DE102014118622A1

DE102014118622A1 - Verfahren zum simulativen Bestimmen einer Interaktion zwischen einem Sensor eines Kraftfahrzeugs und einem virtuellen Objekt in einem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs sowie Recheneinrichtung

Info

Publication number: DE102014118622A1
Application number: DE102014118622.2A
Authority: DE
Inventors: Frank Ehmann; Jürgen Wille
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum simulativen Bestimmen einer Interaktion zwischen einem Sensor (S) eines Kraftfahrzeugs (F) und einem virtuellen Objekt (O, O1, O2, O3) in einem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs (F) mittels einer Recheneinrichtung, bei welchem in dem virtuellen Umgebungsbereich anhand einer Richtcharakteristik des Sensors (S) ein von dem Sensor (S) ausgesendetes Sensorsignal und das von dem Objekt (O, O1, O2, O3) virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt werden, wobei in dem virtuellen Umgebungsbereich ein Bezugspunkt (B) bestimmt wird, welcher eine Position des Sensors (S) beschreibt, anhand der Richtcharakteristik des Sensors (S) eine den Bezugspunkt (B) zumindest bereichsweise umgebende Hülle (1) definiert wird, auf der Hülle (1) zumindest ein Aufpunkt (P, Pn, Pn+1, Pn+2, Pn+3) für einen Richtungsvektor (k), welcher das ausgesendete Sensorsignal beschreibt, definiert wird und anhand des Bezugspunkts (B) und des Aufpunkts (P, Pn, Pn+1, Pn+2, Pn+3) der Richtungsvektor (k) bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum simulativen Bestimmen einer Interaktion zwischen einem Sensor eines Kraftfahrzeugs und einem virtuellen Objekt in einem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels einer Recheneinrichtung, bei welchem in dem virtuellen Umgebungsbereich anhand einer Richtcharakteristik des Sensors ein von dem Sensor ausgesendetes Sensorsignal und das von dem Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Recheneinrichtung.
Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Sensoren für Kraftfahrzeuge, mit denen Objekte bzw. Hindernisse in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden können. Solche Sensoren können beispielsweise Ultraschallsensoren, Laserscanner oder Radarsensoren sein. Die Sensoren können Teil eines Fahrerassistenzsystems sein, das den Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs unterstützt. Solche Fahrerassistenzsysteme können beispielsweise eine Einparkhilfe, ein Totwinkel-Assistent oder ein Abstandsregeltempomat sein. Es ist eine besondere Herausforderung, bereits bei der Konzeption bzw. Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen – wenn lediglich ein Fahrzeugmodell und Kenngrößen der Sensoren vorliegen – die Messeigenschaften der Sensoren zu ermitteln, ohne dass die Sensoren tatsächlich in ein Kraftfahrzeug eingebaut und Testfahrten durchgeführt werden müssen.
Bei der Entwicklung der Sensoren bzw. der Fahrerassistenzsysteme werden entsprechende Simulationsprogramme genutzt, mit denen beispielsweise unterschiedliche Verkehrsszenarien untersucht werden können. Hierbei ist es bekannt, dass das zu fahrende Manöver simuliert wird. Dabei kann das Kraftfahrzeug entsprechend parametrisiert werden und die Sensoren, welche an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, können definiert werden. Ferner können die Position und die Orientierung von anderen Verkehrsteilnehmern, wie beispielsweise Fahrzeugen, Fahrrädern, Personen oder dergleichen, berücksichtigt werden. Auch die Ausgestaltung der Fahrbahn, wie beispielsweise die Breite, die Neigung und/oder das Vorhandensein eines Bordsteins, kann entsprechend rechentechnisch nachgebildet werden. Weiterhin können aktuell herrschende Umweltbedingungen, beispielsweise Tag, Nacht, Sonne, Regen oder dergleichen, die auf die Sensoren und die zu erfassenden Objekte wirken, innerhalb des verwendeten Simulationsprogramms definiert werden. Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Simulationsprogramme bzw. Fahrzeugmodellierungsprogramme beispielsweise mit einem HIL-Prüfstand (HIL – Hardware in the Loop) eingesetzt werden.
Ein Verfahren zum Ermitteln eines Detektionsbereichs eines Sensors ist beispielsweise in der DE 103 14 129 A1 beschrieben. Hierbei wird der Detektionsbereich eines in einem Kraftfahrzeug eingebauten Sensors simuliert. Dabei werden Amplitudenwerte von empfangenen Signalen berechnet, die ein Ultraschallsensor als Reflexionen von Strahlung an einem Normprüfkörper empfangen würde, wenn sich der Normprüfkörper an verschiedenen Positionen im Strahlungsbereich des Ultraschallsensors befindet und dort von dem Ultraschallsensor abgestrahlt werden würde. Zudem wird festgestellt, für welche Positionen des Normprüfkörpers relativ zum Ultraschallsensor die jeweiligen Amplitudenwerte der empfangenen Signale oberhalb von definierten Schwellwerten liegen. Auf diesem Wege wird dann der Detektionsbereich des Ultraschallsensors ermittelt.
Um beliebig gestaltete Objekte bzw. Hindernisse bereits in der Entwicklungsphase von Sensoren zuverlässig und genauer untersuchen zu können, schlägt die DE 10 2011 015 094 A1 vor, bei einem Verfahren zum simulativen Ermitteln von Messeigenschaften eines virtuell modellierten Sensors einen Bereich einer Oberfläche des Objekts durch die Recheneinrichtung in eine Vielzahl von Flächensegmenten zu unterteilen. Die Flächensegmente werden dann durch einen dreidimensionalen gewölbten Oberflächenbereich einer geometrischen Form mit einem bekannten Reflexionsfaktor modelliert bzw. angenähert. Anhand jedes der Flächensegmente kann dann ein an diesem Flächensegment auftretender Signalanteil des Sendesignals berechnet werden. Zum Bestimmen des Sendesignals kann eine Richtcharakteristik des Sensors herangezogen werden. Das Empfangssignal wird aus der Summe von an den jeweiligen Oberflächenbereichen reflektierten Signalanteilen berechnet. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass die Position des Objekts relativ zu dem Kraftfahrzeug vorgegeben wird, so dass das jeweilige Empfangssignal für unterschiedliche Positionen des Objekts ausgewertet und somit der Detektionsbereich des Sensors simulationstechnisch ermittelt werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie die Interaktion zwischen einem Sensor und einem virtuellen Objekt in einem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs genauer und zuverlässiger bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie durch ein Rechensystem mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum simulativen Bestimmen einer Interaktion zwischen einem Sensor eines Kraftfahrzeugs und einem virtuellen Objekt in einem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mittels einer Recheneinrichtung. Dabei werden in dem virtuellen Umgebungsbereich anhand einer Richtcharakteristik des Sensors ein von dem Sensor ausgesendetes Sensorsignal und das an dem Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt. Zudem wird in dem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs ein Bezugspunkt bestimmt, welcher eine Position des Sensors beschreibt, anhand der Richtcharakteristik des Sensors wird eine den Bezugspunkt zumindest bereichsweise umgebende Hülle definiert. Ferner wird auf der Hülle zumindest ein Aufpunkt für einen Richtungsvektor, welcher das ausgesendete Sensorsignal beschreibt, definiert und anhand des Bezugspunkts und des Aufpunkts wird der Richtungsvektor bestimmt.
Vorliegend soll die Interaktion zwischen dem Sensor des Kraftfahrzeugs und einem virtuellen Objekt simuliert werden. Das Objekt ist hierbei insbesondere virtuell modelliert. Das bedeutet, dass das Objekt mittels der Recheneinrichtung durch eine Simulation fiktiv gebildet wird. Vorliegend wird auch die Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder das Kraftfahrzeug selbst virtuell nachgebildet. So können beispielsweise unterschiedliche räumliche Anordnungen der Sensoren zu dem virtuellen Objekt untersucht werden. Ferner können beispielsweise unterschiedliche Abstände zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt simuliert werden. Weiterhin ist es denkbar, dass verschiedene Fahrszenarien untersucht werden. Hier kann beispielsweise ein auf dem Markt erhältliches Simulationsprogramm verwendet werden. Beispielsweise kann das dynamische Fahrzeugmodellierungsprogramm „CarMaker“ der Firma IPG verwendet werden.
Der Sensor dient insbesondere dazu, ein Objekt in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Der Sensor kann auch dazu ausgebildet sein, einen Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt zu bestimmen. Ein solcher Sensor kann beispielsweise ein Ultraschallsensor, ein Laserscanner oder ein Radarsensor sein. Vorliegend wird das Sensorsignal bestimmt, welches von dem Sensor ausgesendet wird. Zum Bestimmen des ausgesendeten Sensorsignals wird die Richtcharakteristik des Sensors herangezogen. Die Richtcharakteristik beschreibt insbesondere mit welcher Intensität das Sensorsignal in Abhängigkeit von einem horizontalen Winkel und/oder einem vertikalen Winkel abgestrahlt wird. Die Richtcharakteristik kann auch die Intensität des Sensorsignals in Abhängigkeit von einem Raumwinkel beschreiben. Die Richtcharakteristik beschreibt insbesondere eine räumliche beziehungsweise dreidimensionale Intensitätsverteilung des Sensorsignals. Dabei kann auch nur ein Teil des von dem Sensor ausgesendeten Sensorsignals bestimmt werden. Anhand des virtuellen Objekts kann nun das von dem virtuellen Objekt virtuell reflektiertes Sensorsignal bestimmt werden. Hierbei ist es denkbar, dass nur ein Teil des von dem virtuellen Objekt virtuell reflektierten Sensorsignals bestimmt wird. Das virtuelle Objekt kann insbesondere einen Verkehrsteilnehmer oder ein Hindernis in dem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs darstellen. Das Objekt kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug, ein Motorrad, ein Fahrrad, ein Fußgänger oder dergleichen darstellen.
In dem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs wird ein Bezugspunkt definiert. Dieser Bezugspunkt kann beispielsweise die Position des Sensors bzw. einer Sendeeinrichtung des Sensors, welche das Sensorsignal aussendet, beschreiben. Darüber hinaus wird anhand der Richtcharakteristik des Sensors eine Hülle definiert, welche den Bezugspunkt zumindest bereichsweise umgibt. Die Hülle kann insbesondere die räumliche Erstreckung der Richtcharakteristik des Sensors beschreiben. Die Hülle kann also die Ausbreitung des Sensorsignals zu einem vorbestimmten Zeitpunkt räumlich abbilden. Dabei ist es auch denkbar, dass die Hülle die räumliche Erstreckung der Ausbreitung des Sensorsignals vereinfacht abbildet. Beispielsweise kann die Hülle die Form einer Halbkugel aufweisen. Auf der Hülle wird zumindest ein Aufpunkt definiert. Dabei kann es vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Aufpunkten auf der Oberfläche der Hülle definiert werden. Hierzu kann beispielsweise die Hülle mit einem entsprechenden Netz in eine Mehrzahl von Aufpunkten eingeteilt werden. Ferner wird ein Richtungsvektor definiert, der sich ausgehend von dem Aufpunkt erstreckt. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass mehrere Richtungsvektoren zu mehreren Aufpunkten auf der Hülle bestimmt werden. Mit dem zumindest einen Richtungsvektor kann nun das ausgesendete Sensorsignal beschrieben werden. Der zumindest eine Richtungsvektor kann rechentechnisch schnell verarbeitet werden und somit kann beispielsweise eine Interaktion zwischen dem Sensor bzw. dem ausgesendeten Sensorsignal und dem virtuellen Objekt innerhalb einer geringen Rechenzeit bestimmt werden.
Bevorzugt wird dem bestimmte Richtungsvektor ein Signalpegel des ausgesendeten Sensorsignals zugeordnet. Die Hülle kann die Richtcharakteristik des Sensorsignals insbesondere dreidimensional beschreiben. Die Hülle beschreibt beispielsweise eine dreidimensionale Signalpegelverteilung des ausgesendeten Sensorsignals. Dabei kann jedem der Aufpunkte ein Signalpegel zugeordnet sein. Der Richtungsvektor kann neben der Richtungsinformation des ausgesendeten Signals auch eine Information zu dem Signalpegel des ausgesendeten Signals bzw. des Signalanteils des ausgesendeten Signals umfassen. Dabei kann der Richtungsvektor in seiner Länge normiert sein und dem Richtungsvektor kann eine entsprechende Information, welche den Signalpegel beschreibt, zugeordnet sein. Weiterhin ist es denkbar, dass die Länge des Richtungsvektors den Signalpegel beschreibt. Mit dem Richtungsvektor kann somit einerseits eine Information bezüglich der Richtung des ausgesendeten Sensorsignals und andererseits eine Information bezüglich des Signalpegels ausgesendeten Sensorsignals bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der bestimmte Aufpunkt und/oder der bestimmte Richtungsvektor in eine Umgebungskarte eingetragen, welche den virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs abbildet. Die Umgebungskarte kann den Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs insbesondere maßstabsgetreu abbilden. Die Umgebungskarte kann den Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zweidimensional oder dreidimensional abbilden. In der Umgebungskarte kann das Kraftfahrzeug (Ego-Fahrzeug) sowie der Sensor, der an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, dargestellt sein. Zudem können weitere Sensoren des Kraftfahrzeugs in der Umgebungskarte dargestellt sein. Zudem ist in der Umgebungskarte insbesondere das virtuelle Objekt dargestellt. Mit Hilfe einer solchen Umgebungskarte kann der virtuelle Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zuverlässig nachgebildet werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Simulationsschritten, wobei die Umgebungskarte nach jedem der Simulationsschritte aktualisiert wird. Das Verfahren, bei welchem die Interaktion zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt simuliert wird, kann in mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Simulationsschritte eingeteilt sein. Dabei kann in jedem der Simulationsschritte die relative Lage des Sensors bezüglich des Objekts untersucht werden. Ebenso kann die Ausbreitung des ausgesendeten Sensorsignals und/oder die Ausbreitung des von dem Objekt virtuell reflektierten Sensorsignals untersucht werden. Somit können auch dynamische Prozesse simulationstechnisch nachgebildet werden, bei denen der Sensor und das Objekt relativ zueinander bewegt werden. Nach dem Abschluss jedes der Simulationsschritte kann die Umgebungskarte aktualisiert werden. Mit anderen Worten werden die in dem jeweiligen Simulationsschritt berechneten Ergebnisse in die Umgebungskarte übertragen. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Umgebungskarte eine dynamische Simulation der Interaktion zwischen dem Sensor und dem virtuellen Objekt ermöglicht werden.
Bevorzugt wird nach jedem der Simulationsschritte eine Position des Aufpunkts und/oder eine Richtung des Richtungsvektors aktualisiert. Durch die Anpassung der Position des Aufpunkts und/oder die Anpassung der Orientierung des Richtungsvektors kann in den zeitlich aufeinanderfolgenden Simulationsschritten modelliert werden, dass sich das ausgesendete Sensorsignal im Laufe der Zeit ausbreitet. Weiterhin kann durch das Anpassen der Position des Aufpunkts und/oder der Richtung des Richtungsvektors eine Bewegung des Sensors relativ zu dem Objekt simuliert werden. Somit kann insbesondere die Ausbreitung des Sensorsignals in Abhängigkeit von der Zeit einfach und zuverlässig simulationstechnisch nachgebildet werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn anhand des Richtungsvektors und einer Position des Objekts in der Umgebungskarte ein Schnittpunkt und/oder ein Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor und dem Objekt bestimmt wird. In der Umgebungskarte sind der Richtungsvektor, welcher die Ausbreitung des Sensorsignals beschreibt, und das Objekt dargestellt. Somit kann auf einfache Weise ein Schnittpunkt zwischen dem Richtungsvektor und dem Objekt bestimmt werden. Weiterhin kann der Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor und dem Objekt bestimmt werden, wobei der Schnittwinkel insbesondere den räumlichen Winkel zwischen dem Richtungsvektor und einer vorbestimmten Fläche des Objekts beschreibt. Somit kann auf einfache Weise bestimmt werden, an welcher Stelle und/oder in welchem Winkel das ausgesendete Sensorsignal auf das virtuelle Objekt trifft.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird für das Objekt eine Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften vorgegeben, welche jeweils eine Zuordnung zwischen dem auftreffenden ausgesendeten Sensorsignals und dem von dem Objekt virtuell reflektieren Sensorsignal beschreiben. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Außenkontur des Objekts bestimmt werden. Diese Außenkontur kann beispielsweise aus einem CAD-Modell (CAD – Computer Aided Design) gewonnen werden. Diese Außenkontur definiert also insbesondere die äußeren Abmessungen des Objekts. Ferner kann eine Objekthülle bestimmt werden, welche die Außenkontur des Objekts zumindest bereichsweise umgibt. Diese Objekthülle kann insbesondere eine dreidimensionale Form aufweisen. Beispielsweise kann die Objekthülle quaderförmig ausgebildet sein. Auf der Objekthülle können eine Mehrzahl von Eintrittsauftreffstellen definiert werden, welche mögliche Schnittpunkte des Richtungsvektors mit der Objekthülle beschreiben. Für jedes Eintrittsauftreffstellen und die dazugehörigen Einfallswinkeln kann eine Zuordnungsvorschrift definiert werden. Die Zuordnungsvorschrift beschreibt den Zusammenhang zwischen einem Richtungsvektor, der an der Eintrittsauftreffstelle unter einem Einfallswinkel auf die Hülle auftrifft und einem Richtungsvektor des virtuell reflektierten Sensorsignals, der aus der Hülle an einer Austrittsauftreffstelle unter einem Austrittswinkel austritt. Die Zuordnungsvorschrift beschreibt einerseits die räumliche Anordnung der Objekthülle zu der Außenkontur des Objekts. Andererseits kann die jeweilige Zuordnungsvorschrift die Ausbreitung des ausgesendeten Sensorsignals von der Objekthülle zu der Außenkontur und/oder die Reflexion des ausgesendeten Signals an der Außenkontur und/oder eine Ausbreitung des virtuell reflektierten Sensorsignals von der Außenkontur zu der Hülle beschreiben. Dabei können die Reflexionseigenschaften der Außenkontur bzw. von Konturstellen der Außenkontur berücksichtigt werden. Weiterhin kann die Dämpfung, insbesondere die Freiraum-Luftdämpfung, des ausgesendeten Sensorsignals bzw. des virtuell reflektierten Sensorsignals innerhalb der Objekthülle berücksichtigt werden. Die jeweiligen Zuordnungsvorschriften können beispielsweise in einem sogenannten Pre-Processing vor dem eigentlichen Simulationsverfahren bestimmt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in Abhängigkeit von dem bestimmten Schnittpunkt und/oder Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor und dem Objekt eine Zuordnungsvorschrift aus der Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften ausgewählt wird und in Richtungsvektor des virtuell reflektierten Sensorsignals anhand der ausgewählten Zuordnungsvorschrift bestimmt wird. Wenn der Schnittpunkt und/oder der Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor und dem Objekt bzw. der Objekthülle bekannt ist, kann diejenige Zuordnungsvorschrift aus der Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften ausgewählt werden, welche dieser Eintrittsauftreffstelle und dem Einfallswinkel zugeordnet ist. Anhand der Zuordnungsvorschrift kann dann das reflektierte Sensorsignal und insbesondere ein Richtungsvektor des reflektierten Sensorsignals bestimmt werden. Da die Zuordnungsvorschriften lediglich ausgewählt werden müssen, kann das reflektierte Sensorsignal bzw. der Richtungsvektor des reflektierten Sensorsignals innerhalb einer geringen Rechenzeit, beispielsweise einer Millisekunde, bestimmt werden. Somit kann das virtuell reflektierte Sensorsignal insbesondere in Echtzeit bestimmt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird ein Schnittpunkt und/oder ein Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor des virtuell reflektierten Sensorsignals und dem Sensor bestimmt. Somit kann untersucht werden, ob das von dem Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal wieder auf den Sensor trifft und von diesem gegebenenfalls erfasst werden kann. Es kann auch untersucht werden, ob das virtuell reflektierte Sensorsignal zunächst auf eine Fahrbahnoberfläche trifft und von dieser wiederum reflektiert wird. Auf diese Weise können Mehrfachreflexionen des Sensorsignals bei der Simulation berücksichtigt werden. Wenn beispielsweise mehrere Sensoren, die an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, untersucht werden, kann überprüft werden, welcher der Sensoren ein reflektiertes Sensorsignal empfängt bzw. welcher der Sensoren das reflektierte Sensorsignal zuerst empfängt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Aufpunkt aus der Umgebungskarte gelöscht, falls ein Abstand zwischen dem Aufpunkt und dem Objekt einen vorbestimmten Mindestabstand unterschreitet. In die Umgebungskarte können mehrere Aufpunkte eingetragen sein, welche die Position des Aufpunkts zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw. nach dem Durchführen unterschiedlicher Simulationsschritte beschreibt. Wenn der Abstand zwischen dem Aufpunkt und dem Objekt einen Mindestabstand unterschreitet, kann dieser Aufpunkt aus der Umgebungskarte gelöscht werden. Dabei können Parameter, welche diesem gelöschten Aufpunkt zugeordnet sind, weiterverarbeitet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Aufpunkt aus der Umgebungskarte gelöscht wird, falls ein Abstand zwischen dem Aufpunkt und dem Sensor einen vorbestimmten Mindestabstand unterschreitet. Dies eignet sich insbesondere, wenn das von dem Objekt virtuell reflektierte Sensorsignal bzw. der Richtungsvektor des virtuell reflektierten Sensorsignals untersucht wird.
In einer Ausführungsform wird das Verfahren mit einem virtuellen Sensor durchgeführt, wobei zusätzlich eine Interaktion des virtuell reflektierten Sensorsignals mit dem virtuellen Sensor simulativ ermittelt wird. In diesem Fall wird nicht nur das Objekt, sondern auch der Sensor simulationstechnisch nachgebildet. Zudem kann anhand des virtuell reflektierten Sensors eine Interaktion zwischen dem virtuell reflektierten Sensorsignal und dem virtuellen Sensor bestimmt werden. Insbesondere kann simulativ bestimmt werden, ob und wie das reflektierte Sensorsignal auf den virtuellen Sensor auftrifft. Dabei können Auftreffwinkel und/oder die Energie des reflektierten Sensorsignals beim Auftreffen auf den virtuellen Sensor bestimmt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Verfahren mit einem realen Sensor durchgeführt, wobei ein Signalgeber in Abhängigkeit von dem virtuell reflektierten Sensorsignal zur Ausgabe eines realen reflektierten Sensorsignals für den realen Sensor angesteuert wird. In diesem Fall wird also ein realer Sensor verwendet, der mechanische und/oder elektrische Komponenten aufweisen kann. Mit dem realen Sensor kann ein reales Sensorsignal ausgesendet werden. Dieses reale Sensorsignal kann als Trigger für den Signalgeber verwendet werden. Ferner wird ein entsprechender Signalgeber verwendet, mit dem ein reflektiertes Sensorsignal nachgebildet werden kann. Anhand des virtuell reflektierten Sensorsignals kann bestimmt werden, welches reflektierte Sensorsignal der reale Sensor bei dem Vorhandensein eines realen Objekts empfangen würde. Ferner kann bestimmt werden zu welchem Zeitpunkt nach dem Aussenden des realen Sensorsignals der reale Sensor ein reales reflektiertes Sensorsignal empfangen würde. Dieses reale reflektierte Sensorsignal kann nun mit dem Signalgeber nachgebildet werden. Wenn der reale Sensor beispielsweise ein Ultraschallsensor ist, kann der Signalgeber eine entsprechende Ultraschallquelle sein, mit der das reflektierte Ultraschallsignal erzeugt werden kann. Somit kann das Verfahren beispielsweise in einen sogenannten Hardware-in-the-Loop-Prüfstand eingebunden werden.
Eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Die Recheneinrichtung kann beispielsweise ein Computer sein. Die Recheneinrichtung kann auch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs sein.
Die Erfindung betrifft auch ein, vorzugsweise auf einem Speichermedium gespeichertes, Computerprogrammprodukt, welches dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, wenn es auf einer Recheneinrichtung, insbesondere einem Computer, ausgeführt wird.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen sowie deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Recheneinrichtung sowie für das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle 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 sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Interaktion zwischen einem Sensor und einem virtuellen Objekt gemäß dem Stand der Technik;
2 ein virtuelles Modell eines Sensors eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Richtcharakteristik eines ausgesendeten Sensorsignals anhand einer Hülle und eines Richtungsvektors beschrieben wird.
3 eine schematische Darstellung eines Prüfstands des Sensors;
4 Umgebungskarten, welche den virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs in zeitlich aufeinanderfolgenden Schritten darstellen;
5 die Umgebungskarte, welche das Kraftfahrzeug und drei Objekte in dem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zeigt; und
6 die Umgebungskarte, welche ein von dem Objekt reflektiertes Sensorsignal zeigt.
Vorliegend soll die Interaktion zwischen einem Sensor S und einem virtuellen Objekt O in einem virtuellen Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs F simulativ bestimmt werden. Ein solcher Sensor S kann beispielsweise an dem Kraftfahrzeug F angeordnet sein. Der Sensor S ist insbesondere dazu ausgebildet, das Objekt O in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs F zu erfassen. Ein solcher Sensor S kann beispielsweise ein Ultraschallsensor, ein Radarsensor oder ein Laserscanner sein. Vorliegend wird also in einem Simulationsverfahren das von dem Sensor S ausgesendete Sensorsignal und das von dem virtuellen Objekt O virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt.
1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Interaktion zwischen dem Sensor S und dem Objekt O gemäß dem Stand der Technik. Ein derartiges Verfahren kann beispielsweise in einem Hardware-in-the-Loop-Prüfstand eingesetzt werden. In einem Schritt S1 wird das Verfahren gestartet. Hierbei wird insbesondere ein Simulationszyklus gestartet. In einem Schritt S2 werden die Ausgangssignale von Hardwarekomponenten eingelesen. Zudem werden die Ausgangssignale mit den Ausgangssignalen verglichen, die bei einem vorherigen Simulationszyklus bestimmt wurden. In einem Schritt S3 werden Fahrer- und Fahrzeugzustandsgrößen berechnet. Die Fahrerzustandsgrößen beschreiben insbesondere, die Zustandsgrößen, die von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs F vorgegeben werden. Die Fahrer- und Fahrzeugzustandsgrößen werden anhand der Ausgangssignale bestimmt, die zu dem vorherigen Simulationszyklus bestimmt wurden. Anhand der Ergebnisse, die in dem Schritt S3 bestimmt wurden, werden in einem Schritt S4 Ausgangsgrößen anhand des von einem Benutzer erstellten Modells für den Sensor bestimmt. Anschließend werden in einem Schritt S5 die Einträge für die Hardwarekomponenten gesetzt. Die Hardwarekomponenten, die insbesondere die realen Sensoren und eine Steuereinrichtung bzw. ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs umfassen können, agieren auf die Eingangssignale und setzen die entsprechenden Ausgangssignale für den nächsten Simulationsschritt (Schritt S6). Für den Fall, dass der Hardware-in-the-Loop-Prüfstand nicht eingesetzt wird, werden die Schritte S2 und S5 nicht durchgeführt. Schließlich wird das Verfahren in einem Schritt S7 beendet.
Bei Fahrzeugsimulationsprogrammen gemäß dem Stand der Technik findet in jedem Simulationsschritt eine Überprüfung statt, ob das Objekt O von dem Sensor S detektiert wird. Es wird dabei angenommen, dass während eines Simulationsschrittes das Sensorsignal sowohl ausgesendet wird als auch ein virtuell reflektierte Sensorsignal empfangen wird. Bei realen Anwendungen des Sensors S treten aber üblicherweise Mehrfachreflexionen des ausgesendeten Sensorsignals bzw. des reflektierten Sensorsignals auf. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Sensor S als Ultraschallsensor ausgebildet ist und zur Parklückenvermessung eingesetzt wird. Um derartige Situationen bzw. Mehrfachreflexionen simulationstechnisch nachbilden zu können, wird ein Verfahren benötigt, das die Wellenausbreitung mit den Mehrfachreflexionen an Objekten O berücksichtigt. Ein solches Verfahren wird nachfolgend vorgestellt.
2 zeigt ein Modell des Sensors S, der beispielsweise ein Ultraschallsensor sein kann. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Richtcharakteristik des Sensors S durch eine Hülle 1 beschrieben. Die Hülle 1 ist vorliegend halbkugelförmig ausgebildet. Vorliegend ist ein Bezugspunkt B definiert, welche in dem vorliegenden Fall den Mittelpunkt der halbkugelförmigen Hülle 1 beschreibt. Der Bezugspunkt B kann beispielsweise die Position des Sensors S bzw. einer Sendeeinrichtung des Sensors S beschreiben. Zudem ist die Hülle 1 mit Hilfe eines entsprechenden Gitters in entsprechende Zellen 2 unterteilt. Dabei ist jeder der Zellen 2 ein Schallpegel bzw. Schalldruckpegel zugeordnet. Der Schwerpunkt der jeweiligen Zelle 2 bildet einen Aufpunkt P für einen Richtungsvektor k, welcher das von dem Sensor S ausgesendeten Sendesignal oder einen Teil davon beschreibt. Der Richtungsvektor k verläuft entlang der verlängerten Verbindungslinie zwischen dem Bezugspunkt B und dem Aufpunkt P.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Prüfstands 3, insbesondere eines Hardware-in-the-Loop-Prüfstands. Der Prüfstand 3 weist die Blöcke I bis VIII auf, welche durch einzelne Recheneinrichtungen gebildet sein können. Die Blöcke I bis VIII können auch durch eine einzige Recheneinrichtung gebildet sein. Der Prüfstand 3 weist einen ersten Block I auf, der mehrere Listeneinträge 4 aufweist. Jeder der Listeneinträge 4 beschreibt die Parameter für einen Sensor S. Vorliegend kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug F simuliert werden, welches vier Sensoren S aufweist. Jeder der Listeneinträge 4 repräsentiert einen Parameterdatensatz bestehend aus einer fortlaufenden Nummerierung. Ferner ist im Parameterdatensatz der Aufpunkt P für jeden Sensor S hinterlegt. Weiterhin ist in dem Parameterdatensatz insbesondere der Richtungsvektor k, insbesondere ein normierter Richtungsvektor, für jeden Sensor S hinterlegt. Dabei kann der Parameterdatensatz eine Anzahl von maximalen Rechenschritten, die geometrischen Abmessungen der Hülle 1, insbesondre einen Radius der Hülle 1, eine maximale Länge der Richtungsvektoren k und entsprechende Parameter, welche den Schalldruckpegel beschreiben, umfassen. Ferner umfasst der Parameterdatensatz den zurückgelegten Weg des ausgesendeten Sensorsignals bzw. die Ausbreitung des Richtungsvektors k während eines Simulationsschritts.
Dabei ist der normierte Richtungsvektor k in einem Sensorkoordinatensystem beschrieben. Dieser Parameterdatensatz wird bei dem Start einer Simulation in ein Fahrzeugsimulationsprogramm, beispielsweise in das Programm „CarMaker“ der Firma IPG, importiert. In einem Block II des Prüfstands 3 werden jedem der Simulationsschritte die Richtungsvektoren k in ein gegebenenfalls lokales Fahrzeugkoordinatensystem transformiert. In dem Block III wird das Sensorsignal von dem Sensor S ausgesendet. Hierbei liegt ein Pegel an einer Signalleitung 8 an. Beim Anliegen des Pegels an der Signalleitung 8 wird ein Trigger für den Block IV bereitgestellt.
In dem Block IV des Prüfstands werden die Aufpunkte P und die Richtungsvektoren k in eine Umgebungskarte 11 eingetragen. Die Umgebungskarte 11 beschreibt einen virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs F, wobei in der Umgebungskarte 11 zusätzlich die Position des Kraftfahrzeugs F und die Position zumindest eines Objekts O eingetragen ist. 4 zeigt vier Umgebungskarten 11 für zeitlich aufeinanderfolgende Schritten. Für einen Zeitpunkt t_n ist in einer ersten Umgebungskarte 11 das Kraftfahrzeug F sowie der an dem Kraftfahrzeug angeordnete Sensor S dargestellt. Ferner sind der Aufpunkt P_n und der Richtungsvektor k dargestellt. Zu einem weiteren Zeitpunkt t_n+1 ist in einer zweiten Umgebungskarte 11 zudem der Aufpunkt P_n+1 eingetragen. Die dritte Umgebungskarte 11 zeigt zudem den Aufpunkt P_n+2 zu dem Zeitpunkt t_n+2. Die vierte Umgebungskarte 11 zeigt den Aufpunkt P_n+3 zu dem Zeitpunkt t_n+3. Die einzelnen Zeitpunkte t_n bis t_n+3 zeigen insbesondere Ergebnisse von einzelnen Simulationsschritten. Somit kann die Ausbreitung des von dem Sensor S ausgesendeten Sensorsignals durch die Aufpunkte P_n bis P_n+3 und den Richtungsvektor k in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt werden.
5 zeigt die Umgebungskarte 11 in einer weiteren Ausführungsform. Hier befinden sich in dem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs F drei Objekte O₁, O₂ und O₃. Vorliegend ist zu erkennen, dass sich der Richtungsvektor k mit dem ersten Objekt O₁ in einem Schnittpunkt T₁ und mit dem zweiten Objekt O₂ in einem Schnittpunk T₂ schneidet. Hierbei kann der jeweilige Schnittpunkt des Richtungsvektors k mit den Objekten O₁ und O₂ sowie der jeweilige Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor k und den Objekten O₁ und O₂ bestimmt werden. Ferner werden ein Abstand d₁ zwischen dem Aufpunkt P_n+1 und dem ersten Objekt O₁ und ein Abstand d₂ zwischen diesem Aufpunkt P_n+1 und dem zweiten Objekt O₂ bestimmt. Hier wird untersucht, ob das Minimum der Abstände d₁ und d₂ kleiner als ein vorbestimmter Mindestabstand ε ist.
6 zeigt die Umgebungskarte 11 in einer weiteren Ausführungsform. Hier befindet sich in dem Bereich des Kraftfahrzeugs F ein Objekt O. Vorliegend wurde das ausgesendete Sensorsignal von dem Objekt O reflektiert. In der Umgebungskarte 11 ist zudem ein Richtungsvektor r des reflektierten Sensorsignals dargestellt. Hierbei wird überprüft, ob sich der Richtungsvektor r des reflektierten Sensorsignals mit dem Kreis A in einem Schnittpunkt T₃ schneidet, welcher den an dem Kraftfahrzeug F angeordneten Sensor S umgibt. Falls eine dreidimensionale Umgebungskarte 11 verwendet wird, kann anstelle des Kreises A eine Kugel vorgesehen sein.
In dem Block V des Prüfstands wird nun in einem Teilblock 5 überprüft, ob bei einer Anordnung gemäß 5 das Minimum des Abstands d₁und des Abstands d₂ kleiner oder gleich als der vorbestimmte Mindestabstand ε ist. Ferner wird in einem Teilblock 6 überprüft, ob bei einer Anordnung von 6 ein Abstand d₃ zwischen dem Sensor S und dem Aufpunkt P_n+1 kleiner oder gleich als der Mindestabstand ε ist.
In einem Block VI wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 der Aufpunkt P_n+1 aus der Umgebungskarte 11 gelöscht und zudem wird die Strahlnummer, die Nummer des Hindernisses, der Schnittpunkt T₁, T₂ und der Schnittwinkel mit den Objekten O₁ und O₂ sowie die maximale Strahllänge und interne Parameter übergeben. Zudem wird in dem Block VI anhand von Reflexionsdämpfungen unter Berücksichtigung von Materialeigenschaften, der Freiraum-Luftdämpfung und weiteren Dämpfungswerten die Reflexion an dem Objekt O₁ berechnet. Hierbei kann für jeden der gelöschten Aufpunkte P von dem Bock VI an den Block IV die Strahlennummer, ein Zeitintervall, bis zu welchem ein neuer Aufpunkt P aktualisiert in die Umgebungskarte 11 aufgenommen wird, ein aktualisierter Aufpunkt P, der aktualisierte Richtungsvektor k und eine Information darüber, ob der aktuelle Aufpunkt P aus der Umgebungskarte 11 gelöscht werden kann, übertragen.
In den Blöcken VII und VIII wird bei dem Fall gemäß 6 der Aufpunkt P_n+1 aus der Umgebungskarte 11 entfernt. An den Block VII werden die Strahlennummern, die Nummer des Objekts O, die zurückgelegte Strecke des Sensors S, die zurückgelegte Gesamtstrecke, der Schnittpunkt T₃ sowie der Schnittwinkel mit dem Sensor S und interne Parameter übergeben. Der Block VII berechnet ein nachgebildetes reflektiertes Sensorsignal, das mit einem Signalgeber 7 ausgesendet wird. Der Signalgeber 7 ist über eine Leitung 9 mit einer Spannungsversorgung verbunden. Zudem ist der Signalgeber 7 über eine Leitung 10 mit einem Masseanschluss verbunden. Mit diesem nachgebildeten reflektierten Sensorsignal kann ein realer Sensor beaufschlagt werden. Zudem werden in dem Block VII die Zeitpunkte, zu welchem das reflektierte Echo von einem Signalgeber 7 ausgesendet werden soll, bestimmt. Von dem Block VIII werden für den Sensor der Zeitpunkt zum Aussenden des nachgebildeten Signals sowie die Amplitude und die Phase des nachgebildeten Signals übergeben. Mit dem Bock VIII kann somit der Signalgeber 7 über die Signalleitung 8 angesteuert werden. Somit kann mit dem Signalgeber 7 das nachgebildete reflektierte Sensorsignal ausgegeben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10314129 A1 [0004]
DE 102011015094 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum simulativen Bestimmen einer Interaktion zwischen einem Sensor (S) eines Kraftfahrzeugs (F) und einem virtuellen Objekt (O, O₁, O₂, O₃) in einem virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs (F) mittels einer Recheneinrichtung, bei welchem in dem virtuellen Umgebungsbereich anhand einer Richtcharakteristik des Sensors (S) ein von dem Sensor (S) ausgesendetes Sensorsignal und das von dem Objekt (O, O₁, O₂, O₃) virtuell reflektierte Sensorsignal bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in dem virtuellen Umgebungsbereich ein Bezugspunkt (B) bestimmt wird, welcher eine Position des Sensors (S) beschreibt, anhand der Richtcharakteristik des Sensors (S) eine den Bezugspunkt (B) zumindest bereichsweise umgebende Hülle (1) definiert wird, auf der Hülle (1) zumindest ein Aufpunkt (P, P_n, P_n+1, P_n+2, P_n+3) für einen Richtungsvektor (k), welcher das ausgesendete Sensorsignal beschreibt, definiert wird und anhand des Bezugspunkts (B) und des Aufpunkts (P, P_n, P_n+1, P_n+2, P_n+3) der Richtungsvektor (k) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem bestimmte Richtungsvektor (k) ein Signalpegel des ausgesendeten Sensorsignals zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Aufpunkt (P, P_n, P_n+1, P_n+2, P_n+3) und/oder der bestimmte Richtungsvektor (k) in eine Umgebungskarte (11) eingetragen wird, welche den virtuellen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs (F) abbildet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Simulationsschritte umfasst und die Umgebungskarte (11) nach jedem der Simulationsschritte aktualisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem der Simulationsschritte eine Position des Aufpunkts (P, P_n, P_n+1, P_n+2, P_n+3) und/oder eine Richtung des Richtungsvektor (k) aktualisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Richtungsvektors (k) und einer Position des Objekts (O, O₁, O₂, O₃) in der Umgebungskarte (11) ein Schnittpunkt und/oder Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor (k) und dem Objekt (O, O₁, O₂, O₃) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Objekt (O) eine Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften vorgegeben wird, welche jeweils eine Zuordnung zwischen dem auf das Objekt (O, O₁, O₂, O₃) auftreffenden ausgesendeten Sensorsignal und dem von dem Objekt (O, O₁, O₂, O₃) virtuell reflektierten Sensorsignal beschreiben.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem bestimmten Schnittpunkt (T₁, T₂) und/oder Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor (k) und dem Objekt (O, O₁, O₂, O₃) eine Zuordnungsvorschrift aus der Mehrzahl von Zuordnungsvorschriften ausgewählt wird und ein Richtungsvektor (r) des virtuell reflektierten Sensorsignals anhand der ausgewählten Zuordnungsvorschrift bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schnittpunkt (T₁, T₂) und/oder ein Schnittwinkel zwischen dem Richtungsvektor (r) des virtuell reflektierten Sensorsignals und dem Sensor (S) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufpunkt (P, P_n, P_n+1, P_n+2, P_n+3) aus der Umgebungskarte (11) gelöscht wird gelöscht, falls ein Abstand (d₁, d₂) zwischen dem Aufpunkt (P, P_n, P_n+1, P_n+2, P_n+3) und dem Objekt (O, O₁, O₂, O₃) einen vorbestimmten Mindestabstand (ε) unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einem virtuellen Sensor durchgeführt wird, wobei zusätzlich eine Interaktion des virtuell reflektierten Sensorsignals mit dem virtuellen Sensor simulativ bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einem realen Sensor durchgeführt wird, wobei ein Signalgeber (7) in Abhängigkeit von dem virtuell reflektierten Sensorsignal zur Ausgabe einer Nachbildung eines realen reflektierten Sensorsignals angesteuert wird.
Recheneinrichtung, welche zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.