DE19944542C2 - Verfahren zur fahrzeugseitigen Bestimmung des Fahrstreckenverlaufs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fahrzeugseitigen Be­ stimmung des Verlaufs einer von einem Fahrzeug befahrenen Fahr­ strecke, bei dem ein Vorausbereich des Fahrzeugs mittels einer radarstrahlungsbasierten Objekterfassungseinrichtung abgetastet wird, die eine oder mehrere Abtasteinheiten mit Abstastbereichen unterschiedlicher lateraler Flächenabdeckung zur Erfassung des Abstands dortiger Objekte vom Fahrzeug umfaßt.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 195 11 210 A1 bekannt. Beim dortigen Verfahren wird zum Erkennen von Hindernissen der Frontbereich eines Kraftfahrzeuges mittels Laserlicht oder Ra­ darwellen abgetastet. Durch Auswerten der Hindernisdaten wird die Spur von feststehenden Objekten entlang einer Fahrbahn ver­ folgt und mit einem geschätzten gekrümmten Weg des Kraftfahrzeu­ ges bezüglich der Objekte verglichen. Wird ein Objekt länger als eine bestimmte Mindestzeit in einem Warnbereich um das Kraft­ fahrzeug herum erfaßt, so löst dies einen Hindernisalarm mit A­ larmton aus und bewirkt darüber hinaus ein entsprechendes An­ steuern von Bremsen oder Einheiten eines Automatikgetriebes.

In der DE 25 53 302 A1 ist eine Radareinheit für Kraftfahrzeuge offenbart, die Radarwellen über zwei Sendeantennen entsprechend einem Doppelkeulendiagramm in einen Frontbereich des Kraftfahr­ zeuges abstrahlt. Diese Radarstrahlen werden an radarsensitiven Objekten, die sich auf der Fahrbahn befinden, zur Radareinheit zurückreflektiert. Aus dem reflektierten Signal wird dann auf den Ablagewinkel der Objekte zur Fahrzeuglängsachse und deren Abstand zum Fahrzeug geschlossen.

In der EP 0 514 343 A2 ist ein automatisches Fahrzeugführungssy­ stem beschrieben, in dem ein Verfahren zur Abschätzung eines Fahrstreckenverlaufs durch Detektieren und Spurverfolgung von vor dem Fahrzeug liegenden Objekten durchgeführt wird, die mit­ tels Radarwellen erfaßt werden. Zur Abschätzung des Fahrstrec­ kenverlaufs wird ein entsprechender Fahrzeugnahbereich mittels eines Kreisbogens approximiert, dessen Parameter aus den Daten der Spurverfolgung von Objekten am Straßenrand ermittelt werden.

In der EP 0 464 821 A1 ist ein Verfahren zur Abschätzung des Fahrstreckenverlaufs für ein Kraftfahrzeug offenbart, bei dem mittels Radar radarsensitive Objekte am Straßenrand, z. B. Leit­ planken, Führungsmarkierungen oder Bäume, erfaßt werden und auf­ grund von erfaßten Daten deren Spur verfolgt wird. Zur Abschät­ zung des Fahrstreckenverlaufs wird ein Fahrbahnnahbereich in ei­ ner gegenüber einer Kreislinienapproximation verbesserten Approximation als Cornu-Spirale angesetzt, deren Parameter aus den Objektspurverfolgungsdaten durch Maximieren einer vorgegebe­ nen Funktion gewonnen werden. Unterschreitet das ermittelte Ma­ ximum der vorgegebenen Funktion einen Schwellwert, was der Fall ist, wenn nicht genügend Objekte am Straßenrand erfaßt werden, so wird aus einem eingestellten Lenkwinkel auf den Fahrbahnver­ lauf geschlossen.

Aus der WO 99/30183 A1 ist ein Verfahren zur fahrzeugseitigen Bestimmung des Verlaufs einer vom Fahrzeug befahrenen Fahrstre­ cke bekannt. Mittels eines am Fahrzeug befindlichen Scanner- Radarsystems wird auf der Basis von im Frontbereich detektier­ ten, ruhenden Objekten der Verlauf der Fahrstrecke vorherbe­ stimmt, indem hypothetisch gewonnene Streckenteile mittels der Methode der kleinsten Fehlerquadrate an die Streckenverlaufskur­ ve angepasst werden. Ein derartiges Radarscanner-Verfahren setzt jedoch ein hohes Auflösungsvermögen des Radarsystems voraus, um die Streckenteile hinsichtlich Winkel und Abstand mit hinrei­ chender Genauigkeit zu detektieren, und ist somit anfällig für Messfehler, die keine robuste Fahrstreckenverlaufsbestimmung er­ möglichen.

Weiter sind Ansätze bekannt, einen Fahrstreckenverlauf aus einem Lenkwinkel oder der Differenz von Raddrehzahlen abzuschätzen. Problematisch bei einer Abschätzung des Fahrstreckenverlaufs aus dem Lenkwinkel ist jedoch, daß auch auf Straßen mit Seitennei­ gung bei gerader Fahrt Lenkwinkel auftreten, die einem Kurvenra­ dius von einem Kilometer für ungeneigte Straßen entsprechen.

Dies hat eine laterale Unsicherheit für den Verlauf der eigenen Fahrspur von 5 m in 100 m Entfernung zur Folge, d. h. die Unsicher­ heit für einen abgeschätzten Fahrstreckenverlauf übersteigt die typische Fahrspurbreite deutlich. Weiter läßt es eine auf Lenkwinkelauswertung basierende Fahrstreckenverlaufsabschätzung nicht zu, den Fahrstreckenverlauf im Frontbereich eines Kraft­ fahrzeuges bis zu einer Entfernung von 150 m abzuschätzen, son­ dern gestattet bestenfalls, den Verlauf einer Straße unmittelbar am Ort des betreffenden Fahrzeugs zu bestimmen. Insbesondere liefert eine auf Lenkwinkelauswertung beruhende Abschätzung beim Durchfahren von S-Kurven oder bei der Einfahrt in und der Aus­ fahrt aus Kurven keine brauchbaren Ergebnisse für den Fahrstre­ ckenverlauf.

Aufgabe der Erfindung ist, ein gegenüber Meßfehlern unempfindli­ ches Verfahren zur fahrzeugseitigen Bestimmung des Verlaufs ei­ ner von einem Fahrzeug befahrenen Fahrstrecke bereitzustellen, das eine vergleichsweise zuverlässige und genaue Abschätzung des Fahrstreckenverlaufes zuläßt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Demgemäss erfolgt die Messung in einem oder mehreren aufeinander folgenden Schritten erfolgt, durch die stehende Objekte (5, 6) von sich bewegenden Objekten unterschieden werden können. Für die weitere Verarbeitung sind die stehenden Objekte relevant. Da die stehenden Objekte in der Regel am Fahrbahnrand angeordnet sind charakterisieren sie diesen. Die ermittelten Abstandswerte zu den stehenden Objekten werden als Objektpunkte auf einen, je­ dem Winkelsektor zugeordneten Abstandsstrahl abgebildet. Rele­ vante Objektpunkte, die auf dem Abstandsstrahl aufeinanderfol­ gend eine Dichte aufweisen, die einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, werden durch Endpunkte auf dem Abstandsstrahl eingegrenzt. Die lateralen Winkelsektoren sind durch die Detek­ tionsgrenze der Radareinrichtung auf Grenzwinkel festgelegt, un­ ter denen virtuelle Streckenverlaufspunkte abgelegt sind, deren Abstände zur Radareinrichtung durch die Abstandswerte der End­ punkte zur Radareinrichtung definiert sind. Der Streckenverlauf wird durch Anpassen einer Streckenverlaufskurve an die virtuel­ len Streckenverlaufspunkte bestimmt.

Auf diese Weise kann der Fahrstreckenverlauf mit­ tels statistischen Methoden vergleichsweise genau und zuverläs­ sig bestimmt werden.

Eine Radareinheit, die den Frontbereich eines Kraftfahrzeuges abtastet, erfaßt neben Abstand und Differenzgeschwindigkeit von sich bewegenden Objekten auch Signale von parkenden Autos, Leit­ planken, Streckenbegrenzungspfosten, Gebüsch, Verkehrsschildern und Schilderbrücken. Diese stehenden Objekte können daran er­ kannt werden, daß ihre Differenzgeschwindigkeit zum Fahrzeug, das die Radarstrahlen emittiert, der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht. Beim erfindungsgemäßen Verfahren beein­ trächtigen Leitplanken am Fahrstreckenrand die Güte der Abschät­ zung nicht, sondern bewirken umgekehrt, daß die Qualität der Ab­ schätzung besser wird.

Ist der Verlauf eines Fahrstreckenrandes anhand des erfindungs­ gemäßen Verfahrens unter Ausnutzung von am Streckenrand gehäuft anzutreffenden stehenden, radarreflektierenden Objekten und der Abstand eines Fahrzeugs zum Fahrstreckenrand bestimmt, so ist auch der Verlauf der Fahrstrecke bekannt. Die Kenntnis des Fahr­ streckenverlaufes bildet dann die Grundlage dafür, zu entschei­ den, ob beispielsweise mittels Radar erfaßte, sich auf der Fahr­ strecke bewegende Objekte, in der Regel Fahrzeuge auf einer Straße, einer eigenen Fahrspur oder einer Gegenfahrbahn zuzuord­ nen sind.

In Weiterbildung der Erfindung liegen die relevanten Ob­ jektpunkte auf dem Abstandsstrahl mit einer Dichte, die einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet, und befinden sich in einem Intervall mit einer vorgebbaren Mindestlänge. Auf diese Weise wird ein Kriterium geschaffen, durch das vereinzelte Stör­ messungen, welche nicht auf radarstrahlenreflektierenden Objek­ ten am Streckenrand basieren, nicht in die Bestimmung des Fahr­ streckenverlaufs eingehen.

In Weiterbildung der Erfindung werden bei der Bestimmung der Dichte von Objektpunkten auf dem Abstandsstrahl nur jüngere Ob­ jektpunkte berücksichtigt, die in mehreren aufeinanderfolgenden Meßvorgängen innerhalb eines gleitenden Aufzeichnungszeitraums von jeweils erfaßten Abständen von Objekten gebildet wurden. Auf diese Weise wird die Aktualität eines erfaßten Objektes berück­ sichtigt und somit die Genauigkeit für eine Bestimmung des Fahr­ streckenverlaufs gesteigert.

In Weiterbildung des Verfahrens umfaßt die Streckenverlaufs­ punktbildungsvorschrift die Vorschrift, daß falls Objektab­ standsmengen von benachbarten Abtasteinheiten bezüglich ihrer Lage auf dem Abstandsstrahl sich überlappen und/oder durch eine Lücke getrennt sind, die einen vorgebbaren Schwellwert unter­ schreitet, als Streckenverlaufspunkt ein Zwischenpunkt zwischen den beiden nahe beieinanderliegenden Endpunkten der Objektab­ standsmengen bestimmt wird, wobei der Abstand des Zwischenpunk­ tes von den Objekterfassungseinrichtungen den gemittelten Ab­ ständen der beiden Endpunkte entspricht und der Ablagewinkel des Zwischenpunktes dem mittleren Ablagewinkel zwischen den Berei­ chen größter Detektionsempfindlichkeit der beiden zugehörigen Abtasteinheiten entspricht. Auf diese Weise kann die Anzahl von virtuellen Streckenverlaufspunkten, an die eine Streckenver­ laufskurve angepaßt wird, gesteigert werden.

In Weiterbildung des Verfahrens wird, falls Objekte in zwei be­ nachbarten Abtasteinheiten erfaßt werden, über die sich überlap­ penden Antennenrichtdiagramme für die Objekte zusätzlich zu ei­ nem Objektabstand ein Ablagewinkel bestimmt. Die Streckenver­ laufspunktbildungsvorschrift umfaßt dann die Vorschrift, daß den Endpunkten einer Objektabstandsmenge ein virtueller Streckenver­ laufspunkt zugeordnet wird, dessen Ablagewinkel einem mittleren Ablagewinkel von solchen doppelt erfaßten Objekten mit Objekt­ punkten in einem Endbereich der Objektabstandsmenge entspricht. Auf diese Weise kann ein virtueller Streckenverlaufspunkt be­ stimmt werden, der mit großer Wahrscheinlichkeit dem tatsächlichen Streckenverlauf entspricht.

In Weiterbildung des Verfahrens wird als Streckenverlaufskurve eine Kreisbogenkurve oder eine Polynomkurve angepaßt. Auf diese Weise kann eine Streckenverlaufskurve durch Anpassen weniger Pa­ rameter aus virtuellen Streckenverlaufspunkten ermittelt werden.

In Weiterbildung des Verfahrens wird die Streckenverlaufskurve nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate angepaßt. Auf die­ se Weise kann die Streckenverlaufskurve im Rahmen eines leicht handhabbaren mathematischen Anpassungsverfahrens aus den virtu­ ellen Streckenverlaufspunkten bestimmt werden.

In Weiterbildung des Verfahrens wird beim Anpassen der Strecken­ verlaufskurve wenigstens ein virtueller Streckenverlaufspunkt, der nicht zur Streckenverlaufskurve paßt, nicht berücksichtigt. Wird beispielsweise eine zu große Abweichung eines Punktes bzw. ein zu großer mittlerer Fehler im Rahmen des Anpassens der Streckenverlaufskurve festgestellt, so wird der betreffende Punkt aus einer Berechnungsroutine herausgenommen und rechne­ risch ein neuerliches Anpassen ohne diesen Punkt durchgeführt. Dieses Herausnehmen von Punkten kann gegebenenfalls mehrfach durchgeführt werden, bis sich eine gewünschte Genauigkeit ein­ stellt. Als vorteilhaft erweist es sich dabei, die Reihenfolge, mit der Punkte aus der Berechnungsroutine herausgenommen werden, aufgrund von Erfahrungswerten, die beispielsweise der Ortsunsi­ cherheit eines Punktes entsprechen, festzulegen. Auf diese Weise kann die Wahrscheinlichkeit dafür erhöht werden, daß der ermit­ telte Fahrstreckenverlauf sehr gut mit dem wirklichen Fahrstrec­ kenverlauf übereinstimmt.

In Weiterbildung der Erfindung werden die virtuellen Strecken­ verlaufspunkte für das Anpassen der Streckenverlaufskurve ent­ sprechend einem Zuverlässigkeitskriterium für die virtuellen Streckenverlaufspunkte gewichtet.

In Weiterbildung des Verfahrens wird als Zuverlässigkeitskriterium das mittlere Alter der den virtuellen Streckenverlaufspunk­ ten zugrundeliegenden Objektpunkte im Endbereich einer Objektab­ standsmenge herangezogen. Auf diese Weise kann die Abschätzung für den vor dem Fahrzeug liegenden Fahrstreckenverlauf weiter verbessert werden.

In Weiterbildung des Verfahrens werden aus der angepaßten Strec­ kenverlaufskurve eine Ablage des Fahrzeugs vom Straßenrand und ein Kurvenradius bestimmt. Auf diese Weise werden zwei Größen bereitgestellt, die es ermöglichen, abzuschätzen, ob sich mit­ tels Radar erfaßte stehende oder sich bewegende Hindernisse auf einer Fahrstrecke befinden, und es gegebenenfalls ermöglichen, festzustellen, ob diese sich auf einer gleichen Fahrbahnseite oder auf einer Gegenfahrbahn bewegen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein Fahrzeug mit einer aus mehreren Abtasteinheiten, die als Radareinheiten ausgebildet sind, bestehenden Objekterfassungseinrichtung auf einer Straße,

Fig. 2 beispielhafte Objekte in Empfindlichkeitsbereichen der Objekterfassungseinrichtung, die während eines Auf­ zeichnungszeitraumes im Fahrbetrieb des Fahrzeugs er­ faßt werden,

Fig. 3 und Fig. 4 in einem Ausschnitt der Empfindlichkeitsbereiche der Objekterfassungseinrichtung beispielhaft Objekte, die im Fahrbetrieb des Fahrzeugs erfaßt werden, und

Fig. 5 das Fahrzeug mit ermittelten virtuellen Streckenver­ laufspunkten und einem daraus abgeschätzten Fahrstrec­ kenverlauf.

In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 1 mit einer aus mehreren, als Radar­ einheit ausgebildeten Abtasteinheiten bestehenden Objekterfas­ sungseinrichtung dargestellt. Die Objekterfassungseinrichtung umfaßt drei nicht näher gezeigte, unterschiedlich orientierte Richtantennen, mittels der entsprechend einem jeweils zugehöri­ gen Antennenrichtdiagramm in den Frontbereich des Fahrzeugs in Winkelsektoren 2, 3 und 4 Radarstrahlen ausgesendet werden. In diesen Winkelsektoren 2 bis 4 werden radarstrahlenreflektierende Objekte bis zu einem Entfernungsbereich von 150 m bis 200 m er­ faßt. Radarstrahlen, die beispielsweise an Objekten 5, 6 ge­ streut werden, werden wenigstens teilweise in den betreffenden Winkelsektoren 2 bis 4 zu den Richtantennen zurückreflektiert und von diesen empfangen. Empfangene Radarstrahlen werden mit­ tels einer der Objekterfassungseinrichtung zugeordneten Auswer­ teeinheit nach bekannten Methoden ausgewertet, um Abstand und Relativgeschwindigkeit der Objekte bezüglich des Fahrzeugs zu bestimmen. Über einen einstellbar gehaltenen, gleitenden Auf­ zeichnungszeitraum hinweg wird dabei für jedes erfaßte, bezüg­ lich der Fahrzeugumgebung stehende, d. h. stationäre Objekt neben Abstand und zugehörigem Winkelsektor auch die Intensität des zu­ rückreflektierten Radarsignals abgespeichert.

In Fig. 2 sind beispielhaft für das Fahrzeug 1 aus Fig. 1 die über einen gewissen Aufzeichnungszeitraum hinweg erfaßten Objek­ te im Fahrzeugfrontbereich dargestellt. Aufgrund eines einzel­ nen, lediglich in einem Winkelsektor erfaßten Objektsignals läßt sich radartechnisch zwar erkennen, ob die Objekte bezüglich der Fahrzeugumgebung ruhen, die Position eines Objektes läßt sich jedoch nur bis auf den Abstand zum Fahrzeug präzise ermitteln, denn ein Ablagewinkel eines Objektes von der Fahrzeuglängsachse ist zunächst nur bis auf den Winkelsektor, der mittels einer Richtantenne abgetastet wird, bestimmt.

In der Auswerteeinheit im Fahrzeug wird jedem Winkelsektor 2, 3, 4 einer jeweiligen Richtantenne mit zugehörigem Empfindlich­ keitsbereich 20, 21, 22 ein entsprechender Abstandsstrahl 23, 24 oder 25 zugeordnet. Auf dem Abstandsstrahl 23, 24 oder 25 werden die in den jeweiligen Winkelsektoren 2, 3 oder 4 innerhalb eines Aufzeichnungszeitraumes erfaßten Objekte 26, 27, soweit sie be­ züglich der Fahrzeugumgebung ruhen, als Objektpunkte, etwa 28 und 29, im detektierten Abstand eingetragen.

Der Aufzeichnungszeitraum ist als gleitender Aufzeichnungszeit­ raum ausgebildet, das heißt Objekte, deren Erfassung um mehr als ein einstellbar gehaltener zeitlicher Schwellwert zurückliegt, werden nicht mehr berücksichtigt.

Um zu entscheiden, ob erfaßte Objektsignale auf Objekten beru­ hen, die am Straßenrand liegen, so daß aus diesen der Fahrstrec­ kenverlauf abgeschätzt werden kann, wird ausgenutzt, daß Objek­ ten am Straßenrand, etwa wie in Fig. 1 dargestellte Leitplanken aber auch anderen, möglichst elektrisch leitenden und damit ra­ darsensitiven Straßenbegrenzungsobjekten, eine gewisse Regelmä­ ßigkeit zueigen ist. Speziell für Leitplanken erweist es sich aufgrund der Vielzahl von zurückgestreuten Radarsignalen als un­ möglich, eine zuverlässige radarbasierte Objektzielverfolgung zu realisieren. Werden jedoch für einen bestimmten Aufzeichnungs­ zeitraum, dessen Länge günstigerweise im Sekundenbereich liegt, die auf den Objekten am Fahrstreckenrand beruhenden Radarsignale nach ihrer Entfernung vom Fahrzeug sortiert ausgewertet, so zeigt sich, daß für diese Objekte eine Folge von dicht aufeinan­ derfolgenden Objektabständen erhalten wird. Objekte in der Fahr­ zeugumgebung, denen diese Regelmäßigkeit nicht zueigen ist, ru­ fen dagegen lediglich einen einzelnen Objektabstand oder nur ei­ ne sehr kurze Folge von Objektabständen hervor. Auch Störsigna­ le, die zwangsläufig beim Abtasten einer Umgebung mittels Radar­ strahlen auftreten, haben nicht die Regelmäßigkeit von an Leit­ planken oder Lichtmasten reflektierten Radarsignalen. Durch das Erfassen von Objektsignalen in einem bestimmten Aufzeichnungs­ zeitraum ist es also möglich, zu entscheiden, welche Signale mit hoher Wahrscheinlichkeit auf Objekte zurückgehen, die am Stra­ ßenrand liegen.

Die auf den Abstandsstrahlen 23, 24 oder 25 in einem Aufzeichnungszeitraum mit einer Länge von z. B. etwa 1 s eingetragenen Ob­ jektpunkte faßt nun die Auswerteeinheit nach einem Abstandsmen­ genbildungskriterium zu Objektabstandsmengen zusammen. Dazu wird die Dichte der auf einem jeden Abstandsstrahl eingetragenen Ob­ jektpunkte bestimmt und die Länge eines Bereiches von Objekt­ punkten auf einem Abstandsstrahl, in dem eine erhöhte Dichte auftritt, ausgewertet. Einer Menge von Objektpunkten wird dann eine Objektabstandsmenge zugeordnet, wenn die Dichte von Objekt­ punkten in der Objektabstandsmenge einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet und die Länge der Objektabstandsmenge eine vorgeb­ bare Mindestlänge übersteigt. Aufgrund dieser Kriterien bildet die Auswerteeinheit in dem Fahrzeug 1 beispielsweise auf den Ab­ standsstrahlen 23 und 24 Objektabstandsmengen 29a und 29b. Die­ sen Objektabstandsmengen 29a und 29b werden von der Auswerteein­ heit gemäß einer vorgegebenen Streckenverlaufspunktbildungsvor­ schrift virtuelle Streckenverlaufspunkte zugeordnet.

Diese Streckenverlaufspunktbildungsvorschrift umfaßt die Maßnah­ me, den beiden Endpunkten einer Objektabstandsmenge ein Paar virtueller Streckenverlaufspunkte zuzuordnen, deren Abstand vom Fahrzeug der Lage der Endpunkte auf dem zur Objektabstandsmenge gehörenden Abstandsstrahl entspricht. Die Ablagewinkel der vir­ tuellen Streckenverlaufspunkte werden dabei jeweils auf Erfah­ rungswerte festgesetzt, die in Abhängigkeit vom Abstand der Punkte vom Fahrzeug abgespeichert sind. Den beiden Endpunkten einer Objektabstandsmenge wird demnach ein Punktepaar zugeord­ net, das jeweils aus zwei virtuellen Streckenverlaufspunkten be­ steht, die zur Symmetrieachse eines Empfindlichkeitsbereiches einer Richtantenne symmetrische Ablagewinkel aufweisen und deren Abstand zum Fahrzeug dem jeweiligen Fahrzeugabstand der Endpunk­ te einer Objektabstandsmenge entspricht. Anstatt den Endpunkten von Objektabstandsmengen virtuelle Streckenverlaufspunkte auf­ grund von abgespeicherten Ablagewinkelwerten zuzuordnen, ist na­ türlich auch eine Zuordnung entsprechend einer Rechenvorschrift für die virtuellen Streckenverlaufspunkte möglich.

Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus den Empfindlichkeitsberei­ chen 20, 21 und 22 der Richtantennen der Objekterfassungsein­ richtung zur Erläuterung einer möglichen Ablagewinkelbestimmung für einen Empfindlichkeitsbereich 20. Dort befinden sich zu ei­ nem bestimmten Zeitpunkt beispielhaft radarsensitive Objekte 31, denen etwa eine Leitplanke zugrunde liegt.

Stehende Objekte am Straßenrand, wie Pfosten einer Leitplanke, haben in der Regel einen sehr kleinen Streuquerschnitt für Ra­ darstrahlen. Die Intensität eines von ihnen zurückreflektierten Radarsignales ist daher meist so gering, daß solche Objekte nur von einer Richtantenne erfaßt werden, jedoch keine Detektion dieser Objekte mittels der übrigen Richtantennen erfolgt. Fährt nun das Fahrzeug auf einer beispielsweise durch eine Leitplanke begrenzten Straße und wird mittels der Objekterfassungseinrich­ tung der bis zu 150 m vor dem Fahrzeug liegende Bereich durch Ra­ dar abgetastet, so treten die Objekte 31 an einer Stelle 32 un­ ter einem Ablagewinkel α₃₂ ⁽¹⁾ in den Empfindlichkeitsbereich 20 ein und verlassen diesen an einer Stelle 33 unter einem Ablage­ winkel α₃₃ ⁽¹⁾.

Die von den Objekten 31 hervorgerufene Radarsignalintensität ist beim Eintritt in den Empfindlichkeitsbereich 20 an der Stelle 32 gering. Je weiter sich die Objekte innerhalb des Empfindlich­ keitsbereiches 20 befinden, desto größer ist die von ihnen her­ vorgerufene Radarsignalintensität, wobei auf der Antennenhaupt­ achse 34 an der Stelle 35 im Empfindlichkeitsbereich 20 die her­ vorgerufene Radarsignalintensität maximal ist. Von der Stelle 35 im Empfindlichkeitsbereich 20 nimmt dann die von den Objekten 31 hervorgerufene Radarsignalintensität mit wachsendem Ablagewinkel ab, und sie geraten an der Stelle 33 aus dem Empfindlichkeitsbe­ reich 20. Je nach Lage im Empfindlichkeitsbereich einer Richtan­ tenne ruft somit ein mittels Radarstrahlen erfaßtes Objekt eine unterschiedliche Signalintensität hervor.

Bei gegebenem Abstand treten nun in der Regel die radarsensiti­ ven Objekte 31 unter einem bestimmten Winkel in den Empfindlichkeitsbereich 20 ein bzw. verlassen diesen. Somit ist dieser Win­ kel jedoch nur bis auf ein zur Antennenhauptachse 34 symmetri­ sches Ablagewinkelpaar bestimmt. Entsprechend Erfahrungswerten ordnet daher die Auswerteeinheit der Objekterfassungseinrichtung jedem der beiden Endpunkte einer aus radarsensitiven Objekten 31 gebildeten Objektabstandsmenge ein Paar zugehöriger, zueinander symmetrischer Ablagewinkel α₃₂ ⁽¹⁾ und α₃₂ ⁽²⁾ bzw. α₃₃ ⁽¹⁾ und α₃₃ ⁽²⁾ zu. Einer aus Objektpunkten von Objekten 31 gebildeten Objektab­ standsmenge 36 mit Endpunkten 37 und 38 wird so das Doppelpaar virtueller Streckenverlaufspunkte 39a, 39b bzw. 39c, 39d zuge­ ordnet.

Ist der Streuquerschnitt von mittels Radarstrahlen erfaßten Ob­ jekten groß, so kann dies dazu führen, daß reflektierte Radarsi­ gnale nicht nur in einem einzelnen Empfindlichkeitsbereich einer Richtantenne, sondern gleichzeitig in den Empfindlichkeitsberei­ chen zweier benachbarter Richtantennen erfaßt werden, deren Emp­ findlichkeitsbereiche wenigstens teilweise überlappen. Diese Si­ tuation ist anhand der Fig. 4 veranschaulicht, die wiederum ei­ nen vergrößerten Ausschnitt der Winkelsektoren mit zugehörigen Empfindlichkeitsbereichen von Antennen entsprechend der Fig. 3 darstellt.

Im Aufzeichnungszeitraum werden gemäß dem Beispiel von Fig. 4 von der betreffenden Objekterfassungseinrichtung in den Winkel­ sektoren 2 und 3 die Objektpunkte 40 gleichzeitig durch die An­ tennen mit den Empfindlichkeitsbereichen 21 und 22 erfaßt. Dabei haben jedoch die Signale in den unterschiedlichen Empfindlich­ keitsbereichen verschiedene Signalintensitäten. Durch Intensi­ tätsvergleich von Signalen, denen einander entsprechende Ob­ jektabstände zugrunde liegen, bestimmt in diesem Fall bei glei­ chem Objektabstand für Signale in unterschiedlichen Empfindlich­ keitsbereichen die Objekterfassungseinrichtung den Ablagewinkel, unter dem die betreffenden Objekte mittels der Antennen erfaßt werden.

Anstatt einen Intensitätsvergleich von Signalen durchzuführen, der eine relativ große Signalamplitude in den jeweiligen Emp­ findlichkeitsbereichen voraussetzt, kann alternativ oder zusätz­ lich zwei Signalen aus verschiedenen Empfindlichkeitsbereichen, denen derselbe Abstand zugrunde liegt, ein Ablagewinkel zugeord­ net werden, der einer Symmetrielinie gleicher Empfindlichkeit in den überlappenden Empfindlichkeitsbereichen entspricht. Diese Situation ist für ein erfaßtes Objekt 43 in den Empfindlich­ keitsbereichen 22 bzw. 23 aus Fig. 4 dargestellt. Entlang der Linie 45 haben die zu den Empfindlichkeitsbereichen 22 und 23 gehörenden Antennen die gleiche Empfindlichkeit. Als Objektpunkt wird dem in beiden Empfindlichkeitsbereichen erfaßten Objekt 43 folglich der Punkt 46 auf dieser Linie 45 zugeordnet.

Der Umstand, daß Objekte in den Empfindlichkeitsbereichen von zwei benachbarten Radarantennen erfaßt werden, wird für eine Mittelung von Gruppen von Objektpunkten 40 ausgenutzt, die einem Endbereich der Objektabstandsmenge 41 entsprechen. Bei ermittel­ tem Abstand vom Fahrzeug und berechnetem Ablagewinkel wird ein virtueller Streckenverlaufspunkt durch Bilden eines räumlichen Mittelwertes über die Lage, d. h. über den Abstand und den Abla­ gewinkel der erfaßten Objektpunkte bestimmt. Das Ergebnis einer solchen räumlichen Mittelung ist beispielsweise ein virtueller Streckenverlaufspunkt 42 in Fig. 4. Vorteilhafterweise wird für diese räumliche Mittelung das Alter der dem Mittelungsprozeß zu­ grundeliegenden Meßsignale berücksichtigt, d. h. ältere Meßsigna­ le werden schwächer gewichtet als jüngere.

Anhand der Fig. 5 sind zwei weitere von der Streckenverlaufs­ punktbildungsvorschrift erfaßte Vorschriften erläutert. Wiederum sind die Winkelsektoren 2 bis 4 gezeigt, in denen mittels der Objekterfassungseinrichtung im Fahrzeug 1 Objekte erfaßt werden. In die Winkelsektoren 2 bis 4 sind Objektabstandsmengen als durchgezogene Linien eingezeichnet, denen anhand der zuvor be­ schriebenen Streckenverlaufspunktbildungskriterien virtuelle Streckenverlaufspunkte 50 ⁽¹⁾, 50 ⁽²⁾, 51 ⁽¹⁾, 51 ⁽²⁾, 52 ⁽¹⁾, 52 ⁽²⁾, 53 ⁽¹⁾, 53 ⁽²⁾, 54 ⁽¹⁾, 54 ⁽²⁾ und 55 ⁽¹⁾, 55 ⁽²⁾ zugeordnet wurden.

An die virtuellen Steckenverlaufspunkte 50 ⁽¹⁾, 50 ⁽²⁾ bis 55 ⁽¹⁾, 55 ⁽²⁾ wird durch Anpassen einer parametrisierten Steckenverlaufs­ kurve 56, 56' nach der kleinsten Fehlerquadrat-Methode ein er­ ster grober Streckenverlauf für die Fahrstrecke abgeschätzt. Als Approximationskurven werden dabei Kreiskurven verwendet, die in der Fig. 5 mit Bezugszeichen 56, 56' angedeutet sind. Diese Kreiskurven sind durch eine Ablage d₀ bzw. d'₀ vom Fahrzeug und einen Kurvenradius R bzw. R' parametrisiert. Statt Kreiskurven können natürlich auch andere Kurven, etwa Klotoiden angepaßt werden. Im Staßenbau werden Straßenverläufe häufiger gemäß Klo­ toiden und nicht nach Kreiskurven konzipiert. Dies liegt daran, daß eine dem Verlauf einer Klotoide entsprechende Kurve eine zu­ nächst langsam anwachsende und dann langsam abnehmende Krümmung hat, so daß beim Durchfahren einer als Klotoide gestalteten Kur­ ve weiche Lenkbewegungen ermöglicht werden. Aufgrund der Reich­ weite der auf Radar basierenden Objekterfassungseinrichtung von 150 m bis 200 m in den Frontbereich eines Fahrzeuges ist jedoch in der Regel die Abweichung des Verlaufs einer Kreiskurve von der­ jenigen einer Klotoide vernachlässigbar.

Wird nunmehr die Lage einer Anzahl n virtueller Straßenver­ laufspunkte über ihre Ablage d_i (i = 1, 2, . . ., n) von der Fahr­ zeuglängsachse und ihren Abstand a_i vom Fahrzeugfrontbereich aus­ gedrückt, die in Fig. 5 für den virtuellen Streckenverlaufspunkt 55 ⁽¹⁾ beispielhaft eingezeichnet sind, so bestimmt sich der Kur­ venradius R bzw. R' und die Entfernung d₀ bzw. d₀' des Fahrzeugs vom Straßenrand zu

unter der in der Praxis gültigen Annahme, daß d_i, a_i und d₀ bzw. d₀' sämtlich sehr viel kleiner als R bzw. R' sind. Die Approxima­ tion an die virtuellen Streckenverlaufspunkte wird dabei sowohl für eine Rechtskurve 56 als auch für eine Linkskurve 56' vorge­ nommen. Unter Auswerten der Fehlerquadratsumme beider Approxima­ tionsverfahren wird dann diejenige Kurve ausgewählt, bei der die Fehlerquadratsumme geringer ist. Bei der in der Fig. 5 darge­ stellten Situation ist dies für die Kurve 56 der Fall.

Die um mehr als ein Schwellwert von der Kurve 56 abliegenden virtuellen Streckenverlaufspunkte, etwa die virtuellen Strecken­ verlaufspunkte 50 ⁽²⁾, 51 ⁽²⁾, 53 ⁽²⁾, 55 ⁽²⁾ aus Fig. 5, werden für ein nunmehr folgendes Verfeinern der Approximation nicht mehr weiter berücksichtigt.

Die Approximation wird verfeinert, indem die Zahl der zu appro­ ximierenden virtuellen Streckenverlaufspunkte weiter erhöht wird. Die ermittelten virtuellen Streckenverlaufspunkte 51 ⁽¹⁾, 52 ⁽¹⁾ z. B. basieren zwar auf Objektabstandsmengen, die in unter­ schiedlichen Winkelsektoren bestimmt wurden, sie liegen jedoch nahe beieinander. Entsprechendes gilt für die virtuellen Strec­ kenverlaufspunkte 53 ⁽¹⁾, und 54 ⁽¹⁾.

Ein weiteres Streckenverlaufspunktbildungskriterium besteht nun­ mehr darin, zwischen schon bestimmten virtuellen Streckenver­ laufspunkten, deren Abstand vom Fahrzeug um weniger als ein vor­ gebbarer Schwellwert voneinander abweicht, einen Interpolations­ punkt festzulegen, wobei der Abstand des Interpolationspunktes von der Fahrzeugfront dem arithmetischen Mittel des Abstandes der zugehörigen virtuellen Streckenverlaufspunkte vom Fahrzeug entspricht und der zugehörige Ablagewinkel derjenige Ablagewin­ kel ist, unter dem für zwei benachbarte Empfindlichkeitsbereiche für Antennen dieselbe Empfindlichkeit auftritt. Aufgrund dieser Streckenverlaufspunktbildungsvorschrift sind den virtuellen Streckenverlaufspunkten 51 ⁽¹⁾, 52 ⁽¹⁾ bzw. 53 ⁽¹⁾ und 54 ⁽¹⁾ die Inter­ polationspunkte 57 bzw. 58 zugeordnet.

Mit dem so erweiterten Satz virtueller Streckenverlaufspunkte wird die oben beschriebene Approximation entsprechend der para­ metrisierten Streckenverlaufskurve 56 wiederholt, um so eine passende Abschätzung für den Fahrstreckenverlauf im Frontbereich eines Fahrzeuges zu erhalten. Es ist möglich, die Güte der Ap­ proximationskurve dabei weiter zu erhöhen, indem die virtuellen Streckenverlaufspunkte entsprechend dem mittleren Alter der ih­ nen zugrundeliegenden Objektpunkte gewichtet werden, um somit die Approximation auf der Grundlage von möglichst aktuellen vir­ tuellen Streckenverlaufspunkten durchzuführen. Auch kann durch mehrmaliges Approximieren der virtuellen Streckenverlaufspunkte die Güte der Abschätzung für den Fahrstreckenverlauf weiter ver­ bessert werden.

Dazu werden vor Durchführen einer Approximation die für das An­ passen verwendeten virtuellen Streckenverlaufspunkte einer Plau­ sibilitätsüberprüfung unterzogen. Diese Plausibilitätsüberprü­ fung sondert Punkte entsprechend dem Kriterium aus, daß mit zu­ nehmendem Ablagewinkel auch in der Regel der Abstand der Punkte vom Fahrzeug größer ist. Dies schließt zwar nicht aus, daß in die Approximation ein Punkt einfließt, der entweder nicht zum Streckenverlauf gehört oder der mit großen Meßfehlern behaftet ist. Doch werden im Rahmen einer Verfeinerung der Approximation solche Punkte aus dem Satz endgültiger virtueller Streckenver­ laufspunkte, die approximiert werden, herausgenommen, die nicht zur Approximation passen. Übersteigt die Entfernung eines virtu­ ellen Streckenverlaufspunktes von der approximierten Kurve einen Schwellwert, so wird die neuerliche Approximation ohne diesen Punkt durchgeführt. Wird dann die maximale Abweichung der ver­ bleibenden Punkte von der an sie approximierten Kurve bei einem bestimmten Punkt klein, so ist davon auszugehen, daß der nicht berücksichtigte Punkt ein Meßfehler ist und dieser keinem Fahrstreckenverlauf entspricht.

Nacheinander wird so die Approximation wiederholt, wobei jeweils einzeln aus dem Satz von zu approximierenden, virtuellen Fahr­ streckenverlaufspunkten solche Punkte herausgenommen werden, de­ ren Abstand von der approximierten Kurve, gegebenfalls auch den approximierten Kurven, einen Schwellwert überschreitet. Die Rei­ henfolge, in der Punkte aus der Approximation herausgenommen werden, kann dabei auf Erfahrungswerten oder einer abgeschätzten Ortsunsicherheit der Punkte basieren. Die Approximation wird möglichst so lange durchgeführt, bis die maximale Abweichung der verbleibenden virtuellen Streckenverlaufspunkte von der approxi­ mierten Kurve ein Minimum annimmt. Mit der solchermaßen aufge­ fundenen Kurve läßt sich äußerst zuverlässig der tatsächliche Fahrstreckenverlauf im Vorausbereich des Fahrzeugs bestimmen.

Claims (11)

1. Verfahren zur fahrzeugseitigen Bestimmung des Verlaufs ei­ ner von einem Fahrzeug befahrenen Fahrstrecke, bei dem
der Vorausbereich des Fahrzeugs mittels einer Radareinrich­ tung abgetastet wird, die mehrere Erfassungsbereiche mit unter­ schiedlichen lateralen Winkelsektoren zur Messung des Abstandes zu vorausliegenden Objekten aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Messung in einem oder mehreren aufeinander folgenden Schritten erfolgt, durch die unter anderem den Fahrbahnrand cha­ rakterisierende stehende Objekte (5, 6) von sich bewegenden Ob­ jekten unterschieden werden,
die ermittelten Abstandswerte zu den stehenden Objekten (5, 6) als Objektpunkte (28, 29) auf einen, jedem Winkelsektor zuge­ ordneten Abstandsstrahl (23, 24) abgebildet werden,
relevante Objektpunkte (28), die auf dem Abstandsstrahl (23) aufeinanderfolgend eine Dichte aufweisen, die einen vorge­ gebenen Schwellwert überschreitet, durch Endpunkte (37, 38) auf dem Abstandsstrahl (23) eingegrenzt werden,
die lateralen Winkelsektoren durch die Detektionsgrenze der Radareinrichtung auf Grenzwinkel festgelegt sind, unter denen virtuelle Streckenverlaufspunkte abgelegt sind, deren Abstände zur Radareinrichtung durch die Abstandswerte der Endpunkte (37, 38) zur Radareinrichtung definiert sind, und
der Streckenverlauf durch Anpassen einer Streckenverlaufs­ kurve (56, 56') an die virtuellen Streckenverlaufspunkte be­ stimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektpunkte (28) auf dem Abstands­ strahl (23) eine Dichte haben, die einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet, und sich in einem Intervall mit einer vorgebbaren Mindestlänge befinden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Dichte von Objektpunkten (28) auf dem Ab­ standsstrahl (23) nur diejenigen Objektpunkte, die in mehreren aufeinanderfolgenden Meßvorgängen innerhalb eines gleitenden Aufzeichnungszeitraums von jeweils erfaßten Abständen von Objek­ ten gebildet wurden, berücksichtigt werden, ältere Objektpunkte hingegen nicht mehr berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Fällen, in denen Objektabstandsmengen von zwei benachbarten Abtasteinheiten sich bezüglich der Lage auf dem Ab­ standsstrahl überlappen und/oder durch eine Lücke getrennt sind, die einen vorgebbaren Schwellwert unterschreitet, als Strecken­ verlaufspunkt ein Zwischenpunkt (57, 58) zwischen den beiden einander zugewandten Endpunkten der Objektabstandsmengen be­ stimmt wird, wobei der Abstand des Zwischenpunktes von den Ob­ jekterfassungseinrichtungen den gemittelten Abständen der beiden Endpunkte (51 ⁽¹⁾, 52 ⁽¹⁾) entspricht und der Ablagewinkel des Zwi­ schenpunktes dem mittleren Ablagewinkel zwischen den Bereichen größter Detektionsempfindlichkeit der beiden Abtasteinheiten entspricht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Fällen, in denen Objekten (44), deren zugehörige Objekt­ punkte Bestandteil einer Objektabstandsmenge sind, von zwei be­ nachbarten Abtasteinheiten erfaßt werden, anhand der Antennen­ richtdiagramme der beiden Abtasteinheiten für diese Objekte (44) zusätzlich zum Objektabstand ein Ablagewinkel bestimmt wird, und die Streckenverlaufspunktbildungsvorschrift die Vor­ schrift umfaßt, daß den Endpunkten der Objektabstandsmenge (41) ein virtueller Streckenverlaufspunkt zugeordnet wird, dessen Ab­ lagewinkel einem mittleren Ablagewinkel von Objekten (40) mit Objektpunkten in einem Endbereich der Objektabstandsmenge (41) entspricht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Streckenverlaufskurve (56, 56') eine Kreisbogenkurve oder eine Polynomkurve angepaßt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckenverlaufskurve (56, 56') nach der Methode der kleins­ ten Fehlerquadrate angepaßt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anpassen der Streckenverlaufskurve (56) wenigstens ein vir­ tueller Streckenverlaufspunkt (51 ⁽²⁾, 52 ⁽²⁾, 53 ⁽²⁾), der nicht zur Streckenverlaufskurve (56) paßt, nicht berücksichtigt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuellen Streckenverlaufspunkte (50 ⁽¹⁾, 51 ⁽¹⁾, 52 ⁽¹⁾, 53 ⁽¹⁾, 54 ⁽¹⁾, 58, 55 ⁽¹⁾) für das Anpassen der Streckenverlaufskurve (56) entsprechend einem Zuverlässigkeitskriterium für die virtuellen Streckenverlaufspunkte (50 ⁽¹⁾, 51 ⁽¹⁾, 52 ⁽¹⁾, 53 ⁽¹⁾, 54 ⁽¹⁾, 58, 55 ⁽¹⁾) gewichtet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuverlässigkeitskriterium das mittlere Alter der den virtu­ ellen Streckenverlaufspunkten zugrundeliegenden Objektpunkte im Endbereich einer Objektabstandsmenge (41) herangezogen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus der angepaßten Streckenverlaufskurve (56) eine Ablage (d₀) des Fahrzeugs vom Straßenrand und ein Kurvenradius (R) bestimmt werden.