DE10200944A1

DE10200944A1 - Verfahren zum automatischen Korrigieren von Ausgangswerten eines Abstandssensors bei einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE10200944A1
Application number: DE10200944A
Authority: DE
Inventors: Thomas Sauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-01-12
Filing date: 2002-01-12
Publication date: 2003-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Korrigieren von Ausgangswerten eines Abstandssensors bei einem Fahrzeug, das sich auf einer Bahn fortbewegt, das die Schritte umfasst: Aussenden wenigstens eines elektromagnetischen Pulses durch den Abstandssensor, Erfassen einer Amplitude eines von einem Gegenstand reflektierten elektromagnetischen Reflexionssignals in Abhängigkeit von einem Winkel gegenüber einer Abstandssensorachse, Ermitteln eines Querbestandes des Gegenstands von der Bahn des Fahrzeugs, Vergleichen von mehreren Querabstandswerten und Ermitteln eines Korrekturwinkels für den Abstandssensor aus dem Vergleichsergebnis. DOLLAR A Um Ausgangswerte eines Abstandssensors eines Kraftfahrzeuges auch dann automatisch korrigieren zu können, wenn sich das Fahrzeug nicht geradlinig fortbewegt, wird gleichzeitig ein erstes Reflexionssignal von einem ersten Gegenstand und ein zweites Reflexionssignal von einem zweiten Gegenstand erfasst und ein erster und zweiter Querabstandswert ermittelt und und eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Reflexionssignal ermittelt und der Korrekturwinkel für den Abstandssensor aus der Phasendifferenz ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Korrigieren von Ausgangswerten eines Abstandssensors bei einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Für die korrekte Funktion von Fahrerassistenzsystemen, die auf Sensoren basieren, die Informationen über den umgebenden Verkehr liefern, ist die Justage dieser Sensoren von entscheidender Bedeutung. Ein Beispiel für ein derartiges System ist der abstandsgeregelte Tempomat ACC. Im allgemeinen ist es erforderlich, dass die Sensorachse parallel zur Fahrtrichtung steht. Ein solcher Sensor wird als justiert bezeichnet. Erkennt das System automatisch eine Dejustage des Sensors, so können die Positionen der vom Sensor detektierten Objekte im nachhinein korrigiert werden, oder bei Überschreiten eines kritischen Grenzwertes kann sich das System selbständig abschalten.
Ein bekanntes Messprinzip zur Dejustageerkennung beruht auf der Tatsache, dass bei einem ideal justierten Radarsensor die gemessenen Querabstände eines stationären Ziels für alle Abstände zu diesem Ziel den gleichen Wert haben (abgesehen vom unvermeidlichen Messrauschen). Bedingung dafür ist aber, dass sich das Sensorfahrzeug auf einer Geraden bewegt. Nähert sich hingegen ein Fahrzeug mit einem dejustierten Sensor geradlinig einem Standziel, so weichen die gemessenen Querabstände zunächst vom Idealwert q₀ = y_Z - y₀ ab, den ein justierter Sensor messen würde. Im Laufe der Annäherung werden diese Abweichungen immer kleiner. Der tatsächliche Querabstand wird also mittels linearer Regression aus einer Folge von fortlaufend errechneten Querabstandswerten extrapoliert.
Als nachteilig hat sich bei diesem Stand der Technik herausgestellt, dass die Grenzen der Methode der linearen Regression erreicht sind, wenn das Sensorfahrzeug von der geradlinigen Bewegung abweicht. Eine nicht-geradlinige Bewegung des Fahrzeugs führt dazu, dass selbst bei einem ideal justierten Sensor der gemessene Querabstand eines Standziels in Abhängigkeit des Messabstandes schwankt, da sich die horizontale Blickrichtung des Radarsensors im Laufe der Zeit verändert. Über die oben beschriebene Methode der linearen Regression kann der Korrekturwinkel nicht mehr bestimmt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem Ausgangswerte eines Abstandssensors eines Kraftfahrzeuges auch dann automatisch korrigiert werden, wenn sich das Fahrzeug nicht geradlinig fortbewegt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum automatischen Korrigieren von Ausgangswerten eines Abstandssensors bei einem Fahrzeug nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Phasendifferenz von Reflexionssignalen, die von zwei Gegenständen zurückgeworfen werden, zu ermitteln. Die Phasendifferenz hängt u. a. von dem Abstand zwischen dem Abstandssensor und den Gegenständen ab.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum automatischen Korrigieren von Ausgangswerten eines Abstandssensors bei einem Fahrzeug, das sich auf einer Bahn fortbewegt, das die Schritte umfasst: Aussenden wenigstens eines elektromagnetischen Pulses durch den Abstandssensor, Erfassen einer Amplitude eines von einem Gegenstand reflektierten elektromagnetischen Reflexionssignals, das durch den wenigstens einen elektromagnetischen Puls erzeugt wurde, in Abhängigkeit von einem Winkel gegenüber einer Abstandssensorachse, Ermitteln eines Querabstandes des Gegenstands von der Bahn des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Laufzeit und der Amplitude des Reflexionssignals und dem Winkel, Vergleichen von mehreren Querabstandswerten und Ermitteln eines Korrekturwinkels für den Abstandssensor aus dem Vergleichsergebnis, ist dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig ein erstes Reflexionssignal von einem ersten Gegenstand und ein zweites Reflexionssignal von einem zweiten Gegenstand erfasst wird und ein erster Querabstandswert und ein zweiter Querabstandswert ermittelt wird, wobei der erste Gegenstand und der zweite Gegenstand mit dem Fahrzeug einen Winkel einschließen, eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Reflexionssignal ermittelt wird und der Korrekturwinkel für den Abstandssensor aus der Phasendifferenz ermittelt wird.
Insbesondere wird die Bahn des Fahrzeugs nachträglich aus dem zeitlichen Verlauf der Phasendifferenz berechnet. Damit lassen sich Fahrzeugschrägwinkel α abschätzen, die die Abweichungen der Fahrzeugbewegung von der idealen Geraden widerspiegeln. Mit dem geschätzten Fahrzeugschrägwinkel kann der gemessene Querabstand der beiden Standziele korrigiert werden, so dass er in einer Form vorliegt, die einem geradlinig fahrenden Fahrzeug entspricht. Diese Werte lassen sich dann wieder mit Verfahren nach dem Stand der Technik auswerten.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Erkennung einer Dejustage gegenüber Schwankungen in der Fahrzeugbewegung robust ist, so dass bereits die Auswertung einer einzelnen Standzieltrajektorie einen genauen Korrekturwinkel liefert. Damit können bisher nicht mögliche Anwendungen realisiert werden, nämlich eine schnelle Erkennung einer Dejustage, z. B. nach einem Parkrempler, und die Qualitätsüberprüfung der Anlagen zur Sensorjustage in der Produktion auf einer Referenzstrecke.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einem dejustierten Abstandssensor auf einer geradlinigen Bahn.
Fig. 2 dient zur Erläuterung der Auswertung einer Folge von mit einem dejustierten Abstandssensor gewonnenen Abstandswerten nach dem Stand der Technik.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit dejustiertem Abstandssensor auf einer gekrümmten Bahn.
Fig. 4 zeigt die Auswertung von Messsignalen eines dejustierten Abstandssensors nach dem Stand der Technik.
Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße Bestimmung eines Fahrzeugsschrägwinkels aus Messsignalen eines Abstandssensors.
Fig. 6 zeigt die erfindungsgemäße Umrechnung von Messsignalen einer gekrümmten Bahn auf eine geradlinige Bahn mit anschließender Bestimmung einer Regressionsgeraden bei bekanntem Abstand zwischen Abstandssensor und Gegenstand.
Fig. 7 zeigt die erfindungsgemäße Bestimmung eines Fahrzeugsschrägwinkels aus Messsignalen eines Abstandssensors.
In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 1 gezeigt, das einen Abstandssensor umfasst. Von dem Abstandssensor wird wenigstens ein elektromagnetischer Puls ausgesendet. Die Amplitude eines von einem Gegenstand 3 reflektierten elektromagnetischen Reflexionssignals, das durch den wenigstens einen elektromagnetischen Puls erzeugt wurde, wird in Abhängigkeit von einem Winkel gegenüber einer Abstandssensorachse 4 erfasst.
Der Abstandssensor kann eine rotierende Radarantenne sein, über die ein kurzer Radarpuls ausgesendet und empfangen wird. Je nach Winkelstellung der rotierenden Antenne in der Fahrbahnebene lässt sich die Richtung ermitteln, aus der das Signal am stärksten reflektiert wird. Aus der Laufzeit des Reflexionssignals ergibt sich somit der Abstand des Gegenstandes von dem Fahrzeug. Aus diesem Gesamtabstand und dem Winkel, unter dem die maximale Amplitude erfasst wurde, lässt sich darüber hinaus ein Querabstandes q des Gegenstandes von der Bahn des Fahrzeugs errechnen.
Das gleiche Messverfahren lässt sich aber auch mit anderen Radargeräten durchführen. Beispielsweise können statt einer rotierenden Radarantenne mehrere, z. B. 3 fest installierte Antennen verwendet werden, deren jeweilige Hauptkeulenachsen paarweise einen Winkel miteinander einschließen. Das Messprinzip ist in diesem Fall das gleiche wie oben.
Entscheidend für die Berechnung des Querabstandes des Gegenstandes 3 ist es, dass die Abstandssensorachse 4 mit der Symmetrieachse 2 des Fahrzeugs 1 zusammenfällt. Um eventuelle Dejustagewinkel δ_r zwischen der Abstandssensorachse 4 und der Symmetrieachse 2 des Fahrzeugs 1 zu erkennen zu können und die errechneten Querabstandswerte korrigieren zu können, werden Querabstandswerte an mehreren Fahrpositionen errechnet und zwischengespeichert.
Aus dem Vergleich der Folge von Querabstandswerten wird der Dejustagewinkel δ_r bestimmt. In Fig. 2 ist gezeigt, wie aus der Folge von einzelnen Querabstandswerten 5 ein Korrekturwinkel δ_r für den Abstandssensor ermittelt wird. Auf der Ordinatenachse ist der ermittelte Querabstand aufgetragen (z. B. in Metern), auf der Abszisse ist die Zeit der Messung und Berechnung aufgetragen (z. B. in Sekunden).
Die Querabstandswerte 5 werden zeitlich als Messpunkte aufgetragen.
Anschließend wird eine lineare Regression durchgeführt, d. h. durch die Messpunkte wird eine Regressionsgerade 6 gelegt.
Der gemessene Querabstand q_mess setzt sich aus dem Idealwert q₀ und einem zweiten Anteil q_deju zusammen, der durch den Korrekturwinkel δ verursacht wird:
q_deju ≍ δ.Zielabstand (gültig für kleine Winkel), also insgesamt:
q_mess = q₀ + δ.Zielabstand + Messrauschen.
Der gemessene Querabstand q_mess hängt also linear vom Zielabstand ab, wobei der Korrekturwinkel δ die Steigung bestimmt. Für das Vorzeichen für δ gilt folgende Konvention:
δ < 0°: Dejustage nach links; δ > 0°: Dejustage nach rechts.
Durch N Messpunkte, die sich aus den gemessenen Abständen zum Standziel d_mess(i) und aus den gemessenen Querabständen des Standziels q_mess(i) zusammensetzen (i = 1, . . ., N), wird eine Ausgleichsgerade gelegt. Die Steigung dieser Regressionsgerade entspricht dem Tangens des geschätzten Korrekturwinkels δ_r. Für den Spezialfall eines ideal justierten Sensors, würde man eine waagrechte Ausgleichsgerade erhalten, was einem Korrekturwinkel von Null Grad entspricht. Der Ordinatenabschnitt der Geraden entspricht dem Querabstand q₀ des Standziels, den ein ideal justierter Sensor messen würde.
Bei der Berechnung der Regressionsgeraden wird angenommen, dass das Winkelrauschen des Sensors unabhängig vom Abstand des Standzieles ist, das Rauschen des gemessenen Querabstandes ist somit proportional zu diesem Abstand (gültig für kleine Winkel). Aus den Zwischengrößen
S = Σ(1/(d_mess(i))²)
S_X = Σ(1/d_mess(i))
S_Y = Σ(q_mess(i)/(d_mess(i))²)
S_XY = Σ(q_mess(i)/d_mess(i))
S_XX = N
können die Parameter der Regressionsgeraden
δ_r = arctan[(S.S_XY - S_X.S_Y)/(S.S_XX - S_X.S_X)]
q_{0_r} = (S_XX.S_Y - S_X.S_XY)/(S.S_XX - S_X.S_X),
berechnet werden, wobei δ_r der Winkel der Steigung der Geraden ist und q_{0_r} der ermittelte Querabstand ist.
Als Ergebnis erhält man einerseits wie gewünscht den Dejustagewinkel δ_r der Abstandssensorachse 4. Dieser Dejustagewinkel δ_r fließt in die spätere Bearbeitung der Ausgangssignale des Abstandssensors als Korrekturwinkel δ_r ein. Andererseits erhält man aus der Darstellung in Fig. 1 den korrekten Querabstand q0 des Gegenstandes 3 von der Bahn, auf der sich das Fahrzeug fortbewegt. Der korrekte Querabstand q0 ist der Schnittpunkt der Regressionsgeraden mit der Auerabstandsachse bei der Zeit Null. In Fig. 1 ist sowohl dieser korrekte Querabstandswert q0 als auch der gemessene falsche Querabstand q gezeigt.
In Fig. 3 ist ein Fahrzeug mit einem dejustierten Abstandssensor auf einer gekrümmten Bahn 7 gezeigt. Der Momentanwinkel zwischen der gekrümmten Bahn 7 und ihrem zeitlichen Mittelwert 7a ist mit α bezeichnet. Das Fahrzeug fährt in Fig. 3 auf einem Schlingerkurs.
Um unabhängig von der momentanen Bewegung des Fahrzeugs auf der gekrümmten Bahn 7 eine sichere Entfernungsmessung zuzulassen und einen eventuellen Dejustagewinkel δ zwischen der Fahrzeugsachse 2 und der Abstandssensorachse 4 korrigieren zu können, werden erfindungsgemäß zwei Reflexionssignale von jeweils einem Gegenstand ausgewertet. Die beiden Pulse vom Abstandssensor zur Erzeugung von Reflexionssignalen eines Gegenstandes 3a und eines Gegenstandes 3b sind in Fig. 3 mit 8 und 9 bezeichnet.
Wie bei dem oben beschriebenen Stand der Technik wird auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Reflexionssignal eines Gegenstandes erfasst. Anders als beim Stand der Technik wird jedoch erfindungsgemäß gleichzeitig ein erstes Reflexionssignal von einem ersten Gegenstand 3a und ein zweites Reflexionssignal von einem zweiten Gegenstand 3b erfasst. Dabei wird im folgenden davon ausgegangen, dass der erste Gegenstand 3a und der zweite Gegenstand 3b dem Fahrzeug einen Winkel einschließen, da die Reflexionssignale sonst nicht unterschieden werde könnten. Aus den beiden Reflexionssignalen wird wie üblich ein erster Querabstandswert und ein zweiter Querabstandswert ermittelt.
Darüber hinaus wird aber außerdem eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Reflexionssignal ermittelt. Diese Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Reflexionssignal enthält Informationen über den Abstand des Abstandssensors von den beiden Gegenständen 3a und 3b. Daher lässt sich aus der Phasendifferenz der Korrekturwinkel δ_r für den Abstandssensor ermitteln.
Die Phasendifferenz zwischen den beiden Reflexionssignalen kann außerdem dazu genutzt werden, die Bahn 7 des Fahrzeugs nachträglich zu berechnen.
Die Einzelheiten des Verfahrens werden im folgenden anhand der Fig. 4 bis 7 erläutert.
Beim Stand der Technik führen bereits minimale Abweichungen von der geradlinigen Bewegung zu groben Fehlschätzungen des Korrekturwinkels. Fig. 4 zeigt das Ergebnis einer Simulationsrechnung, bei der eine Schwankungsamplitude des Fahrzeugs von 20 cm angenommen wurde. Zusätzlich wurde dieser Bewegung eine Kurvenfahrt mit einem Radius R = 50 km überlagert. Für die simulierten Messdaten wurde ein Gaußverteiltes Rauschen für Abstand und Winkel angenommen mit den Standardabweichungen σ_x = 1,0 m und σ_φ = 0,3°. Des weiteren wurde ein Korrekturwinkel von +0,3° vorgegeben.
Wendet man die Methode der linearen Regression auf die Messdaten 10 an, so erhält man aus der Regressionsgeraden 11 einen Schätzwert für den Korrekturwinkel von 0,74°, was eine erhebliche Abweichung vom tatsächlichen Wert darstellt. Um zu besseren Schätzwerten zu gelangen, wird deshalb über die Einzelergebnisse sehr vieler Standzieltrajektorien gemittelt, was aber im allgemeinen sehr lange Messzeiten bis zu einigen Stunden erfordert, bis ein Endergebnis vorliegt. Dieses ist meist immer noch stark fehlerbehaftet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine von der Fahrzeugbewegung unabhängige Schätzung des Korrekturwinkels durchführen. Voraussetzung ist, dass zwei Standziele gleichzeitig vom Sensor detektiert werden, wobei sie aber als getrennte Ziele vorliegen müssen.
Die Grundidee des Phasenkorrekturverfahrens besteht darin, aus den Reflexionssignalen der beiden Ziele die Phasendifferenz zu extrahieren, die u. a. von der Position des Sensors zu den Zielen abhängt. Aus dem Verlauf dieser Phasendifferenz kann dann auf die Fahrzeugbewegung zurückgerechnet werden. Insbesondere können die Fahrzeugschrägwinkel α geschätzt werden, in welchem sich die Abweichungen der Fahrzeugbewegung von der idealen Geraden widerspiegeln. Mit dem geschätzten Fahrzeugschrägwinkel wird der gemessene Querabstand der beiden Standziele korrigiert, so dass er in einer Form vorliegt, die einem geradlinig fahrenden Fahrzeug entspricht. Damit ist dann die einfache lineare Regression wieder anwendbar.
Für das komplexwertige Empfangssignal S₁ eines Reflektors mit der komplexwertigen Rückstreuamplitude R₁ (im Abstand d₁ vom Sensor unter dem Aspektwinkel φ1) gilt der folgende Zusammenhang im Basisband, wobei hier auch der Einfluss des Antennendiagramms A(φ₁) auf Amplitude und Phase berücksichtigt ist. Die Amplitudenschwächung durch die Laufzeit wird allgemein durch g(d₁) beschrieben, was im weiteren aber unwesentlich ist. S₀ sei die Amplitude des Sendesignals, λ die Wellenlänge des Trägersignals.
S₁(d₁, φ₁) = S₀.R₁(φ₁).g(d₁).exp(j.4π.d₁/λ).A(φ₁)
Analog gilt für das zweite Standziel:
S₂(d₂, φ₂) = S₀.R2(φ₂).g(d₂).exp(j.4π.d₂/λ).A(φ₂)
Da die Änderungen der Abstände d₁ und d₂ im Vergleich zur Wellenlänge i. a. sehr groß sind, fluktuieren die Phasen von S₁ und S₂ sehr stark, so dass sich für eine weitere Auswertung von vornherein die Phasendifferenz von S₁ und S₂ anbietet.
Für den Spezialfall, dass beide Streuer bei derselben Längskoordinate x_T sitzen und dass sich der Sensor auf der Mittelsenkrechten der Verbindungslinie der Streuer annähert (d. h. geradlinig!) gilt, dass die Abstände d₁ und d₂ stets gleich sind. Die beiden Streuer und der Sensor bilden zu jedem Zeitpunkt ein gleichschenkliges Dreieck. Erst wenn der Sensor von dieser Idealbewegung abweicht, tritt eine Differenz von d₁ und d₂ auf, was sich in der Phasendifferenz widerspiegelt. Anschaulich wird damit klar, dass in der Phasendifferenz eine Information über die Sensorbewegung vorliegt.
Um diese Phasendifferenz zu extrahieren, wird zunächst das Produkt aus S₁ und dem konjugiert komplexen S₂ ^~ gebildet:
S₁₂ = S₁.S₂ ^~
= S₀ ².R₁(φ₁).R₂(φ₂)^~.g(d₁).g(d₂).exp(j.4π.(d₁ - d₂)/λ).A(φ₁).A(φ₂)
Für die Problemlösung interessiert nur der Phasenfaktor exp(j.4π.(d₁ - d₂)/λ), da hier die Fahrzeugbewegung eingeht. Die komplexen Rückstreuamplituden R₁, R₂ und der Einfluss des Antennendiagramms A(φ₁), A(φ₂) stören, da die Aspektwinkel φ₁ und φ₂ a priori nicht bekannt sind.
Wird für die Standziele ein vom Aspektwinkel unabhängiges Verhalten der Rückstreuphase angenommen, wie es z. B. bei Tripelspiegeln der Fall ist, so gilt:
phase(R₁(φ₁).R₂(φ₂)^~) = ψ₀ = const.
Für den Bereich der Hauptkeule haben die meisten Antennendiagramme die Eigenschaft phase(A(φ₁)) = phase(A(φ₂)), so dass daraus folgt:
phase(A(φ₁).A(φ₂)^~) = 0.
Somit ergibt sich:
Δψ = phase(S₁₂) = ψ₀ + 4π.(d₁ - d₂)/λ
Da bei dieser Rechenoperation der Wertebereich auf -π bis +π eingeschränkt ist, muss ein sogenanntes "phase unwrapping" durchgeführt werden, so dass sich dann ein kontinuierliches Phasenverlauf ergibt: Δψ_unwrapped.
Das erste Standziel befinde sich bei den Koordinaten (x_T1, y_T1) und das zweite bei (x_T2, y_T2). Die Sensorposition werde durch (x, y) beschrieben.
Damit folgt:
d₁ = ((x_T1 - x)² + (y - y_T1)²)^1/2,
d₂ = ((x_T2 - x)² + (y - y_T2)²)^1/2.
Befinden sich die Standziele nahe der Fahrbahn, so kann für nicht zu kleine Messabstände angenommen werden, dass
(y - y_T1)² < < (x - x_T1)² und (y - Y_T2)² < < (x - x_T2)²,
so dass für die Wurzelausdrücke lineare Näherungen verwendet werden dürfen.
Das ergibt:
d₁ - d₂ ≍ x_T1 - x_T2 + S.(y - y_T1)²/(x_T1 - x) - S.(y - y_T2)²/(x_T2 - x).
Wie anfänglich erwähnt, führt bei einer nicht-geradlinigen Bewegung der Fahrzeugschrägwinkel α(x) zu Fehlern bei der Korrekturwinkelschätzung, der seinerseits durch α(x) = dy/dx festgelegt ist.
Damit ist das weitere Vorgehen klar: die Phasendifferenz muss nach x abgeleitet werden und daraus muss schließlich y' = dy/dx extrahiert werden.
d/dx(d₁ - d₂) = y'.((y - y_T1)/(x_T1 - x) - (y - y_T2)/(x_T2 - x)) + S.((y - y_T1)/(x_T1 - x))² - S.((y - y_T2)/(x_T2 - x))²
Ferner wird angenommen, dass nur geringe Abweichungen von der idealen Geradeausfahrt auftreten, was gleichbedeutend ist mit y ≍ 0.
d/dx(d₁ - d₂) ≍ -y'.(y_T1/(x_T1 - x) - y_T2/(x_T2 - x) + S.(y_T1/(x_T1 - x))² - S.(y_T2/(x_T2 - x))²
Insgesamt ergibt sich folgender Ausdruck für den Fahrzeugschrägwinkel α:
α = y' = -(d/dx(Δψ_unwrapped).λ/4π - S.(y_T1/(x_T1 - x))² + + S.(y_T2/(x_T2 - x))²)/((y_T1/(x_T1 - x) - y_T2/(x_T2 - x))
Für die weitere Auswertung werden für die Terme x_T1 - x und x_T2 - x die gemessenen Abstände zu den beiden Standzielen verwendet: d_mess1(n) und d_mess2(n).
Bei der Ableitung der Phasendifferenz ist zu beachten, dass sie nicht als Funktion der Fahrzeuglängskoordinate x vorliegt, sondern dass die Messungen (indiziert mit n) in Zyklen vom Abstand T erfolgen: d/dx = 1/(dx/dt).d/dt = 1/v.d/dt = 1/(v. T).d/dn.
α(n) = -(d/dn(Δψ_unwrapped).λ/(4π.v(n).T) - S.(y_T1/d_mess1)² + S.(y_T2/d_mess2)²)/(y_T1/d_mess1 - y_T2/d_mess2)

Variante A

Die Querpositionen y_T1 und y_T2 sind bekannt, z. B. auf einer Referenzstrecke zur Qualitätsüberwachung der werksseitigen Sensorjustage. Vorzugsweise sollte dabei die Konstellation y_T1 - y_T2=: y_T gewählt werden, wodurch die Phasenschwankungen minimiert werden, so dass das phase unwrapping leichter durchgeführt werden kann.
Daraus folgt:
α(n) = -(d/dn(Δψ_unwrapped).λ/(4π.v.T) - S.y_T ².((1/d_mess1)² - (1/d_mess2)²))/(y_T/d_mess1 + y_T/d_mess2)
Alle in dieser Gleichung auftretenden Größen sind bekannt oder gemessen. Der Fahrzeugschrägwinkel kann somit für jeden Messzyklus berechnet werden, womit schließlich die gemessenen Querabstände der Standziele korrigiert werden können:
q_{mess_korr}(n) = q_mess(n) + α(n).d_mess(n)
Mit q_{mess_korr} wird letztendlich die Regression ausgeführt. Für jedes Standziel erhält man einen Korrekturwinkel, deren Mittelwert als Endergebnis verwendet werden kann.
Dieses Verfahren wurde auf die Messdaten der Abb. 4 angewandt. Zusätzlich zu diesem Standziel wurde ein zweites simuliert, das sich auf der gegenüberliegenden Fahrbahnseite (y_T1 = +1,5 m, y_T2 = -1,5 m) im Längsabstand von 10 m hinter dem ersten befand.
Fig. 5 zeigt die Messwerte 12, aus denen der Verlauf 13 des Fahrzeugschrägwinkels mit dem Phasendifferenzverfahren ermittelt wurde. Bis zu einem Abstand von 60 m stimmen die geschätzten und die vorgegebenen Fahrzeugschrägwinkel sehr gut überein, darunter kommt es zu Abweichungen, da hier die Näherung der großen Abstände schlechter wird.
Mit diesem Winkelverlauf 13 wurden die Querabstände der Standziele korrigiert, um den Einfluss der Fahrzeugschlingerbewegung zu kompensieren.
Damit ergibt sich die Darstellung in Fig. 6. Auf die Messdaten 14 lässt somit letztendlich die Methode der linearen Regression anwenden und eine Regressionsgerade 15 bestimmen. In diesem Fall ergibt sich damit ein Korrekturwinkel von 0,29°.

Variante B

Es ist möglich, dass über die Lage der Standziele kein a-priori-Wissen vorhanden ist. Dabei sei jedoch vorausgesetzt, dass diese links und rechts von der Fahrspur liegen, um die Phasenfluktuationen gering zu halten.
Da sich ein möglicher Korrekturwinkel und der Fahrzeugschrägwinkel in gleicher Weise auf die Querabstände aller Ziele auswirken, werden in der Formel für den Fahrzeugschrägwinkel α die y-Koordinaten der Ziele durch die Differenz ihrer y- Positionen ausgedrückt:
y_T1 =: y₀ + Δy und y_T2 =: y₀ - Δy, y₀ = Schwerpunkt der Standziele in y-Richtung.
Die quadratischen Ausdrücke werden vernachlässigt. Die linearen Terme werden folgendermaßen genähert:
y_T1/d_mess1 - y_T2/d_mess2 ≍ (d_mess2 + d_mess1)/(d_mess1.d_mess2).Δy.
Mit Δy = Mittelwert über alle Messungen n von (q_mess1(n) - q_mess2(n)) liegen dann ausschließlich bekannte Größen vor:
α(n) = -d/dn(Δψ_unwrapped).λ/(4π.v(n).T).d_mess2.d_mess1/((d_mess2 + d_mess1).Δy).
Für den Simulationstest dieser Variante wurde mit der bereits geschilderten Schlingerbewegung des Sensorfahrzeugs gearbeitet. Jedoch wurde die Standzielanordnung variiert:
y_T1 = +1,5 m, y_T2 = -3,0 m, Δx = 20 m.
Bei der Auswertung der simulierten Daten wurden diese Informationen als unbekannt angenommen.
Fig. 7 zeigt die Messdaten 16 und die auf die oben beschriebene Art daraus abgeschätzten Fahrzeugschrägwinkel 17, die nun bereits auch bei größeren Abständen vom vorgegeben Wert abweichen. Diese Abweichungen hatten jedoch nur einen geringen Einfluss auf das Endergebnis: die lineare Regression ergab einen Korrekturwinkel von 0,38°. Bezugszeichen 1 Fahrzeug
2 Fahrzeugsymmetrieachse
3 Gegenstand, Fixpunkt für Eichung, 3a erster Gegenstand, 3b zweiter Gegenstand
4 Abstandssensorachse
5 ermittelte Querabstandswerte
6 Ausgleichsgerade
7 gekrümmte Bahn, Schlingerkurs, 7a gemittelter Verlauf der Bahn
8 erste Abstrahlungskeule
9 zweite Abstrahlungskeule
10 (verrauschtes) Messsignal des Querabstandes
11 Regressionsgerade durch verrauschtes Querabstandssignal
12 (verrauschtes) Messsignal, Fahrzeugschrägwinkel
13 aus Messsignal ermittelter Fahrzeugschrägwinkel
14 (verrauschtes) Messsignal, Trajektorie
15 Regressionsgerade
16 (verrauschtes) Messsignal, Fahrzeugschrägwinkel
17 aus Messsignal ermittelter Fahrzeugschrägwinkel

Claims

1. Verfahren zum automatischen Korrigieren von Ausgangswerten eines Abstandssensors bei einem Fahrzeug (1), das sich auf einer Bahn (7) fortbewegt, das die Schritte umfasst:
Aussenden wenigstens eines elektromagnetischen Pulses durch den Abstandssensor,
Erfassen einer Amplitude eines von einem Gegenstand (3) reflektierten elektromagnetischen Reflexionssignals, das durch den wenigstens einen elektromagnetischen Puls erzeugt wurde, in Abhängigkeit von einem Winkel gegenüber einer Abstandssensorachse (4),
Ermitteln eines Querabstandes (q) des Gegenstands von der Bahn des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Laufzeit und der Amplitude des Reflexionssignals und dem Winkel,
Vergleichen von mehreren Querabstandswerten (5) und
Ermitteln eines Korrekturwinkels (δ_r) für den Abstandssensor aus dem Vergleichsergebnis,
dadurch gekennzeichnet, dass
gleichzeitig ein erstes Reflexionssignal von einem ersten Gegenstand (3a) und ein zweites Reflexionssignal von einem zweiten Gegenstand (3b) erfasst wird und ein erster Querabstandswert und ein zweiter Querabstandswert ermittelt wird, wobei der erste Gegenstand und der zweite Gegenstand mit dem Fahrzeug einen Winkel einschließen, eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Reflexionssignal ermittelt wird und der Korrekturwinkel (δ_r) für den Abstandssensor aus der Phasendifferenz ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn (7) des Fahrzeugs nachträglich aus dem zeitlichen Verlauf der Phasendifferenz berechnet wird.