DE102006020391B4

DE102006020391B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion und Identifikation von Objekten mit geringer Höhenausdehnung

Info

Publication number: DE102006020391B4
Application number: DE102006020391A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dohmke Thomas; Dipl.-Ing. Kolbe Uli; Dipl.-Math. Joos Armin; Dr.-Ing. Schmid Volker
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2026-04-29
Also published as: DE102006020391A1

Abstract

Verfahren zur Detektion und Identifikation von Objekten (7) mit geringer Höhenausdehnung auf einer in Fahrtrichtung (3) vor einem Fahrzeug (1) befindlichen Fahrbahn (2), bei welchem durch Aussenden elektromagnetischer Strahlung in Fahrtrichtung (3) vor das Fahrzeug (1) ein Bereich der sich dort befindlichen Fahrbahn (2) ausgeleuchtet wird, bei welchem Teile der aus diesem Bereich reflektierten elektromagnetischen Strahlung empfangen und einer Auswertung hinsichtlich dort detektierbarer Objekte (7) unterzogen wird, und bei welchem bei Detektion eines Objekts (7) ein hieraus resultierendes Gefährdungspotential in Bezug auf den Fahrbetrieb abgeleitet wird, um dementsprechend auf ein Fahrerassistenzsystem einzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierte elektromagnetische Strahlung aus wenigstens zwei in Bezug zur Fahrbahnoberfläche unterschiedlich geneigten Winkeln oder Winkelbereichen (5, 6, 9) ausgewertet wird, dass ein Objekt (7) als Objekt mit geringer Höhenausdehnung identifiziert wird, wenn es in der reflektierten Strahlung aus einem zur Fahrbahnoberfläche steileren Winkel oder Winkelbereich (6, 9) detektiert wird...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion und Identifikation von Objekten mit geringer Höhenausdehnung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 4.
Zur Erhöhung der Sicherheit werden moderne Kraftfahrzeuge zunehmend mit Hinderniserkennungseinrichtungen versehen, welche Objekte im dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrweg erkennen und hiervor den Fahrzeugführer warnen bzw. diesbezüglich aktiv regelnd in die Fahrzeugdynamik eingreifen.
So wird beispielsweise in der DE 10151594C1 eine Auswertung von zweidimensionalen Abstandsbildern für eine Hinderniserkennung in Fahrzeugen gezeigt. Die Abstandsbilder repräsentieren dabei eine in zwei Richtungen abgetastete Szene der Fahrzeugumgebung und liegen in Form einer zweidimensionalen Abstandsmatrix mit Abstandswerten vor. Im Rahmen einer Objektklassifikation werden einzelne Abtastpunkte der Umgebungsszene anhand der Abstandsmatrix mit den zum jeweiligen zugeordneten Abtastpunkt entsprechenden Abstandswerten nach ihrer Relevanz klassifiziert. Durch die Auswertung von aus Bodenreflexionen resultierenden Abstandswerten könnte dabei die Fahrbahn irrtümlich als Hindernis identifiziert werden. Aus diesem Grund wird mittels eines Schwellwerts vorausgesetzt, dass ein Objekt nur dann als relevantes Hindernis eingestuft wird, wenn dieses in mehreren benachbarten Abtastebenen, d. h. Zeilen der Abstandsmatrix, abgetastet wird.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 103 51 915 A1 wird eine Überwachungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, welche mittels eines hochauflösenden, scannenden Radarsystems die Umgebung vor einem Fahrzeug erfasst. Hierbei werden detektierte Objekte hinsichtlich ihrer Entfernung, Lage und Größe vermessen und hiervon ausgehend gegebenenfalls als Hindernis eingestuft. Sind Hindernisse im Bereich vor dem Fahrzeug gegeben, werden für den Führer des Kraftfahrzeuges optische oder akustische Warnungen erzeugt. Durch die vorgeschlagene Verwendung eines im 3-dimensionalen Raum frei schwenkbaren eng gebündelten Erfassungsbereichs ergibt sich zwar eine sehr gute Möglichkeit der Vermessung der detektierten Objekte, was jedoch mit hoher Sensorkomplexität und -kosten, sowie hohem Verarbeitungsaufwand einhergeht.
Demgegenüber zeigt die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 52 691 A1 ein wesentlich kostengünstigeres Sensorsystem an der Front eines Kraftfahrzeuges, welches auf eine hohe Sensorauflösung in der Ebene senkrecht zu dessen Fahrrichtung verzichtet. Hierbei wird mittels eines Millimeterwellen-Radars, welches einen Strahlöffnungswinkel von mehreren Grad aufwest, ein begrenzter Fahrbahnausschnitt in einiger Entfernung vor dem Kraftfahrzeug ausgeleuchtet. Durch eine intelligente Signalverarbeitung wird erreicht, dass von den detektierte Objekte auch ohne eine explizite Vermessung im Sinne der DE 103 51 915 A1 zumindest diejenigen identifiziert werden können, welche eine geringe Höhenausdehnung aufweisen und somit kein Hindernis darstellen. Um dies zu erreichen wird der Verlauf der von dem Objekt rückgestreuten Radarstrahlung (Empfangspegel) bei dessen Austritt aus dem Erfassungsbereich analysiert. Dabei wird dann auf ein nicht beachtliches Objekt mit geringer Höhenausdehnung geschlossen, wenn die Abnahmerate des Empfangspegels bei einem kurzen Abstand gleich oder kleiner als ein bestimmter Schwellwert ist, und wenn gleichzeitige der Absolutwert des Empfangspegels gleich oder kleiner als ein weiterer Schwellenwert ist. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, dass das Rückstreuverhalten von Objekten nicht nur von deren Größe, sondern insbesondere auch von deren Material und Form abhängt, so dass die Bestimmung der beiden für die Identifikation der Objekte geringer Höhe notwendigen Schwellwerte mit starken Unsicherheiten behaftet ist.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 021561 A1 ist ein Verfahren zur Detektion und Identifikation von Objekten mit geringer Höhenausdehnung auf einer in Fahrtrichtung vor einem Fahrzeug befindlichen Fahrbahn bekannt, bei welchem durch Aussenden elektromagnetischer Strahlung in Fahrtrichtung vor das Fahrzeug ein Bereich der sich dort befindlichen Fahrbahn ausgeleuchtet wird. Hierbei werden Teile der aus diesem Bereich reflektierten elektromagnetischen Strahlung empfangen und einer Auswertung hinsichtlich dort detektierbarer Objekte unterzogen. Bei Detektion eines Objekts wird ein hieraus resultierendes Gefährdungspotential in Bezug auf den Fahrbetrieb abgeleitet, um entsprechend auf ein Fahrerassistenzsystem einzuwirken, wobei Objekte mit geringer Höhenausdehnung identifiziert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren und eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu finden, mittels welcher durch einfache Signalverarbeitung, insbesondere in Verbindung mit kostengünstigen Sensoren, eine Identifikation von unbeachtlichen Objekten mit geringer Höhenausdehnung im Fahrweg eines Kraftfahrzeuges möglich ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Zur Detektion und Identifikation von Objekten mit geringer Höhenausdehnung auf einer in Fahrtrichtung vor einem Fahrzeug befindlichen Fahrbahn, wird mittels wenigstens eines Senders elektromagnetische Strahlung in Fahrtrichtung vor das Fahrzeug ausgesandt. Hierbei wird ein Bereich der sich dort befindlichen Fahrbahn ausgeleuchtet. Aus diesem Fahrbahnbereich werden sodann mittels wenigstens eines Empfängers Teile der von diesem Bereich reflektierten elektromagnetischen Strahlung empfangen und einer Auswertung hinsichtlich dort detektierbarer Objekte unterzogen. Hierbei wird bei der Detektion eines Objekts ein hierdurch gegebenes Gefährdungspotential in Bezug auf den Fahrbetrieb abgeleitet, um dementsprechend auf ein Fahrerassistenzsystem einzuwirken.
In erfinderischer Weise wird die reflektierte elektromagnetische Strahlung aus wenigstens zwei in Bezug zur Fahrbahnoberfläche unterschiedlich geneigten Winkeln oder Winkelbereichen ausgewertet. Ausgehend von dieser Auswertung wird dann ein Objekt als Objekt mit geringer Höhenausdehnung identifiziert, wenn es in der reflektierten Strahlung aus einem zur Fahrbahnoberfläche steileren Winkel oder Winkelbereich detektiert wird, während es gleichzeitig in der reflektierten Strahlung aus einem bezüglich der Fahrbahnoberfläche flacheren Winkel oder Winkelbereich nicht detektiert wurde. Wird einem Objekt derart eine geringe Höhenausdehnung zugeschrieben, so wird ihm kein beachtliches Gefährdungspotential beigemessen, so dass kein Einwirken auf ein Fahrerassistenzsystem erfolgt.
In besonders vorteilhafter Weise macht sich die Erfindung die Tatsache zu Nutze, dass bei den für den Fahrbetrieb unbeachtlichen Objekten mit geringer Höhenausdehnung (beispielsweise Getränkebecher oder -dosen oder Papiertüten) eine genaue Kenntnis über deren Abmessung nicht von Interesse ist. So wird gewinnbringend eine Identifikation möglich welche auf aufwendige Signalverarbeitung oder hochauflösende Radarsensorik verzichten kann.
Während sich die Erfindung selbstverständlich auch mittels der gezielten Auswertung unterschiedlich ausgerichteter Empfangszweige eines hochauflösenden Radarsystems realisieren lässt, eignet sie vor allem für die gemeinsame Verwendung mit einer Mehrzahl von Radargeräten mit relativ breitem Empfangsbereich, welche in Bezug auf die Fahrbahnoberfläche unter einem anderen Winkel am Fahrzeug ausgerichtet sind.
Dabei kann es sich bei den mehreren Radarsystemen beispielsweise um mehrere Millimeterwellenradare oder mehrere Laserradare (Lidar) handeln oder aber auch aus einer Mischung aus beiden Arten von Systemen. Dabei ist eine Kombination unterschiedlicher Radarsysteme völlig unproblematisch, da erfindungsgemäß nicht sensor-spezifische Eigenschaften der Reflektionssignale ausgewertet werden, sondern im Wesentlichen nur eine Test auf des Vorhandenseins von Reflektionssignalen als solcher stattfindet.
In besonders gewinnbringender Weise steht die erfindungsgemäße Vorrichtung mit wenigstens einem Fahrerassistenzsystem in Verbindung mittels welchem die Fahrdynamik Einfluss genommen werden kann und/oder Warnsignalgeber aktivieren werden können. So könnte beispielsweise bei Detektion und Identifikation eines im Fahrweg befindlichen beachtlichen Objekts ein Notbremssystem oder ein System zur Unfallfolgenminderung („Pre-Safe”) aktiviert werden. Auch ist es sehr wohl denkbar, das der Fahrzeugführer oder im Umfeld des Fahrzeugs befindliche Personen durch akustische, optische oder haptische Warnsignalgeber vor einem beachtlichen Objekt im Fahrweg des Fahrzeuges gewarnt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren im Detail erläutert. Dabei zeigt
1 die schematisch die Realisierung der Erfindung auf Basis eines einzigen Radarsystems (4)
2 eine zur 1 alternaive Ausgestaltung der Erfindung bei der zwei Radarsysteme (4, 8) genutzt werden.
Die 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1, welches sich auf einer Fahrbahn 2 in Fahrtrichtung 3 bewegt. Hierbei wird mittels eines Radarsystems 4 elektromagnetische Energie auf die Oberfläche der Fahrbahn 2 in den Bereich vor dem Fahrzeug 1 ausgestrahlt. Dabei handelt es sich bei dem Radarsystem 4 um ein Hochauflösendes Radarsystem mit mehreren eng gebündelten Empfangszweigen. Zur Vereinfachung der Darstellung und des Verständnisses der Erfindung wurden in der schematischen Darstellung in 1 einzig zwei Erfassungsbereiche 5 und 6 dargestellt, welche in Bezug auf die Oberfläche der Fahrbahn 2 unterschiedlich geneigt sind. Hierbei weist der Erfassungsbereich 6 gegenüber dem Erfassungsbereich 5 eine steilere Neigung auf. Wenn sich das Fahrzeug 1 in Fahrtrichtung 3 entlang der Fahrbahn 2 bewegt, wird ein Objekt 7 erst in den Erfassungsbereich 5 des Radarsystems 4 eintreten und zu einem späteren Zeitpunkt sich auch im Erfassungsbereich 6 finden. Die Signalverarbeitung des Radarsystems 4 ist nun so gestaltet, dass sie bei Detektion des Objekts 7 in dem gegenüber der Fahrbahn 2 steiler geneigten Erfassungsbereich bzw. -winkel, den Erfassungsbereich 5 dahingehend untersucht, ob auch darin das Objekt 7 detektiert werden kann. Ist dies der Fall, so handelt es sich bei dem Objekt 7 um ein Objekt, welches derart hoch ist, dass es sich von der Fahrbahnoberfläche bis hinauf in den Erfassungsbereich 5 erstreckt und somit eine beachtliche Höhe aufweist. Anderenfalls wird das Objekt 7 nur eine derartig geringe Höhenausdehnung aufweisen, dass es nur im Erfassungsbereich 6 detektiert werden kann und ihm kein beachtliches Gefährdungspotential beigemessen zu werden braucht. In diesem Fall kann ein Einwirken auf ein Fahrerassistenzsystem unterbleiben.
Die 2 zeigt eine zu 1 alternative Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher an Stelle eines einzelnen Radarsystems zwei Radarsysteme 4, 8 zur Detektion und Identifikation von vor dem Fahrzeug 1 befindlichen Objekten verwendet werden. Bei einem derartigen System kann es sich beispielsweise um ein kombiniertes System bestehend aus einem Fernbereichsradar 4 und eines Nahbereichsradar 8 handeln. Hierbei ist es selbstverständlich möglich, dass die beiden Radare 4, 8 unterschiedliche Messprinzipien anwenden, und beispielsweise durch eine Kombination aus Millimeterwellen- und Laserradar realisiert werden. Die beiden Radarsysteme 4, 8 decken mit ihren beiden Erfassungsbereichen 5, 9 unterschiedliche Bereiche der in Fahrtrichtung 3 vor dem Fahrzeug 1 liegenden Fahrbahn 2 ab. Hierbei ist es nicht unbedingt notwendig, dass sich die auf der Fahrbahn ausgeleuchteten Bereiche überlappen bzw. dass diese nahtlos aneinander schließen. Analog zu dem mit 1 beschriebenen Beispiel, wird auch hier ein im Erfassungsbereich 9 detektiertes Objekt 7 als ein Objekt mit geringer Höhenausdehnung identifiziert, wenn es nicht gleichzeitig auch in dem Erfassungsbereich 5, welcher unter einem zur Fahrbahnoberfläche flacheren Winkel ausgerichtet ist, erfasst wird. Bei einem derart niedrigen Objekt (Schachtdeckel, Dose) ist ein Einwirken auf ein Fahrerassistenzsystem zur Warnung des Fahrers oder zur Einwinkung auf die Fahrdynamik nicht notwendig.

Claims

Verfahren zur Detektion und Identifikation von Objekten (7) mit geringer Höhenausdehnung auf einer in Fahrtrichtung (3) vor einem Fahrzeug (1) befindlichen Fahrbahn (2), bei welchem durch Aussenden elektromagnetischer Strahlung in Fahrtrichtung (3) vor das Fahrzeug (1) ein Bereich der sich dort befindlichen Fahrbahn (2) ausgeleuchtet wird, bei welchem Teile der aus diesem Bereich reflektierten elektromagnetischen Strahlung empfangen und einer Auswertung hinsichtlich dort detektierbarer Objekte (7) unterzogen wird, und bei welchem bei Detektion eines Objekts (7) ein hieraus resultierendes Gefährdungspotential in Bezug auf den Fahrbetrieb abgeleitet wird, um dementsprechend auf ein Fahrerassistenzsystem einzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierte elektromagnetische Strahlung aus wenigstens zwei in Bezug zur Fahrbahnoberfläche unterschiedlich geneigten Winkeln oder Winkelbereichen (5, 6, 9) ausgewertet wird, dass ein Objekt (7) als Objekt mit geringer Höhenausdehnung identifiziert wird, wenn es in der reflektierten Strahlung aus einem zur Fahrbahnoberfläche steileren Winkel oder Winkelbereich (6, 9) detektiert wird während es gleichzeitig in der reflektierten Strahlung aus einem bezüglich der Fahrbahnoberfläche flacheren Winkel oder Winkelbereich (5) nicht detektiert wurde, wobei diesem Objekt (7) sodann kein beachtliches Gefährdungspotential beigemessen wird, so dass kein Einwirken auf ein Fahrerassistenzsystem erfolgt.
Verfahren nach Patenanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Identifikation von Objekten (7) mit geringer Höhenausdehnung die reflektierte Strahlung aus zwei unterschiedlich ausgerichteten Empfangszweigen eines einzelnen Radarsystems (4) ausgewertet wird.
Verfahren nach Patenanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Identifikation von Objekten (7) mit geringer Höhenausdehnung die reflektierte Strahlung unterschiedlich ausgerichteter Radarsysteme (4, 8) ausgewertet wird.
Vorrichtung zur Detektion und Identifikation von Objekten (7) mit geringer Höhenausdehnung auf einer in Fahrtrichtung (3) vor einem Fahrzeug (1) befindlichen Fahrbahn (2), umfassend wenigstens einen Sender im Fahrzeug (1), der so angebracht ist, dass er elektromagnetische Strahlung in einen Bereich der in Fahrtrichtung (3) vor dem Fahrzeug (1) liegenden Fahrbahn (2) ausstrahlt, umfassend wenigstens einen Empfänger zum Empfang der aus diesem Bereich reflektierten elektromagnetischen Strahlung, sowie umfassend eine Signalverarbeitungseinheit zur Auswertung der empfangen Signale hinsichtlich detektierbarer Objekte (7), wobei die Signalverarbeitungseinheit so ausgestaltet ist, dass bei Detektion eines Objekts (7) ein hieraus resultierendes Gefährdungspotential in Bezug auf den Fahrbetrieb abgeleitet wird, um dementsprechend auf ein Fahrerassistenzsystem einzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit derart gestaltet ist und so mit dem wenigstens einen Empfänger verschaltet ist, dass sie zur Identifikation eines Objekts (7) mit geringer Höhenausdehnung die reflektierte elektromagnetische Strahlung aus wenigstens zwei in Bezug zur Fahrbahnoberfläche unterschiedlich geneigten Winkeln oder Winkelbereichen (5, 6, 9) ausgewertet, wobei ein Objekt (7) als Objekt mit geringer Höhenausdehnung identifiziert wird, wenn es in der reflektierten Strahlung aus einem zur Fahrbahnoberfläche steileren Winkel oder Winkelbereich (6, 9) detektiert wird während es gleichzeitig in der reflektierten Strahlung aus einem bezüglich der Fahrbahnoberfläche flacheren Winkel oder Winkelbereich (5) nicht detektiert wurde, und dass die Vorrichtung eine Einheit zur Gefahrenschätzung umfasst welche mit einem Fahrerassistenzsystem in Verbindung steht, und welche einem Objekt (7) geringer Höhenausdehnung kein beachtliches Gefahrenpotential beimisst.
Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehrere Sender und Empfänger umfasst, welche unterschiedlichen Radarsystemen (4, 8) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den mehreren Radarsystemen (4, 8) um Millimeterwellenradare und/oder Laserradare (Lidar) handelt.