-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Einbauorientierung zumindest eines an einem Fahrzeug angeordneten Radarsensors, wobei eine Bewegung des Radarsensors und eine Gierrate des Fahrzeugs ermittelt werden.
-
Aus der
DE 10 2010 015 723 A1 ist ein Verfahren zum Erfassen einer Bewegung eines Straßenfahrzeugs bekannt, bei dem Messwerte zu einer Relativbewegung zwischen einer im Fahrzeug befestigten Empfangseinheit und Objekten in einer Fahrzeugumgebung in einem Winkelbereich winkelabhängig erfasst werden. Es wird ein Geschwindigkeitsvektor des Straßenfahrzeugs relativ zu den Objekten der Fahrzeugumgebung dadurch berechnet, dass eine Winkelfunktion ermittelt wird, die mittels einer Ausgleichsrechnung an die winkelabhängigen Messwerte zu der Relativbewegung bestimmt wird. Dabei wird ein Gierverhalten des Straßenfahrzeugs berücksichtigt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Einbauorientierung zumindest eines an einem Fahrzeug angeordneten Radarsensors anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
In einem Verfahren zur Bestimmung einer Einbauorientierung zumindest eines an einem Fahrzeug angeordneten Radarsensors werden eine Bewegung des Radarsensors und eine Gierrate des Fahrzeugs ermittelt.
-
Erfindungsgemäß werden nur solche Messwerte der Bewegung des Radarsensors und der Gierrate des Fahrzeugs zur Bestimmung der Einbauorientierung des Radarsensors berücksichtigt, die bei einer Geradeausfahrt oder einer Kurvenfahrt ohne Schwimmen erfasst werden.
-
Unter Schwimmen wird dabei ein instabiles Fahrverhalten des Fahrzeugs verstanden. Ein Schwimmwinkel ist dabei der Winkel zwischen einer Bewegung des Fahrzeugs im Schwerpunkt und seiner Fahrzeuglängsachse. Bei hohen Querbeschleunigungen wird der Schwimmwinkel als Maß für eine Beherrschbarkeit von Fahrzeugen verwendet. Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass bei einem Schwimmwinkel von weniger als 5° das Fahrverhalten noch als stabil gilt.
-
Somit ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Einbauorientierung eines beliebig angeordneten Radarsensors hochpräzise und online, d. h. während des Betriebs des Radarsensors und des Fahrzeugs, zu bestimmen. Dabei können auch Orientierungsänderungen während der Lebenszeit des Radarsensors ermittelt werden. Aufgrund der Verwendung einer insbesondere großen Anzahl an Messungen und einer direkte Verwendung der Rohdaten, kann auf ein definiertes Szenario und Referenzsystem verzichtet werden und gleichzeitig wird eine große Robustheit des Verfahrens erzielt. Die Einbauorientierung wird dabei im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren direkt gemessen und nicht anhand einer Abweichung zu einer vorgegebenen groben Einbauorientierung bestimmt. Die hochpräzise ermittelte Einbauorientierung ermöglicht eine sehr genaue Kalibrierung und Justierung und somit auch ein hochpräzises so genanntes Autoalignment. Weiterhin kann die hochpräzise Bestimmung mit einem Fehler von insbesondere weniger als 0,1° beispielsweise auch zur Berechnung einer Eigenbewegung, in Radarnetzwerken, bei adaptiver Strahlformung und bei dem Erfassen von Objekten in großen Entfernungen angewendet werden, um hochpräzise Ergebnisse zu erhalten.
-
Das Verfahren eignet sich zusätzlich auch zu einer Ermittlung der Einbauorientierung bei der Montage des Radarsensors. Hierbei kann die erforderliche relative Bewegung beispielsweise auch auf einem Fertigungssystem, beispielsweise auf Schienen oder einem Förderband erfolgen, das zusätzlich als Referenz integriert werden kann.
-
Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass keine direkte Abhängigkeit von einer Winkelauflösung des Sensors besteht, weil keine exakt positionierten Referenzobjekte zur Ermittlung der Einbauposition vermessen werden müssen. Weiterhin kann die Einbauorientierung ohne Wissen einer groben Einbauorientierung bestimmt werden und ist für beliebige Orientierungswinkel anwendbar. Deshalb ist mittels des Verfahrens auch eine unabhängige Routine in Radarnetzwerken, bei denen das gleiche Radar an mehrere Stellen montiert wird, realisierbar.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
-
1 schematisch ein Fahrzeug mit einem am Fahrzeug angeordneten Radarsensor bei einer Kurvenfahrt,
-
2 schematisch einen Ablaufplan eines Verfahrens zur Kalibrierung eines Radarsensors,
-
3 schematisch Ergebnisse einer Ermittlung einer Einbauorientierung von zwei an einem Fahrzeug angeordneten Radarsensoren,
-
4 schematisch einen Bewegungswinkel eines Radarsensors in Abhängigkeit eines Faktors einer Gierrate des Fahrzeugs einer ersten Szene,
-
5 schematisch einen Verlauf eines Gierwinkels des Fahrzeugs über mehrere Messungen der ersten Szene,
-
6 schematisch einen Bewegungswinkel eines Radarsensors in Abhängigkeit eines Faktors einer Gierrate des Fahrzeugs einer zweiten Szene,
-
7 schematisch einen Verlauf eines Gierwinkels des Fahrzeugs über mehrere Messungen der zweiten Szene,
-
8 schematisch einen Bewegungswinkel eines Radarsensors in Abhängigkeit eines Faktors einer Gierrate des Fahrzeugs einer dritten Szene,
-
9 schematisch einen Verlauf eines Gierwinkels des Fahrzeugs über mehrere Messungen der dritten Szene,
-
10 schematisch ein Fahrzeug mit zwei am Fahrzeug angeordneten Radarsensoren bei einer Geradeausfahrt, und
-
11 schematisch das Fahrzeug gemäß 10 bei einer Kurvenfahrt.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist ein Fahrzeug 1 mit einem am Fahrzeug angeordneten Radarsensor 2 bei einer Kurvenfahrt.
-
Dabei ist der Radarsensor 2 in einer Position am Fahrzeug 1 angeordnet, welche ausgehend von einem Referenzpunkt RP des Fahrzeugs 1 durch eine Länge l und eine Breite b gekennzeichnet ist, und weist eine durch einen Einbauwinkel β gekennzeichnete Einbauorientierung auf, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen Ausgestaltungen bestimmt wird.
-
Während der Bewegung zeichnet sich das Fahrzeug 1 durch die Fahrzeugparameter ”Fahrzeuggeschwindigkeit vEgo” und ”Gierrate φ .” aus. Die Parameter ”Messgeschwindigkeit vMess” und ”Bewegungswinkel γMess” werden gemessen. Der Bewegungswinkel γMess stellt dabei den Winkel zwischen Messgeschwindigkeit vMess des Radarsensors 2 und der Einbauorientierung β desselben dar. Die Bewegung des Radarsensors 1 wird insbesondere gemäß der P823938 (Bitte amtliches Aktenzeichen nachtragen!) bestimmt.
-
Die Gierrate φ . ergibt sich gemäß
wobei Gleichung (2) für jeden Zeitschritt gilt.
-
Als Referenzsystem wird ein im Fahrzeug
1 vorhandenes, jedoch nicht näher dargestelltes Gyroskop verwendet, welches durch eine Offsetkalibrierung im Stand des Fahrzeugs
1 keinen Nullfehler aufweist. Dadurch ergibt nur ein Skalierungsfehler k gemäß
mit φ .
Gyro als vom Gyroskop ermittelte Gierrate.
-
Aufgelöst nach dem Bewegungswinkel γ
Mess ergibt sich
-
Ausgehend von Gleichung (4) wird eine Linearisierung des inversen Sinus durchgeführt, so dass sich
ergibt.
-
Für
gilt dabei beispielsweise ein Linearisierungsfaktor ε < 0.01%.
-
Gleichung (5) entspricht insbesondere einer Geradengleichung ”y = mx + t” mit der Steigung m gleich dem Skalierungsfehler k des Gyroksops und einem y-Abschnitt t gleich dem Einbauwinkel β. Zugleich tritt bei allen Messungen, die das Kleinwinkelkriterium erfüllen, durch die sehr kleine Gierrate φ . kein Schwimmen auf, so dass eine Hinterachse des Fahrzeugs 1 mit dem Abstand in der Länge l das Drehzentrum des Fahrzeugs 1 im Referenzpunkt RP ist.
-
Das heißt, es wird für jede Messung, die die Kleinwinkelnäherung erfüllt, ein y-Wert gemäß
y = γMess (7) und ein x-Wert gemäß
bestimmt.
-
Nach einer gewissen Anzahl an Messungen wird durch ein lineares Ausgleichsverfahren, insbesondere durch einen so genannten RANSAC-Algorithmus oder ein Least-Square-Verfahren, eine Geradengleichung ermittelt und damit der Einbauwinkel β und der Skalierungsfehler k bestimmt.
-
2 zeigt einen Ablaufplan des Verfahrens zur Kalibrierung des Radarsensors 1.
-
Zu einem Zeitpunkt t wird in einem ersten Verfahrensschritt S1 mittels der Messwerte des Gyroskops gemäß der vorherigen Beschreibung die Gierrate φ . ermittelt. Parallel erfolgt in einem zweiten Verfahrensschritt S2 wie beschrieben die Messung der Bewegung des Radarsensors 1, d. h. die Messung der Messgeschwindigkeit vMess und des Bewegungswinkels γMess.
-
In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird überprüft, ob die Kleinwinkelnäherung gemäß Gleichung (6) erfüllt ist.
-
Anschließend wird in einem vierten Verfahrensschritt geprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit vEgo und daraus folgend die Messgeschwindigkeit vMess größer als eine vorgegebene Sollgeschwindigkeit sind, da bei kleinen Geschwindigkeiten die Bestimmung der Bewegungsrichtung nicht möglich ist.
-
In einem fünften Verfahrensschritt S5 wird ein Gütekriterium für die Radarmessung überprüft, beispielsweise ob ein Verhältnis zwischen bewegten und stehenden Objekten in der Fahrzeugumgebung ausreichend ist.
-
Werden alle Bedingungen der Verfahrensschritte S3 bis S5 erfüllt, werden in einem sechsten Verfahrensschritt S6 die x- und y-Werte gemäß der Gleichungen (7) und (8) bestimmt und in einem siebten Verfahrensschritt S7 gespeichert.
-
Ist eine ausreichend große Anzahl an Messungen im Speicher vorhanden, erfolgt in einem achten Verfahrensschritt S8 die Ermittlung die Ermittlung der Geradengleichung in dem linearen Ausgleichsverfahren und somit des Einbauwinkels β und des Skalierungsfehlers k.
-
Werden eine der Bedingungen der Verfahrensschritte S3 bis S5 nicht erfüllt, wird die Messung abgelehnt und eine neue Messung wird zum Messzeitpunkt t gestartet.
-
Zusätzlich ist es möglich, dass anstatt jede Messung einzeln zu betrachten, Sequenzen betrachtet werden, in denen eine integrierte Gierrate des Gyroskops, welche eine Orientierungsänderung dargestellt, eine vorgegebene Grenze nicht überschreitet. Danach werden die x- und y-Werte, wie zuvor beschrieben, aus den integrierten Werten des Gyroskops und des Radarsensors 1 gebildet.
-
Für eine Bestimmung einer Steigung der Ausgleichsgeraden werden insbesondere Messungen mit einer höheren Gierrate φ . verwendet. Hierzu kann, nachdem die Einbauorientierung bestimmt wurde, der Algorithmus erneut mit einer höheren Grenze für die Gierrate φ . ausgeführt werden. Dadurch kann die Steigung besser ermittelt werden. Allerdings muss hierbei beachtet werden, dass bei zu hohen Gierraten φ . ein Schwimmen möglich ist. Dies muss vermieden werden.
-
Ist der exakte Skalierungsfehler k des Gyroskops bekannt, kann der Wert der Länge l der Einbauposition bestimmt werden, da dieser der Steigung der Ausgleichsgeraden entspricht. Das heißt, es kann entweder der Skalierungsfehler k oder die Länge l aus der Steigung der Ausgleichsgeraden oder der Faktor k*l, falls beide nicht bekannt sind, bestimmt werden.
-
In 3 sind Ergebnisse einer Ermittlung einer Einbauorientierung, d. h. des Einbauwinkels β, von zwei an einem Fahrzeug angeordneten Radarsensoren 2, 3 dargestellt.
-
Diese wurden in einem Test mit einem Einbauwinkel β von etwa 40° nach außen vorne an dem Fahrzeug 1 angeordnet. In sechs unabhängigen Messungen, davon drei mit höherer Geschwindigkeit einem ersten Gelände und drei mit niedriger Geschwindigkeit auf einem weiteren Gelände, wurde der Einbauwinkel β online bestimmt, ohne dass Vorkenntnisse über die Einbauorientierung im Algorithmus verwendet wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass alle Messungen die gleiche Einbauorientierung berechnen. Die Standardabweichung ist für beide Fälle in etwa 0,03°. Zudem wurde anhand der Steigung der Ausgleichsgeraden die Länge l bestimmt. Der Skalierungsfehler k des Gyroskops wurde zuvor ermittelt.
-
4 zeigt schematisch den Bewegungswinkel γMess des Radarsensors 1 in Abhängigkeit eines Faktors RF der Gierrate φ . des Fahrzeugs 1 einer ersten Szene, welcher mittels der linearen Ausgleichsrechung ermittelt wurde.
-
Der Faktor RF der Gierrate φ . wird dabei gemäß
gebildet.
-
Hierbei ergeben sich ein geschätzter Einbauwinkel β von 7,055° und ein geschätzter Skalierungsfehler k von 1,0256.
-
Es wird ersichtlich, dass die Messgeschwindigkeit vMess keinen Einfluss auf die Parameter hat.
-
In 5 ist ein Verlauf der integrierten Gierrate φ ., das heißt eines Gierwinkels φ des Fahrzeugs 1, über mehrere Messungen n der ersten Szene dargestellt.
-
6 zeigt schematisch den Bewegungswinkel γMess des Radarsensors 1 in Abhängigkeit eines Faktors RF der Gierrate φ . des Fahrzeugs 1 einer zweiten Szene, welcher mittels der linearen Ausgleichsrechung ermittelt wurde.
-
Hierbei ergeben sich ein geschätzter Einbauwinkel β von 6,88° und ein geschätzter Skalierungsfehler k von 1,0203.
-
In 7 ist ein Verlauf der integrierten Gierrate φ ., das heißt eines Gierwinkels φ des Fahrzeugs 1, über mehrere Messungen n der zweiten Szene dargestellt.
-
8 zeigt schematisch den Bewegungswinkel γMess des Radarsensors 1 in Abhängigkeit eines Faktors RF der Gierrate φ . des Fahrzeugs 1 einer dritten Szene, welcher mittels der linearen Ausgleichsrechung ermittelt wurde.
-
Hierbei ergeben sich ein geschätzter Einbauwinkel β von 7.10° und ein geschätzter Skalierungsfehler k von 1,0249.
-
In 9 ist ein Verlauf der integrierten Gierrate φ ., das heißt eines Gierwinkels φ des Fahrzeugs 1, über mehrere Messungen n der ersten Szene dargestellt.
-
Die 10 und 11 zeigen ein Fahrzeug 1 mit zwei am Fahrzeug 1 angeordneten Radarsensoren 2, 3 bei einer Geradeausfahrt und bei einer Kurvenfahrt.
-
Nachdem die Einbauwinkel β der Radarsensoren 2, 3 gemäß der Beschreibung zu den 1 bis 9 bestimmt wurde, kann im Rahmen einer weiteren Online-Kalibrierung ein Geschwindigkeitsoffset mehrerer Radarsensoren 2, 3 untereinander bestimmt werden. Dies ist insbesondere bei einer Ermittlung der Eigenbewegung besonders wichtig. Zudem kann auch der Skalierungsfehler k des Gyroskops ermittelt werden.
-
Bei einer Geradeausfahrt gemäß 10 ist die ermittelte Messgeschwindigkeit vMess1 vMess2 der Radarsensoren 2, 3 theoretisch überall gleich groß. Bei einer Kurvenfahrt gemäß 11 weichen die Messgeschwindigkeit vMess1 vMess2 der zwei mit einem Abstand d zueinander angeordneten Radarsensoren 2, 3 um eine Differenzgeschwindigkeit vDiff voneinander ab.
-
Daraus ist die Gierrate φ . des Fahrzeugs
1, welche für einen starren Körper an Positionen gleich ist, gemäß
ermitteln.
-
Bei einem Geschwindigkeitsoffset ε ergibt sich für eine Geradeausfahrt:
ν'Mess1 = νMess1 + ε (11) und
-
Daraus ergibt sich eine Addition eines konstanten Gierratenfehlers. Bei der Berechnung der Eigenbewegung driftet das Fahrzeug 1 mit zunehmender Zeit immer stärker ab.
-
Im Gegensatz der Online-Kalibrierung für die Einbauorientierung, d. h. den Einbauwinkel β, können hierbei alle Messungen verwendet werden, da kein Modell zugrunde liegt. Dabei ergibt sich folgende Geradengleichung: νDiff = k·d·φ . – ε. (13)
-
Die Differenzgeschwindigkeit vDiff wird anhand der ermittelten Messgeschwindigkeiten vMess1 vMess2 der Radarsensoren 2, 3 bestimmt und die Gierrate φ . mittels des Gyroskops, welchen einen konstanten aber unbekannten Skalierungsfehler k aufweist. Der Abstand d wird direkt am Fahrzeug 1 gemessen und der Geschwindigkeitsoffset ε ist die gesuchte Größe.
-
Hierzu wird die Differenzgeschwindigkeit vDiff über (d*φ .) aufgetragen und entsprechend der Ermittlung des Einbauwinkels β wird ein robuster Geradenausgleich mittels des linearen Ausgleichsverfahrens durchgeführt. Der y-Achsenabschnitt entspricht dabei genau der Differenzgeschwindigkeit vDiff und die Steigung der Ausgleichsgeraden dem Skalierungsfehler k des Gyroskops.
-
Falls der Skalierungsfehler k bekannt ist, kann auch der Abstand d der Radarsensoren 2, 3 hochpräzise bestimmt werden.
-
In den gleichen Sequenzen, die auch für die Ermittlung des Einbauwinkels β verwendet wurden, wird der Geschwindigkeitsoffset der beiden Radarsensoren 2, 3 bestimmt. Das Ergebnis ist beispielsweise ein Geschwindigkeitsoffset von 0,051 m/s mit einer sehr geringen Standardabweichung von 0,0028 m/s.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeug
- 2
- Radarsensor
- 3
- Radarsensor
- b
- Breite
- d
- Abstand
- k
- Skalierungsfehler
- l
- Länge
- n
- Messung
- RF
- Faktor
- RP
- Referenzpunkt
- S1 bis S9
- Verfahrensschritt
- t
- Messzeitpunkt
- vDiff
- Differenzgeschwindigkeit
- vEgo
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- vMess, vMess1, vMess2
- Messgeschwindigkeit
- β
- Einbauwinkel Gierwinkel
- φ .
- Gierrate
- γMess
- Bewegungswinkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010015723 A1 [0002]