WO2022167362A1 - Erkennung einer helligkeitsänderung in der umgebung eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting an abrupt change in brightness in the area surrounding a motor vehicle, light from the area being detected by means of an optical detector and a detector signal being generated as a function of the detected light.
  • the invention also relates to a corresponding environment sensor system for a motor vehicle and a computer program product.
  • the document DE 10 2012 021 830 A1 describes a laser scanner for a motor vehicle that uses an avalanche photodetector as the optical detector.
  • a control device can regulate an electrical bias voltage of the avalanche photodetector during operation in such a way that the level of the noise remains constant. In this way it can be achieved that the laser scanner has the highest possible detector sensitivity under different environmental conditions.
  • the improved concept is based on the idea of determining the rate of change of the detector sensitivity and, depending on this, determining the presence of the abrupt change in brightness.
  • a method for detecting a change in brightness, in particular an abrupt change in brightness, in the surroundings of a motor vehicle is specified.
  • light from the environment is detected by means of an optical detector, in particular of the motor vehicle, or an environment sensor system of the motor vehicle, and a detector signal is generated as a function of the detected light.
  • a detector sensitivity of the detector is adjusted by means of a control unit, in particular of the environment sensor system, as a function of the detector signal, and a rate of change of the detector sensitivity is determined by means of the control unit.
  • the presence of the abrupt change in brightness as a function of the rate of change is determined by means of the control unit.
  • the determination of the abrupt change in brightness can include, for example, the control unit generating at least one output signal which indicates whether or not the change in brightness has taken place.
  • the at least one output signal can also indicate whether the change in brightness corresponds to a change from a dark to a light environment or vice versa.
  • An environment sensor system can generally be understood to mean a sensor system that is able to generate sensor data or sensor signals that depict, represent or reproduce an environment of the environment sensor system.
  • cameras, radar systems, lidar systems or ultrasonic sensor systems for example, can therefore be understood as environment sensor systems.
  • an optical detector is used.
  • Optical surroundings sensor systems are therefore possible as surroundings sensor systems, in particular lidar systems such as laser scanners.
  • the term “light” can be understood in such a way that it includes electromagnetic waves in the visible range, in the infrared range and/or in the ultraviolet range. Accordingly, the term “optical” can also be understood as referring to light according to this understanding.
  • the light which is detected from the environment by means of the optical detector is preferably infrared light, ie the optical detector is designed as an infrared-sensitive optical detector.
  • the light from the surroundings of the motor vehicle and thus the surroundings sensor system and the optical detector falls from the surroundings onto an active optical surface of the optical detector, so that it can be detected by the optical detector.
  • the detector signal can, for example, be proportional to the radiant power that impinges on the active optical surface.
  • the optical detector can be designed as a photodiode, in particular as an avalanche photodiode, also referred to as an APD. If the APD is operated in the reverse direction below its breakdown voltage, it represents an optical detector which has an output voltage proportional to the radiation power.
  • the detector signal is therefore generally a time-dependent signal. Accordingly, detector sensitivity, and ultimately the rate of change in detector sensitivity, can also be time dependent.
  • the detector sensitivity can be set as a function of the detector signal be designed differently.
  • the setting can be designed as a control or regulation.
  • the control unit can also have regulation functionality, that is to say represent or contain a regulation unit.
  • the adjustment can therefore include a regulation, for example in order to keep a noise level, a signal-to-noise ratio, SNR, or the like constant or within a certain predefined range.
  • the control unit can contain one or more sub-units, which may be spatially separate from one another.
  • part of the control unit can be implemented in an electronic control unit of the motor vehicle and another part of the control unit can be part of the surroundings sensor system.
  • the detector sensitivity is adjusted as a function of the detector signal and the detector signal in turn depends on the detected light, the detector sensitivity and thus the rate of change of the detector sensitivity are also dependent on the radiant power received from the environment by means of the optical detector. Accordingly, the rate of change in detector sensitivity indirectly represents a measure of the rate of change in ambient brightness.
  • an abrupt change in brightness for example, when the magnitude of the rate of change is greater than or equal to a predetermined limit value. For example, by comparing the rate of change or the amount of the rate of change with one or more such limit values, it can be determined whether or not there is an abrupt change in brightness defined in this way.
  • the sign of the rate of change also makes it possible to determine whether the brightness change takes place from a dark environment to a light environment, e.g. corresponds to exiting a tunnel, or from a light environment to a dark environment, e.g. corresponds to entering the tunnel .
  • component-dependent fluctuations can be partially compensated for by focusing on the rate of change of the detector sensitivity and not directly on the detector sensitivity.
  • the rate of change in detector sensitivity provides a more universal measure of change in ambient brightness than the absolute value of detector sensitivity.
  • the detector sensitivity can increase sharply, for example, to keep the SNR at a sufficiently high value and, depending on the design of the optical detector and the environment sensor system, reach a saturation value. The increase in detector sensitivity takes place within a number of seconds, for example.
  • the associated increase in the rate of change can already be seen after a shorter time, so that by taking into account the rate of change for determining the abrupt change in brightness, the presence of the abrupt change in brightness can be concluded more quickly than would be the case with the analysis of the detector sensitivity itself or the detector signal itself .
  • the rate of change is compared by the control unit in at least one comparison with at least one predefined limit value and the presence of the abrupt change in brightness is determined as a function of at least one result of the at least one comparison.
  • the rate of change can be compared in a first comparison using the control unit with a predefined positive first limit value and the presence of the abrupt change in brightness can be determined as a function of a result of the first comparison.
  • the rate of change can be compared in a second comparison by means of the control unit with a predetermined negative second limit value and the presence of the abrupt change in brightness can be determined depending on a result of the second comparison.
  • the presence of the abrupt change in brightness can be concluded if the rate of change is greater than or equal to the positive first limit value or if the rate of change is less than or equal to the negative second limit value.
  • the lower the ambient brightness the greater the detector sensitivity can be set in a specific value range. If the rate of change of the detector sensitivity is then greater than or equal to the first limit value, the detected change in brightness corresponds to a change from a bright environment to a dark environment. Conversely, the brightness change correspond to a change from a dark environment to a light environment if the rate of change is less than or equal to the negative second threshold.
  • the respective absolute values of the first and second limit values can be the same or different from one another.
  • the abrupt change in brightness is classified by the control unit as the motor vehicle entering a tunnel, depending on the result of the first comparison.
  • the abrupt change in brightness is classified by the control unit as entering a tunnel if, according to the first comparison, it is established that the rate of change is greater than or equal to the first limit value.
  • the abrupt change in brightness is classified by the control unit depending on the result of the second comparison as the motor vehicle exiting a tunnel.
  • the abrupt change in brightness is classified by the control unit as the motor vehicle exiting the tunnel if the rate of change according to the second comparison is less than or equal to the second limit value.
  • the output signal can be set accordingly or a corresponding flag can be set or the like.
  • an actual value for a parameter that relates to noise of the optical detector is determined by the control unit as a function of the detector signal, and the detector sensitivity is set, in particular by means of the control unit, as a function of the actual value, for example within the limits a regulation of the parameter.
  • the parameter relating to the noise of the optical detector can be regulated, for example, to a predetermined target value or target range in order to set the detector sensitivity.
  • the detector sensitivity depends on a manipulated variable for the regulation or corresponds to the manipulated variable. In other words, the detector sensitivity can be equal to the manipulated variable, the detector sensitivity can be a function of the manipulated variable, or the manipulated variable can be a function of the detector sensitivity.
  • the optical detector can contain a photodiode that can be operated in the reverse direction, for example an APD, and the manipulated variable can correspond to the blocking voltage or bias voltage for operating the photodiode in the reverse direction.
  • a photodiode that can be operated in the reverse direction
  • the manipulated variable can correspond to the blocking voltage or bias voltage for operating the photodiode in the reverse direction.
  • the parameter for setting the detector sensitivity is taken into account, it can be ensured in particular that the parameter, ie for example the SNR, is always at a desired value or in a desired range.
  • the characteristic value for the noise which can also be referred to as the noise level, can in principle be measured in any way.
  • the detector signal can be converted into a digital detector signal by means of an analog/digital converter, and the characteristic value can be measured on the basis of the digital detector signal.
  • the detector signal or the digital detector signal can be compared with one or more predefined threshold values, for example.
  • the control unit can then be used to determine how often the detector signal or the digital detector signal exceeds the threshold value or values within a predetermined period of time. These measurements can be carried out, for example, when it can be ruled out that light is incident on the optical detector, so that the influence of a dark current can be taken into account.
  • the number of times the threshold value is exceeded can also be determined for phases during which ambient light is detected by the optical detector, but no light that was emitted by the surroundings sensor system itself. Further details on the measurement of the noise characteristic can be found in the prior art document mentioned in the opening paragraph.
  • an angle of incidence of the detected light is determined, in particular by means of the control unit.
  • the rate of change of the detector sensitivity is not taken into account by the control unit in determining the presence of the abrupt change in brightness if the angle of incidence is within a predetermined angular range.
  • the angle of incidence can correspond to a horizontal angle of incidence, for example.
  • the angle of incidence can correspond, for example, to an angle in the xy plane, for example an azimuthal angle or, in other words, an angle that the incident light makes with the x-axis includes, wherein the x-axis is oriented parallel to a longitudinal axis of the motor vehicle.
  • the angle of incidence can be inferred, for example, via a current position of a deflection device for deflecting or deflecting the emitted and/or received laser pulses.
  • certain time periods are disregarded, for example.
  • Such specific embodiments prevent external interference, for example other motor vehicles driving ahead or oncoming, or their lighting, from affecting the reliability of the detection of the abrupt change in brightness.
  • This can be achieved in particular by selecting the predefined angular range, which is accordingly not taken into account, around the direction of travel or around the x-axis of the sensor coordinate system.
  • the control unit can still set the detector sensitivity as a function of the detector signal.
  • the angular range includes an interval [ -Wo , Wo], where Wo is a positive value for the angle of incidence and zero angle of incidence corresponds to light propagating in the opposite direction to a direction of travel of the motor vehicle.
  • the angular range is not necessarily identical to the interval [ ⁇ W o , W o ] and can in particular be larger than the interval and can also be asymmetrical if necessary.
  • the angular range is given by the interval [-W o - Di, W o + D 2 ], where Di and D 2 are both positive. Di and D 2 can be the same or different from one another.
  • an area of interest is defined that lies outside the specified angular range.
  • the area of interest corresponds to this in particular the part of the field of view of the environment sensor system or of the optical detector that does not overlap with the predetermined angular range.
  • the abrupt change in brightness when driving into or out of the tunnel becomes noticeable in a reliable manner, since, for example, light from other oncoming motor vehicles is not taken into account.
  • a disruptive influence of lighting devices on the ceiling of the tunnel can also be reduced by the selection of the area of interest.
  • an environment sensor system for a motor vehicle having an optical detector which is set up to detect light from an environment of the environment sensor system, in particular the motor vehicle, and to generate a detector signal based on the detected light.
  • the environment sensor system also has a control unit that is set up to set a detector sensitivity of the detector as a function of the detector signal.
  • the control unit is set up to determine a rate of change in the detector sensitivity and to determine the presence of an abrupt change in brightness as a function of the rate of change.
  • the environment sensor system is designed as a lidar system, in particular as a laser scanner.
  • the lidar system represents an active optical sensor system that has a transmission unit with a light source, in particular for the transmission of light or light pulses.
  • the light source can be designed in particular as a laser diode, for example as an infrared laser diode.
  • the lidar system has a receiving unit that contains the optical detector and optionally one or more further optical detectors. The optical detector is set up and designed to detect reflected portions of the emitted light.
  • the light can contain infrared light, for example with a wavelength of 905 nm, approximately 905 nm, 1200 nm or approximately 1200 nm.
  • the wavelength information can in each case designate a wavelength range with a broader distribution, which is typical for the corresponding light source.
  • the light source can be a laser light source, for example.
  • the wavelengths mentioned can correspond, for example, to peak wavelengths of the laser spectrum.
  • the lidar system can contain a deflection device, for example, which can contain a movable or rotatably mounted mirror, for example. Light pulses generated by the transmission unit can be deflected in a controlled manner by means of the deflection device.
  • the deflection device can have a mirror element that can be tilted and/or pivoted about one or about two axes for deflecting the light in the transmission plane.
  • the mirror element can be configured as a microelectromechanical system, MEMS, for example.
  • the longitudinal axis of the lidar system which defines an x-axis of the sensor coordinate system, for example, corresponds to an emission direction of the light beams at an emission angle of 0 degrees, ie for example when the deflection device is in a neutral position.
  • the deflection device can assume positions that deviate from the neutral position in order to deflect the light pulses so that the light pulses emerge from the sensor system within the transmission plane.
  • a transverse axis of the lidar system which, for example, defines a y-axis of the sensor coordinate system, lies within the transmission plane and is, for example, perpendicular to the longitudinal axis, which by design also lies within the transmission plane.
  • a normal axis of the lidar system is perpendicular to the longitudinal axis and to the transverse axis of the lidar system.
  • the normal axis of the lidar system defines a z-axis of the sensor coordinate system.
  • a viewing direction or transmission direction of the lidar system when the deflection device is in the neutral position is equal to the x-axis of the sensor coordinate system.
  • the transmit plane is given by the x-y plane of the sensor coordinate system.
  • the lidar system can emit the light with different emission angles within the transmission plane.
  • a longitudinal axis of the motor vehicle which in particular defines an x-axis of a vehicle coordinate system, is given, for example, by a direction of travel of the motor vehicle when a steering system of the motor vehicle is in the neutral position or at a steering angle, in particular a wheel angle or a steering wheel angle, of the motor vehicle of 0 degrees.
  • a transverse axis of the motor vehicle is perpendicular to the longitudinal axis of the motor vehicle and lies in a plane that is parallel to the roadway or parallel to a plane within which Support points of the wheels of the motor vehicle are on the road.
  • the transverse axis defines a y-axis of the vehicle coordinate system.
  • a normal axis of the motor vehicle which in particular defines a z-axis of the vehicle coordinate system, is perpendicular to the longitudinal axis and the transverse axis of the motor vehicle.
  • the coordinate axes of the sensor coordinate system can deviate from those of the vehicle coordinate system.
  • the axes of the sensor coordinate system are parallel to the axes of the vehicle coordinate system. If necessary, this can be effectively ensured by a corresponding calibration of the lidar system.
  • a distance measurement can be carried out by determining the light propagation time of a light pulse which is emitted, reflected in the area surrounding the lidar system and detected by the optical detector.
  • a direction of incidence of the detected light can be determined in particular from a position and/or orientation of the optical detector within the lidar system and a current position of the deflection device, in particular a rotational position of the mirror.
  • the rotational position of the mirror can be detected, for example, by means of a rotary encoder that is coupled to a shaft that rotates about the axis of rotation of the mirror together with the mirror.
  • the deflection device can be used, for example, not only to deflect the emitted light pulse within the transmission plane, but also to deflect the reflected light pulse in such a way that it is directed onto the optical detector.
  • the position of the optical detector defines a vertical angle of incidence or polar angle, and the position of the deflection device defines a horizontal angle of incidence or azimuthal angle.
  • a further deflection device can be provided, which is designed analogously to the deflection device, for example, in order to deflect the reflected light pulse and direct it onto the optical detector.
  • the optical detector has a photodiode that can be operated in the reverse direction.
  • the control unit is arranged to provide a blocking voltage for reverse bias operation of the photodiode and the detector sensitivity depends on the blocking voltage or corresponds to the blocking voltage.
  • the photodiode can be configured as an APD, for example.
  • the APD is operated in the reverse direction, in particular below its breakdown voltage. Accordingly, the gain of the APD is dependent on the blocking voltage and possibly dependent on the temperature. The blocking voltage thus affects the detector sensitivity directly.
  • the detector signal is approximately directly proportional to the optical radiation incident on the active surface of the APD.
  • control unit is set up to determine an actual value for a parameter relating to noise of the optical detector as a function of the detector signal and to set the detector sensitivity as a function of the actual value.
  • control unit is set up to regulate the parameter to a predetermined target value or target range, with the detector sensitivity depending on a manipulated variable for the regulation and in particular the blocking voltage serving as a manipulated variable for the regulation.
  • control unit is set up to compare the rate of change in at least one comparison with at least one predefined limit value and to determine the presence of the abrupt change in brightness depending on at least one result of the at least one comparison.
  • an environment sensor system according to the improved concept can be set up to carry out a method according to the improved concept or it carries out such a method.
  • a computer program with instructions is also provided according to the improved concept.
  • the commands are executed by a surroundings sensor system according to the improved concept, in particular by the control unit of the surroundings sensor system, the commands cause the surroundings sensor system to carry out a method according to the improved concept.
  • a computer-readable storage medium is also specified, which stores a computer program according to the improved concept.
  • the computer program and the computer-readable storage medium can each be regarded as computer program products with the instructions.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle with an exemplary embodiment of a surroundings sensor system according to the improved concept
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a transmission unit of a further exemplary embodiment of a surroundings sensor system according to the improved concept
  • 3 shows a schematic representation of a receiving unit of a further exemplary embodiment of a surroundings sensor system according to the improved concept; 4 schematically shows the course of a blocking voltage as a function of temperature;
  • FIG. 6 shows a diagram of a rate of change in detector sensitivity as a function of time
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a motor vehicle with a further exemplary embodiment of a surroundings sensor system according to the improved concept in a tunnel.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 1 with an exemplary embodiment of a surroundings sensor system 2 according to the improved concept.
  • the environment sensor system 2 is designed as a lidar system, in particular as a laser scanner.
  • Surroundings sensor system 2 has a transmission unit 5 with one or more laser light sources, in particular infrared laser diodes, in order to emit light pulses 7 at different emission angles within a transmission plane of surroundings sensor system 2 .
  • the transmission plane is defined in particular by the plane which is spanned by the longitudinal axis and a transverse axis of surroundings sensor system 2, ie in the present example of FIG. 1 is approximately parallel to the plane of the drawing.
  • the transverse axis and the longitudinal axis of the environment sensor system 2 can be viewed as parallel to the longitudinal axis or transverse axis of the motor vehicle 1 without loss of generality.
  • Surroundings sensor system 2 also has a control unit 3 and a receiving unit 4 with at least one optical detector 4a, 4b, 4c (see FIG. 3).
  • the control unit 3 is connected to the receiving unit 4 and to the transmitting unit 5, for example.
  • the control unit 3 can control the transmission unit 5 in order to emit the light pulses 7 .
  • the receiving unit 4 can detect reflected portions 7 ′ of the light pulses 7 , in particular reflected by an object 6 in the vicinity of the surroundings sensor system 2 , and based on this, generate at least one detector signal and transmit it to the control unit 3 .
  • the transmission unit 5 of the environment sensor system 2 is shown schematically. The upper image in Fig.
  • FIG. 2 corresponds, for example, to a viewing direction parallel to the transverse axis of environment sensor system 2 onto transmitter unit 5.
  • the lower image in Fig. 2 corresponds, for example, to a viewing direction parallel to the normal axis of environment sensor system 2 to transmitter unit 5.
  • a respective beam expansion of the light pulse 7 can turn out differently in different planes.
  • the receiving unit 4 contains the optical detectors 4a, 4b, 4c, which are in particular arranged linearly next to one another along an axis parallel to the normal axis of the surroundings sensor system 2 and are designed, for example, as avalanche photodiodes, APDs.
  • the deflection unit also has a shaft 10 which is rotatably mounted and connected to the mirror 9 so that the mirror 9 can be rotated about the corresponding axis of rotation.
  • the view in FIG. 3 can be understood, for example, as a plan view, that is to say according to a viewing direction parallel to the normal axis of the surroundings sensor system 2 , onto the receiving unit 4 .
  • the optical detectors 4a, 4b, 4c are shown in distorted perspective for the purpose of clarity. In fact, the optical detectors 4a, 4b, 4c would lie one above the other and, in particular, cover one another.
  • the transmission unit 5 is not shown in FIG. 3, but can be arranged with respect to the mirror 9 in such a way that when the mirror 9 rotates about the axis of rotation, the angle of emission of the light pulses 7 can be varied.
  • the axis of rotation and the shaft 10 are therefore aligned, in particular, perpendicular to the transmission plane.
  • the reflected light pulse 7' is then detected by one of the detectors 4a, 4b, 4c detected. Due to the rotation of the mirror 9 about the axis of rotation, each of the detectors 4a, 4b, 4c can detect incident reflected portions of the light pulse 7' from different directions, ie with different horizontal angles of incidence.
  • the current position of the mirror 9 can be determined, for example, via a rotary encoder (not shown) coupled to the shaft 10 .
  • a number of scanning points can be generated via the time sequence of the detected light beams.
  • a subset of the scanning points is generated by means of each detector 4a, 4b, 4c.
  • a subset of scanning points, which is generated for different angular positions of the mirror 9 by means of one of the detectors 4a, 4b, 4c, is also referred to as the position of scanning points.
  • the horizontal angle of incidence of the reflected portions 7' i.e. an angle of incidence in the transmission plane or a plane parallel to the transmission plane, which is also referred to as the azimuthal angle, and a vertical or polar angle in a plane perpendicular to the plane of transmission.
  • the vertical angle of incidence is therefore constant for each position of scanning points.
  • the radial distance of the corresponding reflection point, for example on the object 6, from the surroundings sensor system 2 or from the receiving unit 4 is determined by means of the control unit 3 by a time-of-flight measurement. In this way, three-dimensional scanning points can be generated.
  • the control unit 3 is set up to set a blocking voltage of the optical detectors 4a, 4b, 4c depending on the respective detector signals in order to set the respective detector sensitivity of the corresponding detector 4a, 4b, 4c.
  • the reverse voltage can also be referred to as the bias voltage for operating the APDs in the reverse direction.
  • the control unit 3 can regulate, for example, a noise level of the optical detectors 4a, 4b, 4c by correspondingly changing the blocking voltage and thus the detector sensitivity in order to keep a signal-to-noise ratio, SNR, of the detectors 4a, 4b, 4c as constant as possible on a maintain the specified value. Control methods known per se can be used for this purpose, for example.
  • the detector sensitivity can also be referred to as an amplification factor, gain or multiplication factor.
  • the detector sensitivity quantifies how high the respective output voltage of the optical detector 4a, 4b, 4c is for a given radiation power impinging on the active surface of the corresponding detector 4a, 4b, 4c.
  • the control unit 3 is also set up to determine a rate of change in the detector sensitivity and, based thereon, to determine whether there is an abrupt change in brightness in the area surrounding the motor vehicle 1 . Such an abrupt change in brightness can then be identified as entry into or exit from a tunnel 14 (see FIG. 7) by means of the control unit 3, for example taking into account the sign of the rate of change of the detector sensitivity.
  • the control can be designed, for example, in such a way that the highest possible SNR is achieved under different environmental conditions, for example with regard to the brightness in the environment and/or the temperature in the environment.
  • the optical detectors 4a, 4b, 4c can be calibrated in dark ambient conditions to determine the reverse voltage required to obtain the optimum SNR at a given ambient temperature. It can be assumed that the required blocking voltage increases approximately linearly as a function of the ambient temperature, as shown schematically in FIG. 4, the ambient temperature being denoted by T and the blocking voltage by V.
  • the blocking voltage determined in this way which can also be referred to as the dark voltage, can be used for regulation as an upper limit for the blocking voltage of the APDs.
  • the control unit can take the ambient brightness into account in order to adjust the blocking voltage accordingly.
  • the control unit 3 can, for example, evaluate the detector signals at corresponding points in time at which the transmission unit 5 does not emit any light.
  • FIG. 5 shows the detector sensitivity as a gain factor G as a function of time t.
  • the curve shown can correspond, for example, to an averaged detector sensitivity or to a smoothed detector sensitivity.
  • the detector sensitivity is approximately temperature-invariant, since the temperature-dependent dark voltage is taken into account.
  • the rate of change G' of the detector sensitivity ie the time derivative of the detector sensitivity G, is shown schematically in FIG.
  • the control unit 3 can compare the rate of change G' with a positive limit value S1, for example. As can be seen in FIG. 6, the rate of change G' exceeds the limit value S1 at a time ti.
  • the control unit 3 can change the rate of change G', for example with a further negative limit value S2 to compare. As shown in FIG. 6, the rate of change G′ falls below the further limit value S2 at a point in time t2. In this way, the abrupt change in brightness associated with driving into or out of the tunnel 14 can be detected at an early stage. If one compares the corresponding rise and fall in detector sensitivity G from FIG. 5 with the course of the rate of change G' from FIG an abrupt change in brightness in terms of an entry into or exit from the tunnel 14 could be closed.
  • Motor vehicle 1 with surroundings sensor system 2 is shown schematically in tunnel 14 in FIG. 7 . Furthermore, the longitudinal axis of the motor vehicle 1 and the environment sensor system 2 is shown schematically as a dashed line 11 .
  • the field of view 12 of the environment sensor system 2 is limited in the direction of the horizontal angle of incidence.
  • a predefined angular range 13 for the horizontal angle of incidence is not taken into account for the detection of the abrupt change in brightness or the entry into or exit from the tunnel 14 .
  • this predetermined angular range 13 is arranged symmetrically about the longitudinal axis 11, for example.
  • asymmetrical angular ranges around the longitudinal axis 11 can also be useful.
  • the field of view 12 without the angular range 13 therefore corresponds to a range of interest for detecting the abrupt change in brightness.
  • the detector sensitivity G is correspondingly reduced in the area of interest due to the ambient brightness through the regulation described.
  • the walls of the tunnel 14 are, for example, in the area of interest, so that only minor disruptions are to be expected due to overhead lighting in the tunnel 14 or due to rear lights or headlights of other road users. In this way, the reliability of the detection of the abrupt change in brightness can be further improved.
  • the improved concept allows abrupt changes in brightness to be detected more quickly even at higher speeds of the motor vehicle and thus in particular to quickly and reliably detect entering a tunnel or exiting a tunnel.
  • the corresponding information can be used to advantage for controlling the surroundings sensor system in order to increase the reliability of the corresponding measured values.
  • a corresponding confidence value for the measurements can be determined depending on the position of the motor vehicle in or outside the tunnel.

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Abstract

Gemäß einem Verfahren zur Erkennung einer abrupten Helligkeitsänderung in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs (1) wird mittels eines optischen Detektors (4a, 4b, 4c) Licht (7') aus der Umgebung detektiert und abhängig davon ein Detektorsignal erzeugt. Eine Detektorempfindlichkeit wird mittels einer Steuereinheit (3) abhängig von dem Detektorsignal eingestellt und eine Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit wird bestimmt. Mittels der Steuereinheit (3) wird ein Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung abhängig von der Änderungsrate festgestellt.

Description

Erkennung einer Helligkeitsänderung in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer abrupten Helligkeitsänderung in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs, wobei mittels eines optischen Detektors Licht aus der Umgebung detektiert wird und abhängig von dem detektierten Licht ein Detektorsignal erzeugt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Umfeldsensorsystem für ein Kraftfahrzeug und ein Computerprogrammprodukt.
Fährt ein Kraftfahrzeug in einen Straßentunnel oder dergleichen ein, so stellt dies Umfeldsensorsysteme des Kraftfahrzeugs, insbesondere optische Umfeldsensorsysteme wie Lidarsysteme, vor besondere Herausforderungen. Dies ist beispielsweise darauf zurückzuführen, dass innerhalb eines Tunnels andere atmosphärische Bedingungen herrschen als außerhalb des Tunnels. Dies kann starke Luftströmungen, zirkulierende Staubpartikel oder eine sich ändernde Luftfeuchtigkeit beinhalten. Folglich kann die funktionale Sicherheit eines Umfeldsensorsystems mit optischem Detektor in einem Tunnel oder einer ähnlichen Umgebung, wie etwa einer Einhausung, beeinträchtigt sein.
Um das Risiko falscher Messungen oder falscher Interpretationen der Messungen des Umfeldsensorsystems zu reduzieren, ist es daher erforderlich, die Einfahrt und/oder die Ausfahrt des Kraftfahrzeugs in den beziehungsweise aus dem Tunnel schnell und zuverlässig feststellen zu können.
Eine naheliegende Möglichkeit hierzu wäre es, die Helligkeit der Umgebung des Kraftfahrzeugs direkt zu messen, beispielsweise mittels eines optischen Detektors, und die gemessene Helligkeit mit einem Schwellwert zu vergleichen. Sinkt die Helligkeit unter den Schwellwert, so kann davon ausgegangen werden, dass das Kraftfahrzeug in einen Tunnel eingefahren ist beziehungsweise sich in einer entsprechenden dunklen Umgebung befindet. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Detektionsmethode relativ träge ist, sodass insbesondere bei hoher Kraftfahrzeuggeschwindigkeit eine entsprechend große Wegstrecke innerhalb des Tunnels zurückgelegt wird, bevor die Einfahrt in den Tunnel sicher festgestellt werden kann. Entsprechendes gilt für die Ausfahrt aus dem Tunnel. Dadurch ergibt sich ein Sicherheitsrisiko. Im Dokument DE 10 2012 021 830 A1 wird ein Laserscanner für ein Kraftfahrzeug beschrieben, der einen Avalanche-Fotodetektor als optischen Detektor einsetzt. Eine Steuereinrichtung kann eine elektrische Biasspannung des Avalanche-Fotodetektors im Betrieb derart regeln, dass die Höhe des Rauschens konstant bleibt. So kann erreicht werden, dass der Laserscanner unter verschiedenen Umgebungsbedingungen eine möglichst hohe Detektorempfindlichkeit aufweist.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zum Erkennen einer Helligkeitsänderung in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs anzugeben, durch das das Vorliegen der Helligkeitsänderung in kürzerer Zeit zuverlässig festgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, die Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit zu bestimmen und abhängig davon das Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung festzustellen.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Verfahren zur Erkennung einer, insbesondere abrupten, Helligkeitsänderung in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs angegeben.
Dabei wird mittels eines optischen Detektors, insbesondere des Kraftfahrzeugs, beziehungsweise eines Umfeldsensorsystems des Kraftfahrzeugs, Licht aus der Umgebung detektiert und abhängig von dem detektierten Licht wird ein Detektorsignal erzeugt. Eine Detektorempfindlichkeit des Detektors wird mittels einer Steuereinheit, insbesondere des Umfeldsensorsystems, abhängig von dem Detektorsignal eingestellt und mittels der Steuereinheit wird eine Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit bestimmt. Mittels der Steuereinheit wird ein Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung abhängig von der Änderungsrate festgestellt.
Das Feststellen der abrupten Helligkeitsänderung kann es beispielsweise beinhalten, dass mittels der Steuereinheit wenigstens ein Ausgabesignal erzeugt wird, welches anzeigt, ob die Helligkeitsänderung stattgefunden hat oder nicht. Optional kann das wenigstens eine Ausgabesignal auch anzeigen, ob die Helligkeitsänderung einer Änderung von einer dunklen zu einer hellen Umgebung oder umgekehrt entspricht. Unter einem Umfeldsensorsystem kann im Allgemeinen ein Sensorsystem verstanden werden, das dazu in der Lage ist, Sensordaten oder Sensorsignale zu erzeugen, welche eine Umgebung des Umfeldsensorsystems abbilden, darstellen oder wiedergeben. Grundsätzlich können daher beispielsweise Kameras, Radarsysteme, Lidarsysteme oder Ultraschallsensorsysteme als Umfeldsensorsysteme aufgefasst werden. Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein optischer Detektor eingesetzt. Es kommen also als Umfeldsensorsysteme optische Umfeldsensorsysteme infrage, insbesondere Lidarsysteme, wie etwa Laserscanner.
Hier und im Folgenden kann der Begriff „Licht“ derart verstanden werden, dass davon elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im infraroten Bereich und/oder im ultravioletten Bereich umfasst sind. Dementsprechend kann auch der Begriff „optisch“ derart verstanden werden, dass er sich auf Licht nach diesem Verständnis bezieht.
Das Licht, welches mittels des optischen Detektors aus der Umgebung detektiert wird, ist vorzugsweise infrarotes Licht, der optische Detektor also als infrarotsensitiver optischer Detektor ausgestaltet.
Das Licht aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs und somit des Umfeldsensorsystems und des optischen Detektors fällt von der Umgebung auf eine aktive optische Oberfläche des optischen Detektors, sodass es durch den optischen Detektor detektiert werden kann. Je höher die optische Strahlungsleistung ist, die auf die aktive optische Oberfläche fällt, desto größer kann beispielsweise ein Betrag des Detektorsignals sein, beispielsweise ein Detektorstrom oder eine Detektorausgangsspannung.
Je nach Ausgestaltungsform des optischen Detektors kann das Detektorsignal beispielsweise proportional zur Strahlungsleistung sein, die auf die aktive optische Oberfläche trifft. Beispielsweise kann der optische Detektor als Fotodiode, insbesondere als Avalanche Fotodiode, auch als APD bezeichnet, ausgestaltet sein. Wird die APD in Sperrrichtung unterhalb ihrer Durchbruchsspannung betrieben, so stellt sie einen optischen Detektor dar, der eine Ausgangsspannung proportional zur Strahlungsleistung aufweist.
Das Detektorsignal ist also im Allgemeinen ein zeitabhängiges Signal. Dementsprechend können auch die Detektorempfindlichkeit und schlussendlich die Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit zeitabhängig sein. In verschiedenen Ausgestaltungsformen kann das Einstellen der Detektorempfindlichkeit abhängig von dem Detektorsignal unterschiedlich ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Einstellen als Steuerung oder Regelung ausgestaltet sein. Dementsprechend kann in entsprechenden Ausgestaltungsformen die Steuereinheit auch Regelungsfunktionalität aufweisen, also eine Regeleinheit darstellen oder beinhalten.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Einstellen also eine Regelung beinhalten, beispielsweise um ein Rauschniveau, ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis, SNR, oder dergleichen konstant oder in einem bestimmten vorgegebenen Bereich zu halten.
Die Steuereinheit kann eine oder mehrere, gegebenenfalls räumlich voneinander getrennte, Untereinheiten beinhalten. Beispielsweise kann ein Teil der Steuereinheit in einem elektronischen Steuergerät des Kraftfahrzeugs implementiert sein und ein anderer Teil der Steuereinheit kann Teil des Umfeldsensorsystems sein.
Indem die Detektorempfindlichkeit abhängig von dem Detektorsignal eingestellt wird und das Detektorsignal seinerseits von dem detektierten Licht abhängt, sind auch die Detektorempfindlichkeit und somit die Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit abhängig von der Strahlungsleistung, die mittels des optischen Detektors aus der Umgebung empfangen wird. Dementsprechend stellt die Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit indirekt ein Maß für die Änderungsrate der Umgebungshelligkeit dar.
Von einer abrupten Helligkeitsänderung kann beispielsweise dann die Rede sein, wenn der Betrag der Änderungsrate größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist. Beispielsweise kann durch Vergleich der Änderungsrate oder des Betrags der Änderungsrate mit einem oder mehreren solcher Grenzwerte bestimmt werden, ob eine derart definierte abrupte Helligkeitsänderung vorliegt oder nicht. Das Vorzeichen der Änderungsrate erlaubt es zudem festzustellen, ob die Helligkeitsänderung von einer dunklen Umgebung zu einer hellen Umgebung stattfindet, also beispielsweise dem Verlassen eines Tunnels entspricht, oder einer Änderung von einer hellen Umgebung zu einer dunklen Umgebung, also beispielsweise dem Einfahren in den Tunnel entspricht.
Indem auf die Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit abgestellt wird und nicht etwa direkt auf die Detektorempfindlichkeit, können bauteilabhängige Schwankungen jedenfalls zum Teil ausgeglichen werden. Die Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit stellt, mit anderen Worten, ein universelleres Maß für die Änderung der Umgebungshelligkeit dar als der absolute Wert der Detektorempfindlichkeit. Bei der Einfahrt des Kraftfahrzeugs in einen Tunnel oder eine sonstige dunkle Umgebung kann die Detektorempfindlichkeit beispielsweise stark ansteigen, etwa um das SNR auf einem ausreichend hohen Wert zu halten, und je nach Ausgestaltung des optischen Detektors und des Umfeldsensorsystems beispielsweise einen Sättigungswert erreichen. Der Anstieg der Detektorempfindlichkeit findet dabei beispielsweise innerhalb etlicher Sekunden statt. Der damit einhergehende Anstieg der Änderungsrate jedoch ist bereits nach kürzerer Zeit erkennbar, sodass durch Berücksichtigung der Änderungsrate zum Feststellen der abrupten Helligkeitsänderung schneller auf das Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung geschlossen werden kann, als dies bei der Analyse der Detektorempfindlichkeit selbst oder des Detektorsignals selbst der Fall wäre.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept wird die Änderungsrate mittels der Steuereinheit in wenigstens einem Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Grenzwert verglichen und das Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung wird abhängig von wenigstens einem Ergebnis des wenigstens einen Vergleichs festgestellt.
Beispielsweise kann die Änderungsrate in einem ersten Vergleich mittels der Steuereinheit mit einem vorgegebenen positiven ersten Grenzwert verglichen werden und das Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung kann abhängig von einem Ergebnis des ersten Vergleichs festgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Änderungsrate in einem zweiten Vergleich mittels der Steuereinheit mit einem vorgegebenen negativen zweiten Grenzwert verglichen werden und das Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung kann abhängig von einem Ergebnis des zweiten Vergleichs festgestellt werden.
Insbesondere kann auf das Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung geschlossen werden, wenn die Änderungsrate größer oder gleich dem positiven ersten Grenzwert ist oder wenn die Änderungsrate kleiner oder gleich dem negativen zweiten Grenzwert ist.
Beispielsweise kann die Detektorempfindlichkeit jedenfalls in einem bestimmten Wertebereich umso größer eingestellt werden, je geringer die Umgebungshelligkeit ist. Ist die Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit dann größer oder gleich dem ersten Grenzwert, so entspricht die festgestellte Helligkeitsänderung einer Änderung von einer hellen Umgebung zu einer dunklen Umgebung. Umgekehrt kann die Helligkeitsänderung einer Änderung von einer dunklen in eine helle Umgebung entsprechen, wenn die Änderungsrate kleiner oder gleich dem negativen zweiten Grenzwert.
Die jeweiligen Absolutwerte des ersten und des zweiten Grenzwert können dabei gleich oder voneinander verschieden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die abrupte Helligkeitsänderung mittels der Steuereinheit abhängig von dem Ergebnis des ersten Vergleichs als Einfahrt des Kraftfahrzeugs in einen Tunnel klassifiziert.
Insbesondere wird die abrupte Helligkeitsänderung mittels der Steuereinheit als Einfahrt in einen Tunnel klassifiziert, wenn gemäß dem ersten Vergleich festgestellt wird, dass die Änderungsrate größer oder gleich dem ersten Grenzwert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die abrupte Helligkeitsänderung mittels der Steuereinheit abhängig von dem Ergebnis des zweiten Vergleichs als Ausfahrt des Kraftfahrzeugs aus einem Tunnel klassifiziert.
Insbesondere wird die abrupte Helligkeitsänderung mittels der Steuereinheit als Ausfahrt des Kraftfahrzeugs aus dem Tunnel klassifiziert, wenn die Änderungsrate gemäß dem zweiten Vergleich kleiner oder gleich dem zweiten Grenzwert ist.
Zum Klassifizieren der Helligkeitsänderung als Einfahrt oder Ausfahrt in den Tunnel kann beispielsweise das Ausgabesignal entsprechend gesetzt werden oder ein entsprechendes Flag gesetzt werden oder dergleichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Steuereinheit abhängig von dem Detektorsignal ein Ist-Wert für eine Kenngröße bestimmt, die ein Rauschen des optischen Detektors betrifft, und die Detektorempfindlichkeit wird, insbesondere mittels der Steuereinheit, abhängig von dem Ist-Wert eingestellt, beispielsweise im Rahmen einer Regelung der Kenngröße.
Die das Rauschen des optischen Detektors betreffende Kenngröße kann dabei beispielsweise auf einem vorgegebenen Soll-Wert oder Soll-Bereich geregelt werden, um die Detektorempfindlichkeit einzustellen. Die Detektorempfindlichkeit hängt dabei von einer Stellgröße für die Regelung ab oder entspricht der Stellgröße. Mit anderen Worten kann die Detektorempfindlichkeit gleich der Stellgröße sein, die Detektorempfindlichkeit kann eine Funktion der Stellgröße sein oder die Stellgröße kann eine Funktion der Detektorempfindlichkeit sein.
Beispielsweise kann der optische Detektor eine in Sperrrichtung betreibbare Fotodiode, beispielsweise eine APD, beinhalten und die Stellgröße kann der Sperrspannung oder Biasspannung zum Betrieb der Fotodiode in Sperrrichtung entsprechen.
In Ausführungsformen, in denen die Kenngröße zur Einstellung der Detektorempfindlichkeit berücksichtigt wird, kann insbesondere sichergestellt werden, dass sich die Kenngröße, also beispielsweise das SNR, stets bei einem gewünschten Wert oder in einem gewünschten Bereich befinden.
Der Kennwert für das Rauschen, der auch als Rauschpegel bezeichnet werden kann, kann grundsätzlich auf beliebige Weise gemessen werden. Beispielsweise kann das Detektorsignal mittels eines Analog-Digital-Wandlers in ein digitales Detektorsignal umgewandelt werden und die Messung des Kennwerts kann basierend auf dem digitalen Detektorsignal erfolgen.
Um den Kennwert zu messen, kann beispielsweise das Detektorsignal oder das digitale Detektorsignal mit einem oder mehreren vorgegebenen Schwellwerten verglichen werden. Mittels der Steuereinheit kann dann bestimmt werden, wie oft das Detektorsignal oder das digitale Detektorsignal den oder die Schwellwerte innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums überschreitet. Diese Messungen können beispielsweise durchgeführt werden, wenn ausgeschlossen werden kann, dass Licht auf den optischen Detektor fällt, sodass der Einfluss eines Dunkelstroms berücksichtigt werden kann. Zusätzlich kann die Anzahl der Schwellwertüberschreitungen auch für Phasen bestimmt werden, während denen Umgebungslicht von dem optischen Detektor detektiert wird, jedoch kein Licht, das von dem Umfeldsensorsystem selbst ausgesendet wurde. Weitere Einzelheiten zur Messung des Kennwerts des Rauschens können dem eingangs erwähnten Dokument zum Stand der Technik entnommen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird, insbesondere mittels der Steuereinheit, ein Einfallswinkel des detektierten Lichts bestimmt. Die Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit wird durch die Steuereinheit bei der Feststellung des Vorliegens der abrupten Helligkeitsänderung nicht berücksichtigt, wenn der Einfallswinkel innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs liegt. Der Einfallswinkel kann dabei beispielsweise einem horizontalen Einfallswinkel entsprechen. In einem Sensorkoordinatensystem, in dem eine x-y-Ebene parallel oder näherungsweise parallel zu der Fahrbahn ist, kann der Einfallswinkel beispielsweise einem Winkel in der x-y-Ebene entsprechen, beispielsweise einem Azimutalwinkel oder, mit anderen Worten, einem Winkel, den das einfallende Licht mit der x-Achse einschließt, wobei die x-Achse parallel zu einer Längsachse des Kraftfahrzeugs orientiert ist. Bei Lidarsystemen, die als Laserscanner ausgestaltet sind, kann beispielsweise über eine momentane Position einer Ablenkvorrichtung zur Ablenkung beziehungsweise Umlenkung der ausgesendeten und/oder empfangenen Laserpulse auf den Einfallswinkel geschlossen werden.
Indem das detektierte Licht nicht berücksichtigt wird, wenn der Einfallswinkel innerhalb des Winkelbereichs liegt, werden beispielsweise bestimmte Zeitabschnitte nicht berücksichtigt. In solchen Ausführungsformen wird verhindert, dass externe Störeinflüsse, beispielsweise von vorausfahrenden oder entgegenkommenden weiteren Kraftfahrzeugen beziehungsweise deren Beleuchtung, sich auf die Zuverlässigkeit der Erkennung der abrupten Helligkeitsänderung auswirken. Dies kann insbesondere erreicht werden, indem der vorgegebene Winkelbereich, der entsprechend nicht berücksichtigt wird, um die Fahrtrichtung herum beziehungsweise um die x-Achse des Sensorkoordinatensystems herum gewählt wird. Während der nicht berücksichtigten Zeitabschnitte beziehungsweise für die nicht berücksichtigten Einfallswinkel kann jedoch die Steuereinheit gegebenenfalls dennoch die Detektorempfindlichkeit abhängig von dem Detektorsignal einstellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält der Winkelbereich ein Intervall [-Wo, Wo], wobei Wo ein positiver Wert für den Einfallswinkel ist und ein Einfallswinkel von Null Licht entspricht, das sich entgegengesetzt zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausbreitet.
Der Winkelbereich ist nicht notwendigerweise identisch zu dem Intervall [-Wo, Wo] und kann insbesondere größer sein als das Intervall und kann gegebenenfalls auch asymmetrisch sein. Im Allgemeinen ist der Winkelbereich also gegeben durch das Intervall [-Wo - Di, Wo + D2], wobei Di und D2 jeweils positiv sind. Di und D2 können dabei gleich sein oder sich voneinander unterscheiden.
Auf diese Weise wird also ein Bereich von Interesse definiert, der außerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs liegt. Der Bereich von Interesse entspricht dabei insbesondere dem Teil des Blickfelds des Umfeldsensorsystems beziehungsweise des optischen Detektors, der nicht mit dem vorgegebenen Winkelbereich überlappt. In dem so definierten Bereich von Interesse macht sich die abrupte Helligkeitsänderung beim Einfahren beziehungsweise Ausfahren in beziehungsweise aus dem Tunnel in zuverlässiger Weise bemerkbar, da beispielsweise Licht von entgegenkommenden weiteren Kraftfahrzeugen nicht berücksichtigt wird. Ferner kann durch die Wahl des Bereichs von Interesse auch ein störender Einfluss von Beleuchtungseinrichtungen an der Decke des Tunnels reduziert werden.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Umfeldsensorsystem für ein Kraftfahrzeug angegeben, wobei das Umfeldsensorsystem einen optischen Detektor aufweist, der dazu eingerichtet ist, Licht aus einer Umgebung des Umfeldsensorsystems, insbesondere des Kraftfahrzeugs, zu detektieren und basierend auf dem detektierten Licht ein Detektorsignal zu erzeugen. Das Umfeldsensorsystem weist außerdem eine Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, eine Detektorempfindlichkeit des Detektors abhängig von dem Detektorsignal einzustellen. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, eine Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit zu bestimmen und das Vorliegen einer abrupten Helligkeitsänderung abhängig von der Änderungsrate festzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Umfeldsensorsystem als Lidarsystem ausgestaltet, insbesondere als Laserscanner.
Das Lidarsystem stellt ein aktives optisches Sensorsystem dar, das eine Sendeeinheit mit einer Lichtquelle aufweist, insbesondere zum Aussenden von Licht beziehungsweise Lichtpulsen. Die Lichtquelle kann dabei insbesondere als Laserdiode ausgestaltet sein, beispielsweise als Infrarotlaserdiode. Des Weiteren weist das Lidarsystem eine Empfangseinheit auf, die den optischen Detektor und gegebenenfalls einen oder mehrere weitere optische Detektoren beinhaltet. Der optische Detektor ist zum Erfassen reflektierter Anteile des ausgesendeten Lichts eingerichtet und ausgebildet.
Das Licht kann insbesondere infrarotes Licht, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 905 nm, ungefähr 905 nm, 1200 nm oder ungefähr 1200 nm beinhalten. Die Wellenlängenangaben können dabei jeweils einen Wellenlängenbereich mit einer breiteren Verteilung bezeichnen, welche für die entsprechende Lichtquelle typisch ist. Im Falle eines Laserscanners kann es sich bei der Lichtquelle beispielsweise um eine Laserlichtquelle handeln. Die genannten Wellenlängen können, im Rahmen üblicher Toleranzen, beispielsweise Peak-Wellenlängen des Laserspektrums entsprechen. Das Lidarsystem kann beispielsweise eine Ablenkvorrichtung beinhalten, die beispielsweise einen beweglichen oder drehbar gelagerten Spiegel enthalten kann. Mittels der Ablenkvorrichtung können von der Sendeeinheit erzeugte Lichtpulse kontrolliert abgelenkt werden. In alternativen Ausführungsformen kann die Ablenkvorrichtung ein um eine oder um zwei Achsen kipp- und/oder schwenkbares Spiegelelement zum Ablenken des Lichts in der Sendeebene aufweisen. Das Spiegelelement kann beispielsweise als mikroelektromechanisches System, MEMS, ausgestaltet sein.
Insbesondere entspricht die Longitudinalachse des Lidarsystems, welche beispielsweise eine x-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, eine Aussenderichtung der Lichtstrahlen in einem Aussendewinkel von 0 Grad, also beispielsweise bei einer Neutralstellung der Ablenkvorrichtung. Die Ablenkvorrichtung kann von der Neutralstellung abweichende Stellungen einnehmen, um die Lichtpulse abzulenken, sodass die Lichtpulse innerhalb der Sendeebene aus dem Sensorsystem austreten.
Eine Querachse des Lidarsystems, welche beispielsweise eine y-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, liegt innerhalb der Sendeebene und steht beispielsweise senkrecht auf der Longitudinalachse, welche per Konstruktion ebenfalls innerhalb der Sendeebene liegt. Eine Normalachse des Lidarsystems steht senkrecht auf der Longitudinalachse und auf der Querachse des Lidarsystems. Die Normalachse des Lidarsystems definiert beispielsweise eine z-Achse des Sensorkoordinatensystems.
Mit anderen Worten ist eine Blickrichtung oder Aussenderichtung des Lidarsystems bei Neutralstellung der Ablenkvorrichtung gleich der x-Achse des Sensorkoordinatensystems. Die Sendeebene ist durch die x-y-Ebene des Sensorkoordinatensystems gegeben. Das Lidarsystem kann das Licht mit unterschiedlichen Aussendewinkeln innerhalb der Sendeebene aussenden.
Eine Longitudinalachse des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere eine x-Achse eines Fahrzeugkoordinatensystems definiert, ist beispielsweise gegeben durch eine Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Neutralstellung eines Lenksystems des Kraftfahrzeugs oder bei einem Lenkwinkel, insbesondere einem Radwinkel oder einem Lenkradwinkel, des Kraftfahrzeugs von 0 Grad. Eine Querachse des Kraftfahrzeugs steht senkrecht auf der Longitudinalachse des Kraftfahrzeugs und liegt in einer Ebene, die parallel zur Fahrbahn ist beziehungsweise parallel zu einer Ebene, innerhalb der Auflagepunkte der Räder des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn liegen. Die Querachse definiert insbesondere eine y-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems. Eine Normalachse des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere eine z-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems definiert, steht senkrecht auf der Longitudinalachse und der Querachse des Kraftfahrzeugs.
Je nach Winkellage des Lidarsystems können die Koordinatenachsen des Sensorkoordinatensystems von denen des Fahrzeugkoordinatensystems abweichen. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann im Folgenden jedoch davon ausgegangen werden, dass die Achsen des Sensorkoordinatensystems parallel zu den Achsen des Fahrzeugkoordinatensystems sind. Dies kann gegebenenfalls effektiv durch eine entsprechende Kalibrierung des Lidarsystems gewährleistet werden.
Indem die Lichtlaufzeit eines ausgesendeten, in der Umgebung des Lidarsystems reflektierten und von dem optischen Detektor detektierten Lichtpulses bestimmt wird, kann eine Entfernungsmessung durchgeführt werden. Eine Einfallsrichtung des detektierten Lichts kann dabei insbesondere aus einer Position und/oder Orientierung des optischen Detektors innerhalb des Lidarsystems und einer momentanen Position der Ablenkvorrichtung, insbesondere einer Drehposition des Spiegels, bestimmt werden. Die Drehposition des Spiegels kann beispielsweise mittels eines Drehgebers erfasst werden, der mit einer Welle gekoppelt ist, wie sie zusammen mit dem Spiegel um die Drehachse des Spiegels dreht. Dabei kann die Ablenkvorrichtung beispielsweise nicht nur zum Ablenken des ausgesendeten Lichtpulses innerhalb der Sendeebene dienen, sondern auch zum Ablenken des reflektierten Lichtpulses, derart, dass er auf den optischen Detektor gelenkt wird. Die Position des optischen Detektors legt dabei einen vertikalen Einfallswinkel oder Polarwinkel fest, die Position der Ablenkvorrichtung einen horizontalen Einfallswinkel oder Azimutalwinkel.
In alternativen Ausführungsformen kann eine weitere Ablenkvorrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise analog zur Ablenkvorrichtung ausgestaltet ist, um den reflektierten Lichtpuls abzulenken und auf den optischen Detektor zu lenken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Umfeldsensorsystems nach dem verbesserten Konzept weist der optische Detektor eine in Sperrrichtung betreibbare Fotodiode auf. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, eine Sperrspannung für den Betrieb der Fotodiode in Sperrrichtung bereitzustellen und die Detektorempfindlichkeit hängt von der Sperrspannung ab oder entspricht der Sperrspannung. Die Fotodiode kann beispielsweise als APD ausgestaltet sein. Die APD wird in Sperrrichtung, insbesondere unterhalb ihrer Durchbruchsspannung, betrieben. Dementsprechend ist die Verstärkung der APD abhängig von der Sperrspannung und gegebenenfalls abhängig von der Temperatur. Die Sperrspannung beeinflusst also die Detektorempfindlichkeit direkt. Das Detektorsignal ist in solchen Ausführungsformen näherungsweise direkt proportional zur auf die aktive Oberfläche der APD fallenden optischen Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, abhängig von dem Detektorsignal einen Ist-Wert für eine ein Rauschen des optischen Detektors betreffende Kenngröße zu bestimmen und die Detektorempfindlichkeit abhängig von dem Ist-Wert einzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Kenngröße auf einen vorgegebenen Soll-Wert oder Soll-Bereich zu regeln, wobei die Detektorempfindlichkeit von einer Stellgröße für die Regelung abhängt und insbesondere die Sperrspannung als Stellgröße für die Regelung dient.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Änderungsrate in wenigstens einem Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen und das Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung abhängig von wenigstens einem Ergebnis des wenigstens einen Vergleichs festzustellen.
Weitere Ausführungsformen des Umfeldsensorsystems nach dem verbesserten Konzept folgen direkt aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere kann ein Umfeldsensorsystem nach dem verbesserten Konzept dazu eingerichtet sein, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder es führt ein solches Verfahren durch.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Computerprogramm mit Befehlen angegeben. Bei Ausführung der Befehle durch ein Umfeldsensorsystem nach dem verbesserten Konzept, insbesondere durch die Steuereinheit des Umfeldsensorsystems, veranlassen die Befehle das Umfeldsensorsystem dazu, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen. Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein computerlesbares Speichermedium angegeben, welches ein Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept speichert.
Das Computerprogramm und das computerlesbare Speichermedium können jeweils als Computerprogrammprodukte mit den Befehlen aufgefasst werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen können nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen von dem verbesserten Konzept umfasst sein. Es sind somit auch solche Ausführungen des verbesserten Konzepts umfasst und offenbart, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und/oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind somit insbesondere auch Ausführungen und Merkmalskombinationen umfasst und offenbart, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen umfasst und offenbart, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von denen abweichen.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Umfeldsensorsystems nach dem verbesserten Konzept;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Sendeeinheit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Umfeldsensorsystems nach dem verbesserten Konzept;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Empfangseinheit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Umfeldsensorsystems nach dem verbesserten Konzept; Fig. 4 schematisch den Verlauf einer Sperrspannung als Funktion der Temperatur;
Fig. 5 schematisch den Verlauf einer Detektorempfindlichkeit als Funktion der Zeit;
Fig. 6 schematisch den Verlauf einer Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit als Funktion der Zeit; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Umfeldsensorsystems nach dem verbesserten Konzept in einem Tunnel.
In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Umfeldsensorsystems 2 gemäß dem verbesserten Konzept schematisch dargestellt.
Das Umfeldsensorsystem 2 ist vorliegend als Lidarsystem, insbesondere als Laserscanner, ausgestaltet. Das Umfeldsensorsystem 2 weist eine Sendeeinheit 5 mit einem oder mehreren Laserlichtquellen, insbesondere Infrarotlaserdioden, auf, um Lichtimpulse 7 in verschiedenen Aussendewinkeln innerhalb einer Sendeebene des Umfeldsensorsystems 2 auszusenden. Die Sendeebene ist insbesondere definiert durch die Ebene, welche durch die Longitudinalachse und eine Querachse des Umfeldsensorsystems 2 aufgespannt wird, also im vorliegenden Beispiel der Fig. 1 näherungsweise parallel zur Zeichenebene ist. Die Querachse und die Longitudinalachse des Umfeldsensorsystems 2 können dabei ohne Beschränkung der Allgemeinheit als parallel zur Longitudinalachse beziehungsweise Querachse des Kraftfahrzeugs 1 angesehen werden.
Das Umfeldsensorsystem 2 weist außerdem eine Steuereinheit 3 auf sowie eine Empfangseinheit 4 mit wenigstens einem optischen Detektor 4a, 4b, 4c (siehe Fig. 3). Die Steuereinheit 3 ist mit der Empfangseinheit 4 und beispielsweise mit der Sendeeinheit 5 verbunden. Insbesondere kann die Steuereinheit 3 die Sendeeinheit 5 ansteuern, um die Lichtpulse 7 auszusenden. Die Empfangseinheit 4 kann reflektierte, insbesondere von einem Objekt 6 in der Umgebung des Umfeldsensorsystem 2 reflektierte, Anteile 7' der Lichtpulse 7 detektieren und basierend darauf wenigstens ein Detektorsignal erzeugen und an die Steuereinheit 3 übermitteln. In Fig. 2 ist schematisch die Sendeeinheit 5 des Umfeldsensorsystems 2 gezeigt. Die obere Abbildung in Fig. 2 entspricht beispielsweise einer Blickrichtung parallel zu der Querachse des Umfeldsensorsystems 2 auf die Sendeeinheit 5. Die untere Abbildung in Fig. 2 entspricht beispielsweise einer Blickrichtung parallel zu der Normalachse des Umfeldsensorsystems 2 auf die Sendeeinheit 5. Wie in den Abbildungen der Fig. 2 erkennbar ist, kann eine jeweilige Strahlaufweitung des Lichtpulses 7 in unterschiedlichen Ebenen unterschiedlich ausfallen.
In Fig. 3 sind schematisch die Empfangseinheit 4, eine Linse 8 sowie ein Spiegel 9 einer Ablenkvorrichtung des Umfeldsensorsystems 2 gezeigt. Die Empfangseinheit 4 beinhaltet die optischen Detektoren 4a, 4b, 4c, die insbesondere nebeneinander linear entlang einer Achse parallel zur Normalachse des Umfeldsensorsystems 2 angeordnet sind und beispielsweise als Avalanche-Fotodioden, APDs, ausgestaltet sind.
Die Ablenkeinheit weist außerdem eine Welle 10 auf, die drehbar gelagert und mit dem Spiegel 9 verbunden ist, sodass der Spiegel 9 um die entsprechende Drehachse drehbar ist. Die Ansicht der Fig. 3 kann beispielsweise als Draufsicht, also gemäß einer Blickrichtung parallel zur Normalachse des Umfeldsensorsystems 2, auf die Empfangseinheit 4 verstanden werden. Die optischen Detektoren 4a, 4b, 4c sind zu Zwecken der Verdeutlichung perspektivisch verzerrt dargestellt. Tatsächlich lägen die optischen Detektoren 4a, 4b, 4c übereinander und verdecken sich insbesondere gegenseitig.
Die Sendeeinheit 5 ist in Fig. 3 nicht dargestellt, kann jedoch bezüglich des Spiegels 9 derart angeordnet sein, dass bei Rotation des Spiegels 9 um die Drehachse der Aussendewinkel der Lichtpulse 7 variiert werden kann. Die Drehachse und die Welle 10 sind also insbesondere senkrecht zu der Sendeebene ausgerichtet.
Ein Empfangspfad für den reflektierten Lichtpuls 7‘, welcher beispielsweise von dem Objekt 6 oder einer Fahrbahn reflektiert wurde, führt über den Spiegel 9 und die Linse 8 zu der Empfangseinheit 4. Der reflektierte Lichtpuls 7‘ wird dann von einem der Detektoren 4a, 4b, 4c erfasst. Durch die Rotation des Spiegels 9 um die Drehachse kann jeder der Detektoren 4a, 4b, 4c aus unterschiedlichen Richtungen, also mit unterschiedlichen horizontalen Einfallswinkeln, einfallende reflektierte Anteile des Lichtimpulses 7‘ detektieren. Die Momentanposition des Spiegels 9 kann dabei beispielsweise über einen mit der Welle 10 gekoppelten Drehgeber (nicht dargestellt) bestimmt werden.
Indem die Momentanposition des Spiegels 9 beispielsweise zu jedem Zeitpunkt bekannt ist, kann über die zeitliche Abfolge der detektierten Lichtstrahlen eine Menge von Abtastpunkten erzeugt werden. Dabei wird mittels jedes Detektors 4a, 4b, 4c eine Untermenge der Abtastpunkte erzeugt. Eine Untermenge von Abtastpunkten, die für unterschiedliche Winkelpositionen des Spiegels 9 mittels eines der Detektoren 4a, 4b, 4c erzeugt wird, wird auch als Lage von Abtastpunkten bezeichnet.
Durch die entsprechende Momentanposition des Spiegels 9 sowie die Position des jeweiligen Detektors 4a, 4b, 4c lassen sich der horizontale Einfallswinkel der reflektierten Anteile 7‘, also ein Einfallswinkel in der Sendeebene beziehungsweise einer Ebene parallel zur Sendeebene, der auch als Azimutalwinkel bezeichnet wird, sowie ein Vertikaloder Polarwinkel in einer Ebene senkrecht zur Sendeebene, bestimmen. Der vertikale Einfallswinkel ist dabei also für jede Lage von Abtastpunkten konstant. Der radiale Abstand des entsprechenden Reflexionspunktes beispielsweise auf dem Objekt 6 von dem Umfeldsensorsystem 2 beziehungsweise von der Empfangseinheit 4 wird mittels der Steuereinheit 3 durch eine Lichtlaufzeitmessung bestimmt. So können dreidimensionale Abtastpunkte generiert werden.
Die Steuereinheit 3 ist dazu eingerichtet, eine Sperrspannung der optischen Detektoren 4a, 4b, 4c abhängig von den jeweiligen Detektorsignalen einzustellen, um so die jeweilige Detektorempfindlichkeit des entsprechenden Detektors 4a, 4b, 4c einzustellen. Die Sperrspannung kann auch als Biasspannung zum Betrieb der APDs in Sperrrichtung bezeichnet werden. Die Steuereinheit 3 kann dazu beispielsweise ein Rauschniveau der optischen Detektoren 4a, 4b, 4c durch entsprechende Veränderung der Sperrspannung und damit der Detektorempfindlichkeit regeln, um ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis, SNR, der Detektoren 4a, 4b, 4c möglichst konstant auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Hierzu können beispielsweise an sich bekannte Regelungsverfahren eingesetzt werden.
Die Detektorempfindlichkeit kann im Falle einer APD als Detektor 4a, 4b, 4c auch als Verstärkungsfaktor, Gain oder Multiplikationsfaktor bezeichnet werden. Die Detektorempfindlichkeit quantifiziert dabei, wie hoch die jeweilige Ausgangsspannung des optischen Detektors 4a, 4b, 4c bei gegebener, auf die aktive Oberfläche des entsprechenden Detektors 4a, 4b, 4c treffenden Strahlungsleistung ist. Die Steuereinheit 3 ist ferner dazu eingerichtet, eine Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit zu bestimmen und basierend darauf festzustellen, ob in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 eine abrupte Helligkeitsänderung vorliegt. Eine solche abrupte Helligkeitsänderung kann dann mittels der Steuereinheit 3, beispielsweise unter Berücksichtigung des Vorzeichens der Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit, als Einfahrt in oder Ausfahrt aus einem Tunnel 14 (siehe Fig. 7) identifiziert werden.
Die Regelung kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass ein möglichst hohes SNR bei verschiedenen Umgebungsbedingungen, beispielsweise hinsichtlich der Helligkeit in der Umgebung und/oder der Temperatur in der Umgebung, erreicht wird. Die optischen Detektoren 4a, 4b, 4c können in dunklen Umgebungsbedingungen kalibriert werden, um die erforderliche Sperrspannung zu bestimmen, die erforderlich ist, um bei einer bestimmten Umgebungstemperatur das optimale SNR zu erhalten. Dabei kann angenommen werden, dass die erforderliche Sperrspannung näherungsweise linear als Funktion der Umgebungstemperatur zunimmt, wie schematisch in Fig. 4 dargestellt, wobei die Umgebungstemperatur mit T und die Sperrspannung mit V bezeichnet ist.
Die so bestimmte Sperrspannung, die auch als Dunkelspannung bezeichnet werden kann, kann für die Regelung als Obergrenze für die Sperrspannung der APDs dienen. Darüber hinaus kann die Steuereinheit die Umgebungshelligkeit berücksichtigen, um die Sperrspannung entsprechend anzupassen. Dazu kann die Steuereinheit 3 beispielsweise die Detektorsignale zu entsprechenden Zeitpunkten auswerten, zu denen die Sendeeinheit 5 kein Licht aussendet.
In Fig. 5 ist schematisch die Detektorempfindlichkeit als Verstärkungsfaktor G als Funktion der Zeit t dargestellt. Die gezeigte Kurve kann dabei beispielsweise einer gemittelten Detektorempfindlichkeit oder einer geglätteten Detektorempfindlichkeit entsprechen. Die Detektorempfindlichkeit ist näherungsweise temperaturinvariant, da die temperaturabhängig bestimmte Dunkelspannung berücksichtigt wird.
In Fig. 6 ist die Änderungsrate G‘ der Detektorempfindlichkeit, also die zeitliche Ableitung der Detektorempfindlichkeit G, schematisch dargestellt. Um die Einfahrt des Kraftfahrzeugs 1 in den Tunnel 14 zu detektieren, kann die Steuereinheit 3 die Änderungsrate G‘ beispielsweise mit einem positiven Grenzwert S1 vergleichen. Wie in Fig. 6 zu sehen ist, übersteigt die Änderungsrate G‘ den Grenzwert S1 zu einem Zeitpunkt ti. Um die Ausfahrt aus dem Tunnel 14 zu detektieren, kann die Steuereinheit 3 die Änderungsrate G‘ beispielsweise mit einem negativen weiteren Grenzwert S2 vergleichen. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, unterschreitet die Änderungsrate G‘ den weiteren Grenzwert S2 zu einem Zeitpunkt t2. Auf diese Weise kann frühzeitig die abrupte Helligkeitsänderung, die mit dem Einfahren beziehungsweise Ausfahren in oder aus dem Tunnel 14 verbunden ist, detektiert werden. Vergleicht man den entsprechenden Anstieg und Abfall der Detektorempfindlichkeit G aus Fig. 5 mit dem Verlauf der Änderungsrate G‘ aus Fig. 6, so ist ersichtlich, dass bei einem entsprechenden Vergleich der Detektorempfindlichkeit G mit zugehörigen Grenzwerten erst zu jeweils späteren Zeitpunkten mit ausreichender Zuverlässigkeit auf eine abrupte Helligkeitsänderung im Sinne einer Einfahrt in oder Ausfahrt aus dem Tunnel 14 geschlossen werden könnte.
In Fig. 7 ist das Kraftfahrzeug 1 mit dem Umfeldsensorsystem 2 schematisch in dem Tunnel 14 dargestellt. Ferner ist die Longitudinalachse des Kraftfahrzeugs 1 und des Umfeldsensorsystems 2 schematisch als gestrichelte Linie 11 dargestellt.
Das Blickfeld 12 des Umfeldsensorsystems 2 ist in Richtung des horizontalen Einfallswinkels begrenzt. In verschiedenen Ausführungsformen wird für die Erkennung der abrupten Helligkeitsänderung beziehungsweise der Einfahrt in oder Ausfahrt aus dem Tunnel 14 ein vorgegebener Winkelbereich 13 für den horizontalen Einfallswinkel nicht berücksichtigt. Wie in Fig. 7 dargestellt, ist dieser vorgegebene Winkelbereich 13 beispielsweise symmetrisch um die Longitudinalachse 11 angeordnet. Jedoch können auch asymmetrische Winkelbereiche um die Longitudinalachse 11 sinnvoll sein.
Das Blickfeld 12 ohne den Winkelbereich 13 entspricht daher einem Bereich von Interesse für die Erkennung der abrupten Helligkeitsänderung. Außerhalb des Tunnels 14 ist die Detektorempfindlichkeit G in dem Bereich von Interesse aufgrund der Umgebungshelligkeit durch die beschriebene Regelung entsprechend reduziert. Innerhalb des Tunnels 14 befinden sich jedoch beispielsweise in dem Bereich von Interesse die Wände des Tunnels 14, sodass nur geringfügige Störungen aufgrund einer Deckenbeleuchtung in dem Tunnel 14 beziehungsweise aufgrund von Rücklichtern oder Scheinwerfern weiterer Verkehrsteilnehmer zu befürchten sind. So kann die Zuverlässigkeit der Erkennung der abrupten Helligkeitsänderung weiter verbessert werden.
Wie beschrieben, insbesondere bezüglich der Figuren, erlaubt es das verbesserte Konzept, abrupte Helligkeitsänderungen auch bei höheren Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs schneller festzustellen und so insbesondere das Einfahren in einen Tunnel beziehungsweise das Ausfahren aus einem Tunnel schnell und zuverlässig festzustellen. Die entsprechende Information kann mit Vorteil für die Steuerung des Umfeldsensorsystems verwendet werden, um die Zuverlässigkeit der entsprechenden Messwerte zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich kann ein entsprechender Konfidenzwert für die Messungen abhängig von der Position des Kraftfahrzeugs in oder außerhalb des Tunnels bestimmt werden.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Erkennung einer abrupten Helligkeitsänderung in einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs (1), wobei mittels eines optischen Detektors (4a, 4b, 4c) Licht (7') aus der Umgebung detektiert wird und abhängig von dem detektierten Licht (7') ein Detektorsignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektorempfindlichkeit des Detektors (4a, 4b, 4c) mittels einer Steuereinheit (3) abhängig von dem Detektorsignal eingestellt wird; mittels der Steuereinheit (3) eine Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit bestimmt wird; und mittels der Steuereinheit (3) ein Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung abhängig von der Änderungsrate festgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsrate mittels der Steuereinheit (3) in wenigstens einem Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird und das Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung abhängig von wenigstens einem Ergebnis des wenigstens einen Vergleichs festgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsrate in einem ersten Vergleich mittels der Steuereinheit (3) mit einem vorgegebenen positiven ersten Grenzwert verglichen wird und das Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung abhängig von einem Ergebnis des ersten Vergleichs festgestellt wird; und/oder die Änderungsrate in einem zweiten Vergleich mittels der Steuereinheit (3) mit einem vorgegebenen negativen zweiten Grenzwert verglichen wird und das Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung abhängig von einem Ergebnis des zweiten Vergleichs festgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die abrupte Helligkeitsänderung mittels der Steuereinheit (3) abhängig von dem Ergebnis des ersten Vergleichs als Einfahrt des Kraftfahrzeugs (1) in einen Tunnel (14) klassifiziert wird; und/oder die abrupte Helligkeitsänderung mittels der Steuereinheit (3) abhängig von dem Ergebnis des zweiten Vergleichs als Ausfahrt des Kraftfahrzeugs (1 ) aus einem Tunnel (14) klassifiziert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (3) abhängig von dem Detektorsignal ein Istwert für eine ein Rauschen des optischen Detektors (4a, 4b, 4c) betreffende Kenngröße bestimmt wird und die Detektorempfindlichkeit abhängig von dem Istwert eingestellt wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngröße auf einen vorgegebenen Sollwert oder Sollbereich geregelt wird, wobei die Detektorempfindlichkeit von einer Stellgröße für die Regelung abhängt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einfallswinkel des detektierten Lichts (7) bestimmt wird; die Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit durch die Steuereinheit (3) bei der Feststellung des Vorliegens der abrupten Helligkeitsänderung nicht berücksichtigt wird, wenn der Einfallswinkel innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs liegt. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbereich ein Intervall [-Wo, Wo] enthält, wobei Wo ein positiver Wert für den Einfallswinkel ist und ein Einfallswinkel von Null Licht (7') entspricht, dass sich entgegengesetzt zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs (1) ausbreitet. Umfeldsensorsystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1), das Umfeldsensorsystem (2) aufweisend einen optischen Detektor (4a, 4b, 4c), der dazu eingerichtet ist, Licht (7') aus einer Umgebung des Umfeldsensorsystems (2) zu detektieren und basierend auf dem detektierten Licht (7') ein Detektorsignal zu erzeugen; und eine Steuereinheit (3), die dazu eingerichtet ist, eine Detektorempfindlichkeit des Detektors (4a, 4b, 4c) abhängig von dem Detektorsignal einzustellen; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) dazu eingerichtet ist, eine Änderungsrate der Detektorempfindlichkeit zu bestimmen und das Vorliegen einer abrupten Helligkeitsänderung abhängig von der Änderungsrate festzustellen. Umfeldsensorsystem (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Detektor (4a, 4b, 4c) eine in Sperrrichtung betreibbare Fotodiode aufweist; die Steuereinheit (3) dazu eingerichtet ist, eine Sperrspannung für den Betrieb der Fotodiode in Sperrrichtung bereitzustellen; und die Detektorempfindlichkeit von der Sperrspannung abhängt. Umfeldsensorsystem (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) dazu eingerichtet ist, abhängig von dem Detektorsignal einen Istwert für eine ein Rauschen des optischen Detektors (4a, 4b, 4c) betreffende Kenngröße zu bestimmen und die Detektorempfindlichkeit abhängig von dem Istwert einzustellen. Umfeldsensorsystem (2) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) dazu eingerichtet ist, die Kenngröße auf einen vorgegebenen Sollwert oder Sollbereich zu regeln, wobei die Sperrspannung als Stellgröße für die Regelung dient. Umfeldsensorsystem (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Umfeldsensorsystem (2) als Lidarsystem ausgestaltet ist, insbesondere als Laserscanner. Umfeldsensorsystem (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) dazu eingerichtet ist, die Änderungsrate in wenigstens einem Vergleich mit wenigstens einem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen und das Vorliegen der abrupten Helligkeitsänderung abhängig von wenigstens einem Ergebnis des wenigstens einen Vergleichs festzustellen. Computerprogrammprodukt mit Befehlen, welche bei Ausführung durch ein Umfeldsensorsystem (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 14 das Umfeldsensorsystem (2) dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
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