehicle has a sensor system and an evaluation unit, the sensor system being designed as at least one radar sensor which is arranged on the motor vehicle in such a way as to emit and reflect radar radiation in the underbody area between the motor vehicle and the floor
  • the evaluation unit is designed to detect the movement of an object on the basis of a detected Doppler shift.
  • the device is thus possible, in particular, to detect living beings such as sleeping cats, because their breathing and heartbeat lead to a slight movement of the body, which can be detected as a Doppler shift.
  • classic objects e.g. a ball
  • the measurement should be carried out for a certain time in order to avoid the slow
  • the measurement does not yet provide any distance information, although the power of the radar sensor is preferably set in such a way that only objects a few meters further than the motor vehicle generate significant reflection signals, since a cat 20 m away is not a relevant object represents more.
  • the radar sensor is designed to work in FMCW or pulse mode.
  • a transit time can also be determined and a distance measurement can also be made.
  • the radar sensor is arranged on the underbody of the motor vehicle.
  • the radar sensor preferably has as large a radiation angle as possible in order to scan the underbody area as broadly as possible.
  • the radar sensor is designed to be retractable into the sub-floor.
  • it can be protected from damage while driving.
  • this is not mandatory, as it is another advantage over an ultrasonic sensor is that radar sensors are more flexible in terms of installation and can, for example, be installed behind radar-permeable parts.
  • the radar sensor is designed to be rotatable, so that complete scanning of the underbody area is facilitated. It can be provided that the radar sensor can be rotated through predetermined angular ranges and the
  • two radar sensors are provided, a first radar sensor being arranged in the front area of the underbody and a second radar sensor in the rear area of the underbody.
  • the front radar sensor shines to the rear, whereas the rear radar sensor shines to the front. In this way, too, full-surface scanning can easily be guaranteed.
  • the evaluation unit is designed in such a way, a
  • the evaluation unit can prevent the start of the journey and, if necessary, generate warning signals.
  • an acoustic or optical device can be installed to warn or scare away the object.
  • a user can be informed that the automated journey cannot be started due to an object.
  • the warnings described above can also be used in a conventional, manually operated motor vehicle.
  • the device has at least one further sensor system to detect objects in the underbody area and / or in the vicinity of the motor vehicle, the evaluation unit being designed to verify the data from the at least one radar sensor using the data from the further sensor system .
  • 1 shows a schematic representation of a device for object recognition in a first embodiment
  • 2 shows a schematic representation of a device for object recognition in a second embodiment.
  • a motor vehicle 1 is shown schematically in FIG. 1.
  • the motor vehicle 1 has a front side F and a rear side R. Furthermore, the motor vehicle 1 has tires 2 by means of which the motor vehicle 1 stands on a floor 3, so that an underbody area 5 is formed between an underbody 4 of the motor vehicle 1 and the floor 3.
  • the motor vehicle 1 has a device 6 for object recognition in the underbody area 5, which has a radar sensor 7 and an evaluation unit 8.
  • the radar sensor 7 is designed to be retractable and extendable in the sub-floor 4 and to be rotatable, which is indicated by the broken lines and the arrow.
  • the evaluation unit 8 is connected to a further control device 9.
  • Objects O, in particular animals, in the underbody area are intended to be detected by means of the device 6 in order to prevent injury to the objects O when the motor vehicle 1 starts up.
  • the radar sensor 7 is extended and emits radar beams
  • the radiation angle of the radar sensor 7 is as large as possible.
  • Radar sensor 7 detects the reflected radar radiation and transmits it to the
  • Evaluation unit 8 If the radar radiation hits a living object O, breathing and the heartbeat result in regular movement of the object O. This movement leads to a Doppler shift in the recorded radar signal, whereby the object O is on the radar -Sensor 7 moved too and sometimes moved away. This Doppler movement is recorded in the evaluation unit 8. If an object O is then detected, the
  • Control device 9 a warning device can be controlled to generate an acoustic horn signal. A motor vehicle driver can also be informed. Furthermore, the control device 9 can be designed to prevent the motor vehicle 1 from starting, which is important in particular in the case of motor vehicles 1 that drive automatically.
  • the radar sensor 7 is preferably designed to work in FMCW mode, as such
  • a radar image of the underbody area 5 can be recorded and stored as a reference. Before the motor vehicle 1 is started, the current radar image can then be compared with this reference.
  • data from further sensors 10 can be used, which are designed, for example, as ultrasonic sensors or cameras, in order to detect the immediate vehicle surroundings or also the underbody area 5.
  • FIG. 2 An alternative embodiment is shown in FIG. 2, which has two radar sensors 7, a first radar sensor 7 being arranged in the front area of the underbody 4 and a second radar sensor 7 in the rear area of the underbody 4.
  • the radar sensors 7 are preferably arranged in the center of the underbody 4 and arranged, for example, between the wheels 2 of an axle or even further forward or backward, in order to also detect objects O in front of the front wheels or behind the rear wheels. Otherwise, reference can be made in full to the explanations relating to FIG. 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (6) zur Objekterkennung im Unterbodenbereich (5) eines Kraftfahrzeuges (4), wobei die Vorrichtung (6) eine Sensorik und eine Auswerteeinheit (8) aufweist, wobei die Sensorik als mindestens ein Radar-Sensor (7) ausgebildet ist, der derart am Kraftfahrzeug (1) angeordnet ist, Radarstrahlung in den Unterbodenbereich (5) zwischen Kraftfahrzeug (1) und Boden (3) zu emittieren und reflektierte Radarstrahlung zu empfangen, wobei die Auswerteeinheit (8) derart ausgebildet ist, anhand einer erfassten Doppler- Verschiebung die Bewegung eines Objektes (O) zu erfassen.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Objekterkennung im Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Objekterkennung im
Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeuges.
Objekte im Unterbodenbereich zwischen Unterboden des Kraftfahrzeuges und dem Boden stellen beim Anfahren des Kraftfahrzeuges ein Problem dar, da je nach Beschaffenheit diese Objekte das Fahrzeug beschädigen können oder aber die Objekte verletzt oder getötet werden können, wenn es sich bei dem Objekt beispielsweise um ein Tier handelt. Vermehrt tritt dieses Problem bei automatisiert fahrenden Fahrzeugen auf.
Aus der DE 10 2017 111 932 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer
Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem ein Ultraschallsignal in einen Bodenbereich unterhalb des Kraftfahrzeuges ausgesendet wird und ein Ultraschallsignal aus dem Bodenbereich empfangen wird und mittels eines Steuergeräts anhand des
ausgesendeten und/oder des empfangenen Ultraschallsignals ein Objekt in dem Bodenbereich erkannt wird. Dabei wird das Ultraschallsignal mit einem ersten Ultraschallsensor der
Ultraschallsensorvorrichtung ausgesendet und das von dem ersten Ultraschallsensor ausgesendete und an einer Fahrbahnoberfläche in dem Bodenbereich reflektierte
Ultraschallsignal mit einem zweiten Ultraschallsensor der Ultraschallsensorvorrichtung empfangen. Mittels des Steuergeräts wird anhand eines Anteils des von dem zweiten
Ultraschallsensor empfangenen Ultraschallsignals das Objekt erkannt. Vorzugsweise wird der Anteil des von dem zweiten Ultraschallsensor empfangenen Ultraschallsignals nach einem Abstellen des Kraftfahrzeuges gespeichert und der Anteil des von dem zweiten
Ultraschallsensor empfangenen Ultraschallsignals zu einem späteren Zeitpunkt nochmals bestimmt und mit dem gespeicherten Anteil verglichen.
Aus der DE 10 2017 111 931 A1 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, wobei jedoch anstelle von Ultraschall optische Signale zur Erfassung eines Objektes verwendet werden.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine alternative Vorrichtung zur
Objekterkennung im Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeuges zu schaffen sowie ein geeignetes Verfahren zur Objekterkennung zur Verfügung zu stellen. Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu weist die Vorrichtung zur Objekterkennung im Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeuges eine Sensorik und eine Auswerteeinheit auf, wobei die Sensorik als mindestens ein Radar- Sensor ausgebildet ist, der derart am Kraftfahrzeug angeordnet ist, Radarstrahlung in den Unterbodenbereich zwischen Kraftfahrzeug und Boden zu emittieren und reflektierte
Radarstrahlung zu empfangen, wobei die Auswerteeinheit derart ausgebildet ist, anhand einer erfassten Doppler-Verschiebung die Bewegung eines Objektes zu erfassen. Mittels der
Vorrichtung ist somit möglich, insbesondere Lebewesen wie beispielsweise schlafende Katzen zu erfassen, da deren Atmung sowie Herzschlag zu einer leichten Bewegung des Körpers führen, die als Doppler-Verschiebung erfassbar ist. Selbstverständlich werden auch klassische Objekte (z.B. ein Ball) erfasst, wenn diese sich bewegen. Hier kommt der Vorteil von Radar gegenüber Ultraschall zum Tragen, der aufgrund der höheren Frequenz durch minimale Bewegungen zu einer messtechnisch leicht erfassbaren Doppler-Verschiebung führen, wobei die Messung jedoch eine gewisse Zeit durchgeführt werden sollte, um die langsame
pulsierende Bewegung sicher zu erfassen.
Bei einem CW-Radar liefert die Messung jedoch noch keine Abstandsinformation, wobei die Leistung des Radar-Sensors vorzugsweise jedoch derart eingestellt wird, das nur Objekte wenige Meter weiter als das Kraftfahrzeug noch signifikante Reflexionssignale erzeugen, da eine beispielsweise 20 m entfernte Katze kein relevantes Objekt mehr darstellt.
In einer Ausführungsform ist der Radar-Sensor derart ausgebildet, im FMCW- oder Pulsbetrieb zu arbeiten. Hierdurch kann neben der Doppler-Verschiebung auch noch eine Laufzeit bestimmt und auch eine Entfernungsmessung vorgenommen werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Radar-Sensor am Unterboden des Kraftfahrzeuges angeordnet. Vorzugsweise weist der Radar-Sensor einen möglichst großen Abstrahlwinkel auf, um so möglichst breitflächig den Unterbodenbereich abzutasten.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Radar-Sensor in den Unterboden einfahrbar ausgebildet. Somit kann dieser während der Fahrt vor Beschädigungen geschützt werden. Allerdings ist dies nicht zwingend, da ein weiterer Vorteil gegenüber einem Ultraschall-Sensor ist, dass Radar-Sensoren hinsichtlich des Einbaus flexibler sind und beispielsweise hinter radardurchlässigen Teilen verbaut werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Radar-Sensor rotierbar ausgebildet, so dass eine komplette Abtastung des Unterbodenbereichs erleichtert wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Radar-Sensor um vorbestimmte Winkelbereiche gedreht werden kann und die
Messungen aus diesen verschiedenen Winkelbereichen wiederholt werden.
Alternativ oder ergänzend sind zwei Radar-Sensoren vorgesehen, wobei ein erster Radar- Sensor im vorderen Bereich des Unterbodens und ein zweiter Radar-Sensor im hinteren Bereich des Unterbodens angeordnet ist. Dabei strahlt der vordere Radar-Sensor nach hinten, wohingegen der hintere Radar-Sensor nach vorne abstrahlt. Auch so kann eine vollflächige Abtastung einfach gewährleistet werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinheit derart ausgebildet, ein
Freigabesignal für einen automatisierten Fahrmodus zu generieren. Entsprechend kann die Auswerteeinheit bei Erfassung eines Objektes den Fahrtantritt verhindern und ggf. Warnsignale erzeugen. So kann beispielsweise eine akustische oder optische Einrichtung eingebaut werden, um das Objekt zu warnen bzw. zu verscheuchen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Nutzer informiert werden, dass aufgrund eines Objektes die automatisierte Fahrt nicht begonnen werden kann. Grundsätzlich können die zuvor beschriebenen Warnungen aber auch bei einem herkömmlichen manuell zu bedienenden Kraftfahrzeug zur Anwendung kommen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens eine weitere Sensorik auf, um Objekte im Unterbodenbereich und/oder im Umfeld des Kraftfahrzeuges zu erkennen, wobei die Auswerteeinheit derart ausgebildet ist, die Daten des mindestens einen Radar-Sensors mittels der Daten der weiteren Sensorik zu verifizieren.
Hinsichtlich der verfahrensmäßigen Ausgestaltung wird vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Objekterkennung in einer ersten Ausführungsform und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Objekterkennung in einer zweiten Ausführungsform.
In der Fig. 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Frontseite F und eine Rückseite R auf. Weiter weist das Kraftfahrzeug 1 Reifen 2 auf, mittels derer das Kraftfahrzeug 1 auf einem Boden 3 steht, sodass sich zwischen einem Unterboden 4 des Kraftfahrzeuges 1 und dem Boden 3 ein Unterbodenbereich 5 ausbildet. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Vorrichtung 6 zur Objekterkennung im Unterbodenbereich 5 auf, die einen Radar- Sensor 7 und eine Auswerteeinheit 8 aufweist. Der Radar-Sensor 7 ist dabei ein- und ausfahrbar in den Unterboden 4 sowie rotierbar ausgebildet, was durch die Strichelung sowie den Pfeil angedeutet ist. Die Auswerteeinheit 8 ist mit einem weiteren Steuergerät 9 verbunden.
Mittel der Vorrichtung 6 sollen Objekte O, insbesondere Tiere, im Unterbodenbereich erfasst werden, um so eine Verletzung der Objekte O beim Anfahren des Kraftfahrzeuges 1 zu verhindern.
Hierzu wird der Radar-Sensor 7 ausgefahren und emittiert Radarstrahlen, wobei der
Abstrahlwinkel des Radar-Sensors 7 möglichst groß ist. Durch die Rotation des Radar-Sensors
7 wird eine volle Erfassung des kompletten Unterbodenbereichs 5 sichergestellt. Der
Radarsensor 7 erfasst die reflektierte Radarstrahlung und übermittelt diese an die
Auswerteeinheit 8. Trifft die Radarstrahlung auf ein lebendes Objekt O, so kommt es aufgrund der Atmung sowie es Herzschlages zu einer regelmäßigen Bewegung des Objektes O. Diese Bewegung führt zu einer Doppler-Verschiebung im erfassten Radarsignal, wobei sich mal das Objekt O auf den Radar-Sensor 7 zu bewegt und mal wegbewegt. Diese Doppler-Bewegung wird in der Auswerteeinheit 8 erfasst. Wird dann ein Objekt O erfasst, kann mittels des
Steuergerätes 9 eine Warneinrichtung angesteuert werden, um ein akustisches Hupsignal zu erzeugen. Des Weiteren kann ein Kraftfahrzeugführer informiert werden. Des Weiteren kann das Steuergerät 9 derart ausgebildet sein, ein Anfahren des Kraftfahrzeuges 1 zu verhindern, was insbesondere bei automatisiert fahrenden Kraftfahrzeugen 1 wichtig ist. Vorzugsweise ist der Radar-Sensor 7 derart ausgebildet, im FMCW-Betrieb zu arbeiten, da so eine
Entfernungsinformation des Objektes O ermittelbar ist. Um die Ergebnisse der Auswerteeinheit
8 zu verifizieren, sind verschiedene Ansätze möglich, die auch kombiniert werden können. Einerseits kann beim Abstellen des Kraftfahrzeuges 1 ein Radarabbild des Unterbodenbereichs 5 erfasst werden und als Referenz abgespeichert werden. Vor dem Start des Kraftfahrzeuges 1 kann dann das aktuelle Radarabbild mit dieser Referenz verglichen werden. Alternativ oder ergänzend können Daten weiterer Sensoren 10 herangezogen werden, die beispielsweise als Ultraschall-Sensoren oder als Kameras ausgebildet sind, um das unmittelbare Fahrzeugumfeld oder auch den Unterbodenbereich 5 zu erfassen.
In der Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, die zwei Radar-Sensoren 7 aufweist, wobei ein erster Radar-Sensor 7 im vorderen Bereich des Unterbodens 4 und ein zweiter Radar-Sensor 7 im hinteren Bereich des Unterbodens 4 angeordnet ist. Die Radar- Sensoren 7 sind vorzugsweise mittig am Unterboden 4 angeordnet und beispielsweise zwischen den Rädern 2 einer Achse angeordnet oder sogar noch weiter nach vorn bzw. nach hinten versetzt angeordnet, um so auch Objekte O vor den Vorderrädern bzw. hinter den Hinterrädern zu erfassen. Ansonsten kann vollinhaltlich auf die Ausführungen zu Fig. 1 Bezug genommen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Objekterkennung im Unterbodenbereich (5) eines Kraftfahrzeuges (1), wobei die Vorrichtung (6) eine Sensorik und eine Auswerteeinheit (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensorik als mindestens ein Radar-Sensor (7) ausgebildet ist, der derart am
Kraftfahrzeug (1) angeordnet ist, Radarstrahlung in den Unterbodenbereich (5) zwischen Kraftfahrzeug (1) und Boden (3) zu emittieren und reflektierte Radarstrahlung zu empfangen, wobei die Auswerteeinheit (8) derart ausgebildet ist, anhand einer erfassten Doppler-Verschiebung die Bewegung eines Objektes (O) zu erfassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Radar-Sensor (7) derart ausgebildet ist, im FMCW- oder Puls-Betrieb zu arbeiten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radar-Sensor (7) am Unterboden (4) des Kraftfahrzeuges (1) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radar-Sensor (7) in den Unterboden (4) einfahrbar ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radar-Sensor (7) rotierbar ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Radar-Sensor (7) im vorderen Bereich des Unterbodens (4) und ein zweiter Radar-Sensor (7) im hinteren Bereich des Unterbodens (4) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (8) derart ausgebildet ist, ein Freigabesignal für einen automatisierten Fahrmodus zu generieren.
8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) mindestens eine weitere Sensorik (10) aufweist, wobei die
Auswerteeinheit (8) derart ausgebildet ist, die Daten des mindestens einen Radar- Sensors (7) mittels der Daten der weiteren Sensorik (10) zu verifizieren.
9. Verfahren zur Objekterkennung im Unterbodenbereich (5) eines Kraftfahrzeuges (1) mittels mindestens einer Sensorik und einer Auswerteeinheit (8), wobei die Sensorik als mindestens ein Radar-Sensor (7) ausgebildet ist, wobei der Radar-Sensor (7)
Radarstrahlung in den Unterbodenbereich (5) zwischen Kraftfahrzeug (1) und Boden (3) emittiert und die reflektierte Radarstrahlung empfängt, wobei die Auswerteeinheit (8) anhand einer Doppler-Verschiebung im empfangenen Radarsignal auf ein sich bewegendes oder ein lebendes Objekt (O) schließt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Radar-Sensor (7) im
FMCW- oder Puls-Betrieb arbeitet und so zusätzlich eine Entfernung des Objektes (O) ermittelt wird.
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