DE102005003969A1

DE102005003969A1 - Verfahren zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit einer Sensoranordnung und Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102005003969A1
Application number: DE102005003969A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl.-Ing. Linzmeier; Michael Dipl.-Ing. Skutek
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit einer Senosoranordnung an einem Kraftfahrzeug (1) und eine Sensoranordnung, in der dieses Verfahren implementiert ist. DOLLAR A Hierzu werden Sensorsignale aus den Erfassungsbereichen (5, 6, 7) verschiedener einzelner Sensoren (2, 3, 4) aus einem bestimmten Umgebungsbereich miteinander in Bezug gesetzt, wobei der Umgebungsbereich nicht vollständig von jedem der beteiligten Sensoren erfasst werden muss. DOLLAR A Die Erfindung gewährleistet die einfache Realisation eines Selbstdiagnoseverfahrens für eine Sensoranordnung an Kraftfahrzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit einer Sensoranordnung an einem Kraftfahrzeug und eine Sensoranordnung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9.
Mit der Verbreitung von modernen Komfort- und Sicherheitssystemen in Fahrzeugen kommt Sensoranordnungen als wesentlichen Komponenten derartiger Systeme eine erhöhte Bedeutung zu. Ultraschallsensoren unterstützen den Fahrer bei Einparkmanövern, Radar- und Lidarsensoren ermöglichen bspw. den Einsatz von Abstandsregeltempomaten und leisten als Bestandteile von Pre-Crash-Systemen wertvolle Beiträge zur Sicherheit der Fahrzeuginsassen.
Es versteht sich von selbst, dass für eine sichere Anwendung der genannten Systeme eine zuverlässige Überwachung der Funktionsfähigkeit der verwendeten Sensoren unerlässlich ist.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Ansätze zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit von Sensoranordnungen vorgestellt.

So wird in der deutschen Patentschrift DE 196 41 261 C1 ein Verfahren zur Bewertung der Messqualität eines Entfernungsmesssensors an einem autonomen mobilen System vorgestellt, das darauf beruht, dass die Umgebung auf eine zellular strukturierte Umgebungskarte abgebildet wird.

Dabei wird je Zelle die Anzahl der Sensoren abgespeichert, welche diese Zelle vermessen haben und dazu eindeutig identifizierbar angegeben, welche Sensoren diese Zelle in welcher Weise klassifiziert haben.

Die Messqualität wird anhand der Ergebnisse, welche die einzelnen Sensoren für die jeweilige Zelle geliefert haben, bestimmt. Dazu wird bewertet, in wie weit sich die Klassifizierungen der einzelnen Sensoren bestätigen. Diejenigen Sensoren, deren Messergebnisse von einer großen Anzahl anderer Sensoren abweichen, werden als schadhaft eingestuft.

Das beschriebene Verfahren zeigt jedoch erhebliche Komplexität. So ist es für den erfolgreichen Einsatz des Verfahrens erforderlich, dass die Zellen der Umgebungskarte genau definiert sind und für jede Zelle bekannt ist, von welchen Sensoren Messwerte aus ihr aufgenommen werden. Diese Eigenschaften führen zu einer erheblichen Fehleranfälligkeit der im Stand der Technik vorgestellten Lösung.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit einer Sensoranordnung sowie eine Sensoranordnung anzugeben, die eine einfache und sichere Einschätzung der Funktionsfähigkeit der Anordnung gestattet.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren bzw. die Sensoranordnung mit den in den Patentansprüchen 1 bzw. 9 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte spezielle Realisationsformen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit einer Sensoranordnung an einem Kraftfahrzeug beruht darauf, dass Sensorsignale aus dem Erfassungsbereich verschiedener einzelner Sensoren aus einem bestimmten Umgebungsbereich zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit der Sensoranordnung mit einander in Bezug gesetzt werden, wobei der Umgebungsbereich nicht vollständig von jedem der beteiligten Sensoren erfasst wird.

Mit anderen Worten wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Funktionsfähigkeit der Sensoranordnung dadurch bestimmt, dass Sensorsignale von Sensoren mit einander in Bezug gesetzt werden, deren Erfassungsbereiche nicht notwendigerweise identisch sein müssen. Es genügt nach der Lehre der vorliegenden Erfindung, die Erfassungsbereiche der einzelnen an der Messung beteiligten Sensoren so zu wählen, dass sie einen ähnlichen Bereich in der Umgebung abdecken bzw. sich teilweise überlappen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Sensorsignale von Sensoren miteinander in Bezug gesetzt werden, die sich an der Fahrzeugvorderseite befinden und dadurch in wesentlichen dem Bereich vor dem Fahrzeug abdecken.

Im Unterschied zum Stand der Technik wird also durch das erfindungsgemäße Verfahren keine räumlich fest definierte Zelle festgelegt, sondern die einzige Bedingung an die Erfassungsbereiche der beteiligten Sensoren besteht darin, dass sie im wesentlichen den selben Umgebungsbereich im Fahrzeugumfeld erfassen.

Es ist insbesondere nicht die Bedingung zu erfüllen, dass der zur Ermittlung der Funktionsfähigkeit der Sensoranordnung betrachtete Umgebungsbereich vollständig im Erfassungsbereich jedes der zur Auswertung herangezogenen Sensoren liegt. Hierin liegt ein wesentlicher Unterschied zu dem eingangs ausgeführten Stand der Technik: Das in der DE 196 41 261 C1 vorgestellten Verfahren funktioniert nur dann, wenn die betrachtete Zelle vollständig im Erfassungsbereich aller betrachteten Sensoren liegt. Dies führt dazu, dass für eine einwandfreie Funktion des im Stand der Technik vorgestellten Verfahrens Kalibrierungsmessungen notwendig sind. Derartige Messungen sind nach der Lehre der vorliegenden Erfindung nicht notwendig.

Die einzelnen Sensorsignale der verwendeten Sensoren können beispielsweise dadurch miteinander in Bezug gesetzt werden, dass auf sie statistische Verfahren wie beispielsweise eine Mittelung angewendet werden.

Es genügt dann, wenn das erfindungsgemäße System so ausgelegt wird, dass die Anwendung dieser statistischen Verfahren möglich wird; eine Kalibrierungsmessung erübrigt sich in diesem Fall.

Eine vorteilhafte Variante der Erfindung besteht darin, dass die Auswertung der Sensorsignale eine Bestimmung der Anzahl erfasster Messereignisse in dem bestimmten Umgebungsbereich umfasst. Messereignisse können beispielsweise Reflexionen von Objekten im Erfassungsbereich des Sensors darstellen. Dabei können mehrere Reflexionen von einem Objekt herrühren. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Aufwand zur Auswertung der Sensorsignale gering gehalten wird; die Anzahl erfasster Messereignisse ist oftmals ohnehin ein aus dem Sensorsignal gewonnener Parameter.

Zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren bieten sich insbesondere Radarsensoren, Infrarotsensoren wie bspw. Thermopiles oder Pyrodetektoren oder auch Ultraschallsensoren an.

Es wurde oben bereits ausgeführt, dass eine der Voraussetzungen des erfolgreichen Einsatzes des erfindungsgemäßen Verfahrens darin besteht, dass sich die Bedingungen in dem betrachteten Umgebungsbereich während der Vorbeifahrt nicht wesentlich ändern, um einen sinnvollen Vergleich der aufgenommenen Messsignale zu ermöglichen. Hieraus ergibt sich unmittelbar, dass das erfindungsgemäße Verfahren oberhalb einer bestimmten minimalen Fahrzeuggeschwindigkeit in optimaler Weise angewendet werden kann. Mit wachsender Fahrzeuggeschwindigkeit verkürzt sich der Zeitraum, in dem der bestimmte Umgebungsbereich von den Sensoren erfasst wird. Dies führt dazu, dass dynamische Änderungen in dem bestimmten Umgebungsbereich oberhalb einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit weniger ins Gewicht fallen.

Ebenso kann es bei einer Auswertung auf Basis der Anzahl erfasster Messereignisse von Vorteil sein, die Bestimmung der Funktionsfähigkeit der Sensoranordnung erst ab einer bestimmten Mindestanzahl von in dem bestimmten Umgebungsbereich erfassten Messereignissen vorzunehmen. Diese Verfahrensweise beruht auf der Überlegung, dass statistische Verfahren erst ab einer bestimmten Mindestanzahl betrachteter Ereignisse eine ausreichende Genauigkeit und damit Zuverlässigkeit zeigen.

Darüber hinaus ist es selbstverständlich denkbar, Messergebnisse von Sensoren, die auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen, zur Überwachung der Funktionsfähigkeit einer Sensoranordnung miteinander in Bezug zu setzen. In diesem Fall kann es erforderlich sein, bei der Bestimmung der Mittelwerte von Messereignissen wie beispielsweise der Anzahl erfasster Messereignisse einen Gewichtungsfaktor w_j einzuführen, der den unterschiedlichen Charakteristika der verschiedene Sensoren Rechnung trägt.

Eine Sensoranordnung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Auswerteeinheit zeigt, die geeignet ist, Sensorsignale aus dem Erfassungsbereich verschiedener einzelner Sensoren aus einem bestimmten Umgebungsbereich mit einander in Bezug zu setzen. Diese Auswerteeinheit kann beispielsweise als Mikrocomputer realisiert sein. Der Erfassungsbereich mindestens eines der beteiligten Sensoren erfasst dabei den bestimmten Umgebungsbereich nicht vollständig.

Nachfolgend soll eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung anhand der 1 näher ausgeführt werden.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, das mit einer Sensoranordnung ausgestattet ist, die die drei einzelnen Sensoren 2, 3 und 4 aufweist. Die Erfassungsbereiche 5, 6 und 7 der einzelnen Sensoren 2, 3 und 4 sind durch die eingezeichneten Kreisausschnitte dargestellt. Als bestimmter Umgebungsbereich kann im vorliegenden Fall der Bereich betrachtet werden, der im Erfassungsbereich mindestens eines der drei Sensoren 2, 3 und 4 liegt. Damit gehört auch ein Teilbereich zu dem bestimmten Umgebungsbereich, der lediglich im Erfassungsbereich 5 des Sensors 2, nicht jedoch in den Erfassungsbereichen 6 und 7 der Sensoren 3 und 4 liegt.
Bei einwandfreier Funktion jedes der Sensoren misst Sensor 2 8 Objekte, Sensor 3 9 Objekte und Sensor 4 8 Objekte.
Die durchschnittliche Anzahl μ_m erfasster Messereignisse pro Sensor berechnet sich dann zu
Die obige Doppelsumme entspricht einer Addition aller erfasster Messereignisse n aller Sensoren m über alle F Messzyklen mit Startwert k für den ersten der betrachteten Zyklen.
Die durchschnittliche Anzahl μ_j erfasster Messereignisse wird nun für einen einzelnen Sensor j berechnet:
Falls μ_j unterhalb einer Schwelle bezogen auf die durchschnittliche Zielanzahl aller Sensoren liegt:
handelt es sich um eine Verschlechterung der Detektionsleistung bzw. um einen Ausfall des Sensors.
Zur Durchführung dieses Verfahrens ist es notwendig, folgende Nebenbedingungen einzuhalten:
Die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 muss sich oberhalb einer bestimmten Schwelle befinden, um das Aufbauen einer Statistik durch eine gleichmäßige Verteilung der Ziele in der Erfassungsbereichen der Sensoren zu ermöglichen. Weiterhin ist eine verlässliche Aussage nur bei Vorhandensein einer Mindestzahl an Zielen möglich.
Der Zeitpunkt i ist auch durch einen Zeitabschnitt ΔT ersetzbar, mit: ΔT << ∂(F)∂(F) ist dabei der Zeitraum, in dem F Messzyklen erfolgen.
Selbstverständlich lässt sich das vorgestellte Verfahren nicht nur im Frontbereich eines Fahrzeuges vorteilhaft einsetzen; es ist insbesondere überall dort von Nutzen, wo verschiedene Sensoren einen ähnlichen räumlichen Bereich rund um das Fahrzeug überwachen. So kann das Verfahren beispielsweise dazu verwendet werden, die Funktionsfähigkeit einer Anordnung von Ultraschallsensoren als Komponenten eines Einparkhilfe-Systemes zu überwachen.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine einfache Möglichkeit zur Selbstdiagnose von Sensoranordnungen an Kraftfahrzeugen darstellen. Sie leisten damit einen wertvollen Beitrag zur Verbesserung der Funktionalität von Sensoranordnungen zur Umfeldsensierung an Kraftfahrzeugen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit einer Sensoranordnung an einem Kraftfahrzeug (1), wobei Sensorsignale aus dem Erfassungsbereich (5, 6, 7) verschiedener einzelner Sensoren (2, 3, 4) aus einem bestimmten Umgebungsbereich zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit der Sensoranordnung mit einander in Bezug gesetzt werden dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungsbereich nicht vollständig von jedem der beteiligten Sensoren (2, 3, 4) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Sensorsignale eine Bestimmung der Anzahl von Messereignissen in dem bestimmten Umgebungsbereich umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radarsensor als Sensor (2, 3, 4) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Infrarotsensor, insbesondere ein Thermopile oder Pyrodetektor als Sensor (2, 3, 4) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ultraschallsensor als Sensor (2, 3, 4) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lidarsensor als Sensor (2, 3, 4) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Funktionsfähigkeit der Sensoranordnung oberhalb einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 2–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Funktionsfähigkeit der Sensoranordnung oberhalb einer bestimmten Anzahl erfasster Messereignisse aktiviert wird.
Sensoranordnung an einem Kraftfahrzeug (1), mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit der Sensoranordnung, die geeignet ist, Sensorsignale aus dem Erfassungsbereich (5, 6, 7) verschiedener einzelner Sensoren (2, 3, 4) aus einem bestimmten Umgebungsbereich mit einander in Bezug zu setzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich mindestens eines der beteiligten Sensoren (2, 3, 4) den Umgebungsbereich nicht vollständig erfasst.