DE102009009227A1 - Method for automatic alignment of radiation sensor in motor vehicle, involves compensating pitch angle variation of vehicle by automatic alignment - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlsensorsystem zum Einsatz für Fahrerassistenzsysteme im Kraftfahrzeug, das insbesondere in Elevationsrichtung verstellbar ist..The The invention relates to a beam sensor system for use with Driver assistance systems in the motor vehicle, in particular in the elevation direction is adjustable ..
Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet, welche mit Hilfe von Sensorsystemen die Umgebung erfassen und aus der so erkannten Verkehrssituation automatische Reaktionen des Fahrzeugs ableiten und/oder den Fahrer instruieren, insbesondere warnen. Dabei unterscheidet man zwischen Komfort- und Sicherheitsfunktionen.motor vehicles are increasingly being equipped with driver assistance systems, which with the help of sensor systems capture the environment and off the thus detected traffic situation automatic reactions of the vehicle derive and / or instruct the driver, in particular warn. there one distinguishes between comfort and safety functions.
Im Bereich der Komfortfunktionen spielt momentan FSRA (Full Speed Range Adaptive Cruise Control) die wichtigste Rolle. Das Fahrzeug regelt die Eigengeschwindigkeit auf die vom Fahrer vorgegebene Wunschgeschwindigkeit ein, sofern die Verkehrssituation dies zulässt, andernfalls wird die Eigengeschwindigkeit automatisch an die Verkehrssituation angepasst.in the The range of comfort functions currently plays FSRA (Full Speed Range Adaptive Cruise Control) the most important role. The vehicle regulates the airspeed to the desired speed specified by the driver if the traffic situation permits, otherwise the own speed is automatically adapted to the traffic situation customized.
Bei den Sicherheitsfunktionen steht die Reduzierung des Bremsweges in Notsituationen im Mittelpunkt. Das Spektrum der entsprechenden Fahrerassistenzfunktionen reicht von einem automatischen Vorfüllen der Bremse zur Reduktion der Bremslatenz (Prefill), über einen verbesserten Bremsassistenten (BAS+) bis hin zur autonomen Notbremsung.at The safety functions include reducing the braking distance Emergency situations in the center. The spectrum of the corresponding driver assistance functions ranges from an automatic pre-filling of the brake Reduction of the brake latency (Prefill), via an improved Brake Assist (BAS +) up to autonomous emergency braking.
Für Fahrerassistenzsysteme der oben beschriebenen Art werden heute vorwiegend Radarsensoren eingesetzt. Diese arbeiten auch bei schlechten Wetterbedingungen zuverlässig und können neben dem Abstand von Objekten auch direkt deren Relativgeschwindigkeit über den Dopplereffekt messen.For Driver assistance systems of the type described above are becoming prevalent today Radar sensors used. These work well in bad weather conditions reliable and can be next to the distance of objects directly measure their relative velocity via the Doppler effect.
Da die oben beschriebenen Fahrerassistenzfunktionen auch eine korrekte Detektion von weiter entfernten Objekten erfordern (bei FSRA ist bis zu 200 m Reichweite erforderlich), ist eine genau Sensorausrichtung notwendig – in Elevationsrichtung liegen die typischen Anforderungen bei einer maximalen Abweichung von ±0,5° gegenüber paralleler Ausrichtung zur Straße, in Azimutrichtung bei einer maximalen Abweichung von ±0,3° gegenüber der Geradeausrichtung des Fahrzeugs.There the driver assistance functions described above also have a correct one Require detection of more distant objects (FSRA is up to 200 m range required), is an exactly sensor orientation necessary - in the elevation direction are the typical Requirements with a maximum deviation of ± 0.5 ° parallel to the road, in azimuth direction a maximum deviation of ± 0,3 ° the straight-ahead orientation of the vehicle.
Ist der Sensor in Elevation um mehr als den obigen Wert dejustiert, besteht z. B. die Gefahr, dass er über fahrende Objekte in größerer Entfernung hinwegschaut oder Brücken als Stauende interpretiert; ersteres führt bei FSRA zu späten Reaktionen, zweites kann bei autonomen Bremssystemen zu Fehlbremsungen und damit zu sicherheitskritischen Situationen bis hin zum Unfall führen.is the sensor in elevation is misaligned by more than the above value, exists z. B. the danger that he has moving objects at a distance or bridges interpreted as jamming end; the former leads to FSRA late reactions, second may occur in autonomous braking systems to faulty braking and thus safety-critical situations lead to the accident.
Heute verfügbare Sensoren kann man nur durch manuell verstellbare Befestigungen oder Halter ausrichten. Das hochgenaue Justieren der Sensoren stellt in der Produktion und insbesondere in den Werkstätten (z. B. bei Austausch eines Sensors) ein großes Problem dar – häufig treten dabei inakzeptable Fehler auf.today Available sensors can only be adjusted manually Align fasteners or holders. The highly accurate adjustment of the Sensors puts in production and especially in the workshops (eg when replacing a sensor) is a big problem This often leads to unacceptable errors on.
Die
Es ist also die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur automatischen Justage eines Strahlsensors für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das selbstständig während des Fahrzeugbetriebs und/oder in einer Werkstatt eine Sensorjustage durchführt, ohne dass eine Person die Selbstjustage einleiten bzw. überwachen muss.It Thus, the object of the present invention is a method for the automatic adjustment of a beam sensor for a motor vehicle specify that automatically during vehicle operation and / or performs a sensor adjustment in a workshop, without a person initiating or monitoring the self-adjustment got to.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.These Task is by a method according to the independent Claims solved.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Beispielhaft wird die Erfindung für ein Radarsensorsystem erläutert, das beanspruchte Verfahren kann jedoch ohne jede Einschränkung auf ein Lidasensorsystem mit Mitteln zum Schwenken des Strahls in Elevationsstrahlrichtung, z. B. ein Spiegel, metallisches Platte, Prisma etc., verallgemeinert werden.following The invention is based on figures and embodiments explained in more detail. The invention is exemplary for a radar sensor system that claimed However, the procedure can be applied to a Lidasensorsystem without any restriction with means for pivoting the beam in elevation beam direction, z. As a mirror, metallic plate, prism, etc., generalized become.
In
Die
aus dem Wellenleiter ausgekoppelte und gerichtete Strahlungskeule
trifft auf einen als Polarisator arbeitenden Subreflektor
Die Antennenanordnung wird nicht nur für das Senden von Leistung, sondern auch für den Empfang von an Objekten reflektierter Sendeleistung benutzt – auf Grund des Reziprozitätstheorems arbeitet die Anordnung im Empfangsfall auf analoge Weise wie im Sendefall.The Antenna arrangement is not just for sending power, but also for the reception of objects reflected on objects Transmit power used - due to the reciprocity theorem In the case of reception, the arrangement operates in a similar way as in The transmission case.
Bezogen auf den Einbau des Sensors im Fahrzeug stellt die y-Richtung die Fahrtrichtung dar, die z-Richtung die Vertikale. Auf den Gesamtsensor bezogen ergibt sich somit die Strahlbündelung und -richtung in Azimut aus der Struktur der Trommel, welche die Auskopplung von Leistung aus dem Wellenleiter bewirkt, die Strahlbündelung und -richtung in Elevation aus der Ausgestaltung des Reflect-Arrays, welches die dort auftreffende Leistung entsprechend reflektiert.Based on the installation of the sensor in the vehicle, the y-direction represents the Direction of travel, the z-direction is the vertical. Based on the total sensor thus results in the beam bundling and direction in Azimuth from the structure of the drum, which is the decoupling of Power from the waveguide causes the beam focusing and direction in elevation from the design of the Reflect array, which reflects the power incident there accordingly.
Um
die Azimutstrahlcharakteristik zeitlich zu ändern, ist
eine zeitliche Variation der Oberflächenstrukturierung
der Trommel nötig. Dies wird dadurch realisiert, dass sich
die Trommel um ihre Längsachse mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit
dreht und ihre Oberflächenstrukturierung sich über
den Umfangwinkel ändert. In
Um
die Elevationsstrahlrichtung des Sensors zu verändern,
kann der Hauptreflektor z. B. durch Ansteuerung eines Schrittmotors
Diese Veränderung der Elevationsstrahlrichtung wird zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt:
- a) Sensorjustage mit Hilfe
von ebener Metallplatte (siehe
3 ): Zur Justage des Sensors wird das Fahrzeug auf eine waagrechte Fläche gestellt. Vor dem Fahrzeug steht senkrecht in z. B. 1 m Abstand eine ebene Metallplatte. Der Sensor strahlt auf die Metallplatte, verändert dabei seine Elevationsstrahlrichtung, misst jeweils die von der Metallplatte reflektierte Leistung und stellt anschließend diejenige Elevationsstrahlrichtung ein, bei welcher die Reflexionen an der Metallplatte maximale Intensität haben. Dadurch ist der Sensor in Elevation so justiert, dass er parallel zur Straße schaut. Es sei erwähnt, dass die Metallplatte auch zur Justage in Azimut benutzt werden kann; dazu muss sie senkrecht zur Geradeausrichtung des Fahrzeugs positioniert sein. - b) Sensorjustage durch Fahrt mit Hilfe von Reflexionen der Straßenoberfläche
(siehe
4 ): Insbesondere Werkstätten haben den Wunsch, dass sich der Sensor bei einer wenige Minuten dauernden Fahrt selber justiert (denn dazu sind zum einen keine speziellen Zusatzmittel wie eine Metallplatte nötig, und zum anderen können dem Automechaniker keine Fehler durch falsche Ausführung der Justageprozedur passieren). Während einer solchen Justagefahrt schaut der Sensor z. B. im ersten Schritt unter zwei unterschiedlichen Elevationswinkeln schräg auf die Straße und bestimmt dabei jeweils die Entfernung der empfangenen Straßenreflexionen. Damit liegen dann zwei einfache trigonometrische Beziehungen mit den zwei Unbekannten – der Fehljustagewinkel in Elevation sowie die Einbauhöhe des Sensors – vor, woraus der Elevationsfehljustagewinkel in einfacher Rechnung bestimmt werden kann (ist die Sensoreinbauhöhe bekannt, dann reicht die Messung unter einem Winkel). Im zweiten Schritt wird der Sensor unter einem Elevationswinkel von x°, mit x = 7–10° und insbesondere x = 7°, gegen die Straße geneigt und bestimmt dabei die Relativgeschwindigkeiten der Straßenreflexionen bei unterschiedlichen Winkeln seiner Azimutstrahlrichtung aus. Da diese Relativgeschwindigkeiten proportional zum Kosinus der Azimutstrahlrichtung bezogen auf die Geradesausrichtung des Fahrzeugs sind, kann daraus der Azimutfehljustagewinkel errechnet werden (Azimutfehljustagewinkel ist Differenz zwischen Geradeausrichtung von Fahrzeug und Sensorrichtung). - c) Ausrichtung des Sensors in Elevation während der Fahrt mit Hilfe von Reflexionen an stehenden und bewegten Objekten: Zur Elevationsjustage nach Einbau des Sensors oder zur Kontrolle der Elevationsausrichtung während der Fahrt können statt der Reflexionen der Straßenoberfläche auch die Reflexionen an stehenden und bewegten Objekten benutzt werden. Dazu wird die Elevationsstrahlrichtung um ±x° gegenüber derjenigen Richtung durchgestimmt, welche als parallel zur Straße angenommen wird; dieses Durchstimmen wird mehrfach wiederholt und erfolgt insbesondere sehr schnell. Zu den unterschiedlichen Elevationsstrahlrichtungen werden die mittleren Intensitäten der Reflexionen von stehenden und bewegten Objekten ermittelt. Ergibt sich die höchste Intensität bei derjenigen Richtung, welche als parallel zur Straße angenommen wird, hat sich diese Annahme bestätigt. Andernfalls muss die Elevationsausrichtung entsprechend angepasst werden, was je nach Durchstimmweite x in einem Schritt oder iterativ vorgenommen werden kann. Zur initialen Sensorjustage kann die Durchstimmweite x groß gewählt werden (z. B. 10°), da die Fahrerassistenzfunktion dabei ohnehin nicht aktiv sind. Für die Kontrolle der Elevationsausrichtung während der Fahrt ist x aber deutlich geringer zu wählen (z. B. 1°), da dadurch die dann aktiven Fahrerassistenzfunktionen nicht gestört werden dürfen. Mit diesem Verfahren kann auch eine Elevationsfehlausrichtung bedingt durch Beladung des Fahrzeugs erkannt und korrigiert werden. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Elevationsstrahlrichtung zur Kontrolle der Justage, insbesondere während des Normalbetriebs des Strahlsensors gegenüber der aktuellen Sollrichtung variiert, wobei der Variationsbereich kleiner als die Elevationskeulenbreite ist und das Variieren sehr schnell (höchstens wenige Sekunden dauernd) erfolgt und vielfach wiederholt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zu den unterschiedlichen Elevationsstrahlrichtungen des Variationsbereichs aus den Intensitäten der Reflexionen von stehenden und bzw. oder bewegten Objekten ein Reflexionsmaß, z. B. die mittlere Reflexionsstärke, ermittelt und daraus diejenige Elevationsstrahlrichtung mit maximalem Reflexionsmaß bestimmt. In einer besonderen Ausgestaltung wird in dem Fall, dass die Elevationsstrahlrichtung mit maximalem Reflexionsmaß der aktuellen Sollrichtung zumindest näherungsweise entspricht, die Sollrichtung unverändert beibehalten, und andernfalls die Sollrichtung verändert.
- d) Korrektur von dynamischen Nickwinkeländerungen
- e) Änderung der Elevationsstrahlrichtung in speziellen Fahrsituation gegenüber einer zur Straße parallelen Ausrichtung: Z. B. kann bei sehr geringer Einbauhöhe des Sensors dieser für kleine Geschwindigkeiten oder im Stillstand schräg nach oben ausgerichtet werden, um die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass er unter einem vorausliegenden Fahrzeug durchschaut und dieses deshalb übersieht. Umgekehrt kann der Sensor bei großer Einbauhöhe in solchen Situation schräg nach unten gerichtet werden.
- a) Sensor adjustment using flat metal plate (see
3 ): To adjust the sensor, the vehicle is placed on a horizontal surface. In front of the vehicle is vertical in z. B. 1 m distance a flat metal plate. The sensor radiates onto the metal plate, thereby changing its elevation beam direction, respectively measuring the power reflected by the metal plate and subsequently adjusting that elevation beam direction at which the reflections on the metal plate have maximum intensity. As a result, the sensor in elevation is adjusted so that it looks parallel to the road. It should be noted that the metal plate can also be used for adjustment in azimuth; For this purpose, it must be positioned perpendicular to the straight-ahead of the vehicle. - b) Sensor adjustment by driving with reflections of the road surface (see
4 In particular, workshops have the desire that the sensor itself adjusted in a few minutes of driving (for this, on the one hand, no special additives such as a metal plate needed, and on the other hand, the car mechanic no mistakes by incorrect execution of the adjustment procedure). During such Justagefahrt the sensor z. B. in the first step at two different elevation angles obliquely on the road and determines each case the distance of the received road reflections. Thus there are then two simple trigonometric relationships with the two unknowns - the misalignment angle in elevation and the installation height of the sensor - from which the elevation misalignment angle can be determined in a simple calculation (if the sensor installation height is known, then the measurement is sufficient at an angle). In the second step, the sensor is tilted against the road at an elevation angle of x °, with x = 7-10 ° and in particular x = 7 °, thereby determining the relative speeds of the road reflections at different angles of its azimuth beam direction. Since these relative velocities are proportional to the cosine of the azimuth beam direction with respect to the straight-line orientation of the vehicle, the azimuth misalignment angle can be calculated therefrom (azimuth misalignment angle is the difference between the straight-line direction of the vehicle and the sensor direction). - c) Alignment of the sensor in elevation during Traveling with Reflections on Steady and Moving Objects: To adjust the elevation after installing the sensor or controlling the elevation orientation while driving, reflections on stationary and moving objects can be used instead of surface reflections. For this purpose, the elevation beam direction is tuned by ± x ° with respect to the direction assumed to be parallel to the road; This tuning is repeated several times and in particular happens very quickly. For the different elevation beam directions, the mean intensities of the reflections of stationary and moving objects are determined. If the highest intensity is found in the direction assumed to be parallel to the road, this assumption has been confirmed. Otherwise, the elevation orientation must be adjusted accordingly, which can be done in one step or iteratively, depending on the tuning distance x. For the initial sensor adjustment, the tuning range x can be selected to be large (eg 10 °) since the driver assistance function is in any case not active in this case. For controlling the elevation orientation while driving, however, x must be chosen to be significantly smaller (eg 1 °), as this does not disturb the then active driver assistance functions. With this method, an elevation misalignment due to loading of the vehicle can also be detected and corrected. In a particular embodiment of the invention, the elevation beam direction is varied to control the adjustment, in particular during normal operation of the beam sensor with respect to the current desired direction, the variation range is smaller than the elevation lobe width and the variation is very fast (lasting a few seconds) and repeated many times , In an advantageous embodiment of the different elevation beam directions of the variation range from the intensities of the reflections of stationary and or or moving objects, a reflectance, z. B. determines the average reflection strength, and determined from that elevation beam direction with maximum reflection. In a particular embodiment, in the case where the elevation beam direction with maximum reflection dimension at least approximately corresponds to the current desired direction, the desired direction is maintained unchanged, and otherwise the desired direction is changed.
- d) Correction of dynamic pitch angle changes
- e) change the Elevationsstrahlrichtung in special driving situation compared to an alignment parallel to the road: For example, at very low installation height of the sensor for small speeds or at a standstill obliquely upward to reduce the likelihood that he sees through under a vehicle ahead and This therefore overlooks. Conversely, the sensor can be directed obliquely downwards in such situation with a large installation height.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Publications (2)
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