WO2000073818A1 - Objektdetektionssystem - Google Patents

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WO2000073818A1
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range
detection system
motor vehicle
object detection
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PCT/DE2000/001667
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Hermann Winner
Werner Uhler
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating

Definitions

  • the present invention relates to an object detection system.
  • a system can, for example, within the framework of an adaptive vehicle speed and / or distance control
  • Such a regulation can regulate a previously set driving speed and / or a previously set distance to a vehicle in front or to objects and / or objects located in the direction of travel without intervention by the driver. This takes place with appropriate consideration of the environment of the motor vehicle and, if appropriate, further parameters such as the weather and visibility conditions.
  • Such a regulation is also referred to as an adaptive cruise control system (ACC system).
  • ACC system adaptive cruise control system
  • the ACC system must be flexible enough, especially in view of the increasing traffic density of today, to react appropriately to all driving situations. This in turn requires an appropriate object detection sensor system in order to obtain the control necessary in every driving situation
  • the radar system essentially includes a light-emitting unit for emitting light towards a target object and a light-receiving unit for capturing the light that has been reflected from the target object.
  • the light receiving unit includes a condenser lens arranged to capture the reflected light, and a photosensitive member arranged at a position offset from a focal point of the condenser lens by a preselected distance into an imaging space therefrom to be exposed to the light traveling from the condenser lens to ensure a narrower detection area for a distant target and a wider detection area for a nearby target.
  • a first and a second light-sensitive element are arranged at corresponding positions in an imaging space of a first and a second condenser lens.
  • Such an optical radar system based on light emission and light absorption is also referred to below as a LIDAR sensor (Light Detection And Ranging).
  • the radar device has a rotating polygon mirror with a plurality of mirror surfaces inclined at different angles.
  • a semiconductor laser diode and a collimator lens are arranged over the polygon mirror.
  • An infrared pulse beam emitted from the laser diode is reflected by a reflection mirror located at an upper position in front of the polygon mirror so as to reflect the pulse beam obliquely downward toward the rotating polygon mirror so that the pulse beam reflects as a transmission beam that progresses to a measuring range in a front direction.
  • a light receiving device receives the transmitted beam, which returns from an object that is within the measuring range.
  • a two-dimensional scanning in the front direction is possible, with the rotation of the polygon mirror allowing horizontal swiveling of the pulse beam and vertical swiveling of the pulse beam through the polygon mirror surfaces inclined at different angles.
  • a calculation circuit determines a distance, an angle, and a relative speed to a detected vehicle in front.
  • Such a light-based radar device is also referred to below as a LIDAR sensor.
  • FMCW radar sensor for a vehicle for the detection of objects known.
  • high-frequency microwave beams (in the range from approx. 76 to 77 GHz) are generated via antenna feeds, which are designed both for sending and receiving a corresponding echo signal. emitted.
  • the beams are concentrated in the send and receive direction by dielectric stem radiators in the beam path and focused by a dielectric lens.
  • the millimeter waves are generated by means of a Gunn oscillator that is controlled by a stabilization network that contains a linearization network with a frequency controller.
  • the millimeter waves generated in this way are routed via lines to ratracer rings connected in parallel in order to be radiated from there via the antenna feeds.
  • the millimeter waves reflected by a possible target object are sent via the antenna feeds, the ratracering rings and ring mixers for further signal processing.
  • Part of the energy of the Gunn oscillator is branched off and mixed down via the ring mixers.
  • signal processing has a separate evaluation which contains, among other things, an amplifier, a low-pass filter, a downstream evaluation filter and an A / D converter.
  • the signals obtained after the A / D conversion are evaluated by means of a Fast Fourier transform.
  • a correspondingly designed FMCW radar sensor has a range of approximately 150 m and is preferably used for the detection of one or more objects in a vehicle.
  • Such an FMCW radar sensor is also referred to below as an ACC radar sensor (Adaptive Cruise Control) or simply an ACC sensor.
  • the obstacle detection device determines the distance between an obstacle and a vehicle by means of two distance measuring sensors, and comprises an impact angle calculation device, in which one A large number of positions of the obstacle are calculated by triangulation on the basis of the distance information already provided by the two distance measuring sensors.
  • an impact angle formed between the obstacle and the vehicle is determined from the location of the obstacle, which is calculated using the calculated plurality of positions of the obstacle.
  • the two distance measuring sensors used are attached to the left and right of the front part of a motor vehicle and are designed as radar sensors. The decisive one
  • Distance measuring range of the sensors lies in the range below one meter.
  • Such an obstacle detection device is also referred to below as a pre-crash sensor or as a short-range radar.
  • a multi-sensor object detection system is known from US Pat. No. 5,872,536 which determines the instantaneous distance, the relative speed, the collision angle and the point of impact of a colliding object.
  • the system consists of a plurality of signal transmitters which monitor a predetermined area within a certain angular range. Each signal transmitter emits a modulated carrier wave and receives the corresponding modulated carrier wave reflected by an object. Using the Doppler effect, the distance of the object to each individual signal transmitter is determined from the reflected signals on the basis of the amplitudes of the harmonic components of the reflected signal. The instantaneous relative speed to the object is determined on the basis of the frequencies of the harmonic components of the reflected signal.
  • An impact determination unit uses the distance and relative speed data to determine whether a collision will occur and if so, where the impact point will be and at what angle the collision will occur.
  • a preferred exemplary embodiment provides for the use of two signal transmitters which operate in a frequency range of 5.8 GHz.
  • the maximum range of the sensor system is 3 meters, which results in a particularly sensitive area up to a range of approx. 1.5 meters.
  • Such a sensor system is also referred to below as a pre-crash sensor or as a short-range radar.
  • Imaging and imaging device for imaging objects in a predetermined area is equipped outside the automobile.
  • the distance determination system is provided with a stereoscopic optical system and contains a stereoscopic one
  • Image processing device for processing the images taken by the optical system to calculate three-dimensional distance data.
  • the system is able to detect a possible obstacle and the shape of the road in a distance range between 2 m and 100 m, provided the system is located in the upper area behind the windshield.
  • the stereoscopic optical system contains cameras in which imaging solid-state elements such as CCD (Charge Coupled Device) are used. A total of four CCD cameras are present in the system, two being arranged for the observation of short distances and two for the observation of large distances.
  • CCD Charge Coupled Device
  • Such a distance determination device is also referred to below as a stereoscopic camera.
  • An image cell for an image pickup chip is known from DE 42 09 536 C2.
  • a large number of the image cells are arranged in the form of a two-dimensional array.
  • An evaluation logic is provided, which is used for mapping high input signal dynamics is designed for high output signal dynamics.
  • the light-sensitive element of the image cell consists of two MOS transistors with which the compression of the input signal dynamics and the amplification of the output signal can be regulated.
  • Such an image sensor can be used in particular in the visible spectral range.
  • Such an arrangement of image cells is also referred to below as a CMOS camera.
  • the sensor system consists of a combination of an angle-independent sensor and an angle-dependent sensor.
  • the sensor which does not resolve the angle and is therefore independent of the angle, is designed as a sensor which evaluates the distance to an object via a running time measurement.
  • RADAR, LIDAR or ultrasonic sensors are proposed as possible sensors.
  • the angle-dependent sensor consists of a geometric one
  • Arrangement of optoelectronic transmitters and receivers which are arranged in the form of light barriers.
  • the sensors which both cover a common detection area, are arranged in close spatial proximity.
  • the distance to the object is determined by means of the angle-independent sensor and the angle to the object is determined by means of the angle-resolving sensor. Based on the distance and the angle to the object, the relative position to the object is known.
  • the use of two sensors is proposed, which together determine the angle to the object according to the triangulation principle.
  • DE 41 10 132 AI discloses a vehicle distance control device which controls the throttle actuator of a vehicle, the brake actuator of the vehicle and an alarm device in the vehicle by means of a control unit.
  • the control unit receives, among other things, the input data
  • the two range finders are designed as optical range finders, which emit light onto an object and detect the light reflected from the object. Types are provided that work on the runtime or the triangulation principle.
  • the two range finders are located on the two outer sides at the front of the vehicle and monitor the lane ahead for those that cut in from adjacent lanes
  • the tracking range finder has a pair of optical lenses arranged parallel to one another and image sensors arranged correspondingly behind the lenses.
  • the lane tracking range finder is used to observe another vehicle traveling ahead in its own lane and to select this for the vehicle distance control.
  • the alarm device is activated if one of the two range finders detects that a vehicle is being reeved during controlled operation. This font therefore represents a combination of
  • LIDAR sensors with a stereoscopic camera with a stereoscopic camera.
  • AI describes an obstacle detection system for motor vehicles which, in addition to the distance to an obstacle, can also determine its width and height.
  • the distance to an object in front of the motor vehicle and the width of the object are determined by a laser radar distance measuring unit. Based on the one supplied by the laser radar range finder In the case of an optical imaging unit, which consists of a vertically arranged stereo video camera device, a corresponding window is selected for imaging. Knowing the distance information previously determined, it is within the scope of
  • Image evaluation possible to determine the size and thus the height of the detected object.
  • an error occurs either in the laser radar distance measuring unit or in the stereo video camera unit, at least the information relating to the distance to the object or obstacle can also be determined.
  • This document therefore represents a combination of a LIDAR sensor with a stereoscopic camera.
  • Object detection system consists of a combination of at least three object detectors, each having a different detection range and / or a different detection range. This has the advantage that the optimal object detector for this area can be used for each individual detection area. With this measure, objects can be detected particularly reliably and precisely.
  • the detection areas In the case of an object detection system which is used in particular for a system for adaptive vehicle speed control (ACC system) in a motor vehicle, it is advantageous for the detection areas to be significant in Direction of travel are in front of the motor vehicle, the detection areas overlapping. It is particularly advantageous if the maximum detection range of the object detector with the largest detection range is at least in the range of 100 m and the
  • Detection range of the object detector begins with the smallest detection range in the range below 1 m. It is also advantageous that the detection area of the object detector with the greatest detection range is at least in parts of the detection area
  • Has detection width which enables detection of objects in lanes adjacent to one's own motor vehicle.
  • the detection area of the object detector with the smallest detection range it is advantageous if it has a detection width that corresponds at least to the width of one's own motor vehicle. This ensures that the required detection width is monitored in each detection area.
  • the object detectors operate according to at least two different technical concepts. At least one of the following is advantageously used as the technical concept:
  • Object detection based on acoustic signals in particular ultrasound.
  • Object detection based on electromagnetic microwave radiation in particular FMCW radar and / or pulse radar.
  • Object detection based on image evaluation in particular stereoscopic camera and / or CMOS camera.
  • Object detection based on focused light, in particular LIDAR sensor A particularly advantageous embodiment results if exactly three detection areas are distinguished.
  • an object detector based on electromagnetic microwave radiation is used in the first detection area, while an object detector based on optical radiation and / or an image evaluation is used in the second detection area.
  • An object detector based on electromagnetic microwave radiation is in turn used in the third detection area.
  • Object detector arrangement combines the advantages of the individual object detector types in a very special way. With this arrangement it is advantageous that the first object detector has a detection range of approx. 0.5 m to approx. 7 m.
  • the second object detector has one
  • Detection range of approx. 2 m to approx. 40 m and the third object detector a detection range of more than approx. 40 m.
  • the first two detection areas overlap by approximately 5 m in a particularly advantageous manner.
  • the second and third detection areas also overlap.
  • the overlap of the detection areas which arises in this way can be used to use the measured values originating from these areas for separate evaluations. These separate evaluations can be, for example, a common tracking of the detected objects in the overlap area and / or a function monitoring of the object detectors and / or a plausibility check of the measurement data.
  • the object detectors are used for at least one other application.
  • This can be a parking aid, a pre-crash detection, a start monitoring, a road surface or Status detection, traffic sign recognition, visibility detection or visibility determination, adaptive light distribution, one
  • Headlight height adjustment or a weather detection or a rain sensor This has the advantage that other additional sensors can be omitted for these applications.
  • This adaptive vehicle speed control which is extended by the “stand-and-drive functionality” (stop & go), is a preferred one
  • FIG. 1 shows a motor vehicle which is equipped with the object detection system according to the invention.
  • Figure 2 shows the same vehicle with the object detection system, but with objects detected by way of example.
  • FIG. 3 shows a possible arrangement of the individual object detectors in the front area of the motor vehicle.
  • FIG. 4 shows a motor vehicle which is equipped with a further embodiment of the object detection system according to the invention.
  • FIG. 5 shows a motor vehicle which is equipped with a further embodiment of the object detection system according to the invention.
  • Figure 1 shows a multi-lane road 1, on the
  • the motor vehicle 2 drives.
  • the motor vehicle 2 is equipped with the object detection system according to the invention.
  • the object detection system presented in the context of this exemplary embodiment consists of a combination of three object detectors, each having a different detection area, the detection areas partially overlapping.
  • the detection areas lying in front of the motor vehicle in the direction of travel are designated by the reference numerals 3, 4 and 5.
  • the overlaps between the areas 3 and 4 and between the areas 4 and 5 can be clearly seen. It can also be clearly seen that each of the detection areas 3, 4 and 5 has at least one detection width which corresponds to the width of the motor vehicle 2.
  • the detection areas 4 and 5 detect the lanes adjacent to the own motor vehicle 2 in certain areas. It is also easy to see that all three detection areas 3, 4 and 5 have different angular expansions.
  • the first detection area 3 thus has the greatest widening of the angle and is therefore able to provide a wide detection cover immediately in front of the vehicle 2.
  • the Object detector of this first detection area 3 has a detection range which begins immediately in front of the motor vehicle and extends approximately 7 m in the direction of travel.
  • the object detector used in this area can be, for example, a so-called short-range radar based on electromagnetic microwave radiation, as has been described in the context of the assessment of the prior art. In particular, if the short-range radar is to have a large detection range immediately in front of motor vehicle 2, it may be necessary to attach more than one short-range radar to the front of motor vehicle 2.
  • this object detector can be used for further applications such as, for example, parking aid, pre-crash detection or start-up monitoring.
  • the second detection area 4 shown in this exemplary embodiment can be, for example, an object detector based on optical radiation and / or an image evaluation.
  • a possible object detector based on optical radiation or laser radiation can be a LIDAR sensor, as has been described in the context of the assessment of the prior art.
  • This LIDAR sensor which covers a detection range of approx. 2 m to 40 m, has a particularly sharp lateral and vertical detection of the objects to be detected in this area. This is due to the highly focused light beam from such a system.
  • Such a LIDAR sensor also has the advantage that it can be used, for example, for visibility detection or for weather detection or as a rain sensor. A prerequisite for the possibility of visibility detection is that the LIDAR sensor has a spectral measurement of the reflected light beam can make.
  • a stereoscopic camera and / or a CMOS camera can also be used for this area, as described in the context of the assessment of the prior art
  • Object classification a lane detection can be carried out.
  • a detected object stored in the memory can be provided, for example, with the attribute “in its own lane” or “not in its own lane”, which offers advantages in the further treatment / evaluation of the object data.
  • Such a camera can, for example, also be used to detect
  • Traffic signs as visibility sensors, for adaptive light distribution (ALV) or in combination or instead of with a pitch angle sensor for headlight range control /
  • Headlight height adjustment can be used.
  • the proposed detectors for this second detection area 4 are influenced to a greater or lesser extent by external influences such as fog, rain or snow, since they are dependent on the optical range of vision.
  • an object detector which does not have this dependency, is particularly suitable for the third detection area 5, since the effects from external influences increase sharply as the distance from one's own motor vehicle 2 increases.
  • a radar sensor such as that used by adaptive sensors, can be used for this purpose
  • Adaptive Cruise Control Vehicle speed controls such as Adaptive Cruise Control (ACC) are known and as described in the context of the assessment of the prior art.
  • This ACC radar sensor has a detection area, which has a range of up to 150 m and at least in parts of the detection area a detection width of up to three lanes and wider.
  • the detection width of an ACC radar system depends on the distance and generally widens in a fan shape starting from the ACC radar sensor.
  • Such an ACC radar system usually operates in a frequency range of approximately 77 GHz.
  • the transition area between the detection areas 4 and 5 is approximately 40 m.
  • overlaps are also possible which have a larger and / or smaller overlap area of the individual detection areas.
  • a corresponding exemplary embodiment is described in the context of the explanation relating to FIG. 4. It is therefore shown in FIG.
  • Object detection system shown that covers a detection area with a length of up to 150 m and a width of up to three lanes and wider by the combination of three object detectors according to the invention.
  • FIG. 2 again shows a multi-lane road 1, a motor vehicle 2 with an object detection system according to the invention, and a first detection area 3, a second detection area 4 and a third detection area 5.
  • FIG. 2 shows three possible target objects 6, 7 and 8, in this exemplary embodiment as motor vehicles, compared to FIG.
  • the object detection system is able to detect a wide variety of stationary and / or moving targets. In inner-city traffic, for example, these can also be pedestrians and / or cyclists who cross or enter street 1 in front of motor vehicle 2.
  • motor vehicle 6 is detected by first detection area 3 and by second detection area 4.
  • the second motor vehicle 7 is detected by the detection areas 4 and 5, while the motor vehicle 8 is only detected by the detection area 5.
  • Object detection system can be determined that the motor vehicle 8 is in a lane adjacent to the own lane of the motor vehicle 2. This can be done, for example, when using a stereoscopic camera system and / or a CMOS camera by detecting a lane up to approx. 50 m and then extrapolating the lane. It would also be possible to recognize the lane edge based on the data from the ACC radar sensor to determine the lanes. It would also be possible to project one's own travel tube, which, in addition to the data from the object detectors, evaluates, for example, a rotation rate sensor and other supporting sensors. This projected own driving tube then generally corresponds to the own lane ahead.
  • the motor vehicle 8 would thus have no influence on the regulation of the own motor vehicle 2 and the motor vehicle 2 would continue its journey unimpeded.
  • ACC adaptive vehicle speed control
  • the object detection system would determine that this motor vehicle 7 is in its own lane ahead.
  • a system for adaptive vehicle speed control ACC
  • the system for adaptive vehicle speed control ACC
  • the automatic control of the adaptive vehicle speed controller ACC
  • the own motor vehicle 2 would automatically be accelerated to the desired speed preset by the driver. This last operating case corresponds to the cruise control function.
  • Motor vehicle 2 initiate measures that prepare motor vehicle 2 for the impending crash. This can be, for example, tightening the seat belts and / or preparing to deploy the airbag.
  • Detection security Since measurement misfires can occur in an object detector under certain circumstances, but it is less likely that two object detectors have a measurement misfire at the same time, the detection reliability can thus be increased by the redundant data from two object detectors. Another advantage of joint tracking is the faster and safer handover of an observed target from one
  • Detection area in the next detection area when evaluating the data of the object detectors. It is also possible to monitor the function of the object detectors on the basis of these measured values and / or to check the plausibility of the measured data itself. It can be checked to what extent the measured data of the different object detectors match and a possible misalignment and / or failure and / or contamination of the object detection system can be determined. If necessary, the measurement data can be used for an adjustment and / or calibration of an object detector.
  • the invention can be implemented in any suitable system for adaptive vehicle speed control such as the stop-and-go functionality.
  • Object detection system are preferably used.
  • the system must be able to continuously regulate the speed between the standstill and the maximum speed of the motor vehicle.
  • Extended adaptive vehicle speed control (Stop & Go system) is a further development that today's systems generally do not offer. Rather, today's systems are automatically deactivated, for example, in a speed range below 30 kilometers per hour.
  • the extended Stop & Go functionality requires the system to react to stationary objects, the quick reaction to vehicles that cut into your lane in heavy traffic and the option of automatic speed reduction right up to the complete stop of your own vehicle.
  • Another possible functionality of a stop-and-go system is the "conditional go".
  • the driver of a vehicle that is standing still receives a message that a vehicle standing in front of him has started. for example by means of an operating lever or a voice input such as "Go”), the vehicle can start automatically.
  • Figure 3 shows a possible arrangement of the individual
  • Object detectors of the object detection system A road 9 is shown on which a motor vehicle 10 is moving in the direction of travel 11.
  • the object detectors used in this exemplary embodiment are a short-range radar 12, a LIDAR sensor 13, a stereoscopic camera and / or a CMOS camera 14 and an ACC radar sensor 15.
  • the short-range radar 12 is in this exemplary embodiment from a two-part sensor system in order to have the full detection range even at short distances in front of one's own motor vehicle 10.
  • the stereoscopic camera 14 can be attached, for example, at a high position in the interior of the motor vehicle, for example behind the inner rear view mirror.
  • an object detector is used for the detection area 16, which also delivers measured values of sufficient accuracy even at these short distances, this increased redundancy of the detection areas compared to FIG. 1 offers all the advantages mentioned in the previous description.
  • FIG. 5 shows a motor vehicle 2 which is equipped with a further embodiment of the object detection system according to the invention.
  • a motor vehicle 2 moves on a multi-lane road 1.
  • the motor vehicle 2 is equipped with an object detection system according to the invention.
  • the detection areas 3 and 4 are identical to the detection areas 3 and 4 shown in FIGS. 1 and 4.
  • the detection area 17 of the object detector with the greatest detection range is different in this embodiment. It can be clearly seen that the detection area 17 has the same maximum
  • Detection range as the detection area 5 of Figure 1 and the detection area 16 of Figure 4 has.
  • the detection area 17 does not start at such a short distance in front of the motor vehicle 2 as the detection area 16 according to FIG. 4. This has the consequence that the detection area 17 overlaps with the detection area 4 and partially protrudes into the detection area 3.
  • any overlap possibilities of the different detection areas lie within the scope of the object detection system according to the invention. It is also within the scope of the object detection system according to the invention that the number of detection areas can be reduced or increased. This The selection is left to the person skilled in the art in accordance with the specific requirements for the respective object detection system. Any combination of different object detectors within a detection range is also possible. Here too, the appropriate selection is left to the expert.
  • both in the embodiment according to FIG. 1 (detection areas 3, 4 and 5), in that according to FIG. 4 (detection areas 3, 4 and 16) and in that according to FIG. 5 (detection areas 3, 4 and 17) is the entire detection area of the object detection system designed so that the relevant areas / parts of the lanes adjacent to your own lane are observed at any distance from your own motor vehicle.
  • the detection area of an object detector is to be understood as the detection area of the physical detection area of an object detector that can be meaningfully evaluated in terms of measurement technology. Purely physically, the limits of the detection areas of the described object detectors cannot be delimited as sharply as is shown in the figures. By contrast, the detection areas that can be used for evaluation in terms of measurement technology can be delimited by suitable measures in the hardware and / or software of the object detection system according to the invention in the manner as shown by way of example in the exemplary embodiments.

Abstract

Objektdetektionssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Objektdetektionssystem aus einer Kombination von wenigstens drei Objektdetektoren besteht, die jeweils einen anderen Detektionsbereich und/oder eine andere Detektionsreichweite aufweisen.

Description

Objektdetektionssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Objektdetektionssystem. Ein solches System kann beispielsweise im Rahmen einer adaptiven Fahrgeschwindigkeits- und/oder Abstandsregelung eines
Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Ein solche Regelung kann ohne Eingriff durch den Fahrer eine zuvor eingestellte Fahrgeschwindigkeit und/oder einen zuvor eingestellten Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug oder zu sich in Fahrtrichtung befindlichen Gegenständen und/oder Objekten regeln. Dies geschieht unter entsprechender Berücksichtigung des Umfelds des Kraftfahrzeuges und gegebenenfalls weiterer Parameter wie beispielsweise den Witterungs- und Sichtbedingungen. Eine solche Regelung wird auch als Adaptive-Cruise-Control-System (ACC-System) bezeichnet. Das ACC-System muß insbesondere mit Blick auf die steigende Verkehrsdichte der heutigen Zeit flexibel genug sein, um auf alle Fahrsituationen geeignet zu reagieren. Dies erfordert wiederum eine entsprechende Objektdetektionssensorik, um in jeder Fahrsituation die für die Regelung notwendigen
Meßdaten zu liefern. Stand der Technik
Zur Objektdetektion bieten sich eine Vielzahl verschiedener technischer Konzepte/Systeme an, von denen einige im folgenden näher erläutert werden.
Aus der DE 43 30 476 AI ist ein optisches Radarsystem für ein Kraftfahrzeug bekannt. Das Radarsystem enthält im wesentlichen eine lichtemittierende Einheit zur Emission von Licht in Richtung eines Zielobjektes, und eine lichtempfangende Einheit zum Einfangen des Lichts, das von dem Zielobjekt reflektiert worden ist. Die lichtempfangende Einheit enthält eine Kondensorlinse, die angeordnet ist, um das reflektierte Licht einzufangen, sowie ein lichtempfindliches Element, das bei einer Position angeordnet ist, die von einem Brennpunkt der Kondensorlinse um eine im voraus ausgewählte Entfernung in einen bilderzeugenden Raum von ihr versetzt angeordnet ist, um dem Licht ausgesetzt zu sein, das sich von der Kondensorlinse her kommend ausbreitet, um einen engeren Detektionsbereich für ein entferntes Zielobjekt und einen weiteren Detektionsbereich für ein nahes Zielobjekt sicherzustellen. Mit anderen Worten: Um einen engeren Detektionsbereich für ein entferntes Zielobjekt und einen weiteren Detektionsbereich für ein dichtes Zielobjekt sicherzustellen, werden ein erstes und ein zweites lichtempfindliches Element bei entsprechenden Positionen in einem bilderzeugenden Raum einer ersten und einer zweiten Kondensorlinse angeordnet. Ein solches auf Lichtemission und Lichtaufnahme basierendes optisches Radarsystem wird im folgenden auch als LIDAR-Sensor (Light Detection And Ranging) bezeichnet.
Aus der DE 197 13 826 AI ist eine Radarvorrichtung und ein diese Radarvorrichtung verwendendes Fahrzeugsicherheitsabstands-Steuersystem bekannt. Die Radarvorrichtung weist einen sich drehenden Polygonspiegel mit einer Mehrzahl von mit unterschiedlichen Winkeln geneigten Spiegeloberflächen auf. Eine Halbleiterlaserdiode und eine Kollimatorlinse sind über dem Polygonspiegel angeordnet. Ein Infrarotpulsstrahl, der von der Laserdiode abgegeben wird, wird von einem Reflexionsspiegel reflektiert, der an einer oberen Stelle vor dem Polygonspiegel angeordnet ist, um den Pulsstrahl schräg nach unten zu dem sich drehenden Polygonspiegel hin derart zu reflektieren, daß der Pulsstrahl als ein Sendestrahl reflektiert wird, der zu einem Meßbereich in einer vorderen Richtung hin fortschreitet . Eine Lichtaufnahmeeinrichtung nimmt den Sendestrahl auf, der von einem Objekt zurückkehrt, das sich innerhalb des Meßbereichs befindet. Durch die Verwendung des sich drehenden Polygonspiegels ist eine zweidimensionale Abtastung in vorderer Richtung möglich, wobei durch die Drehung des Polygonspiegels eine horizontale Schwenkung des PulsStrahls und durch die mit unterschiedlichen Winkeln geneigten Polygonspiegelfächen eine vertikale Schwenkung des Pulsstrahls möglich ist. Auf Grundlage der Zeit zwischen einem Senden des Pulsstrahls und einem Aufnehmen des reflektierten Strahls bestimmt eine Berechnungsschaltung einen Abstand, einen Winkel und eine Relativgeschwindigkeit zu einem erfaßten vorausfahrenden Fahrzeug .
Eine solche auf Licht basierende Radarvorrichtung wird im weiteren ebenfalls als LIDAR-Sensor bezeichnet.
Aus der DE 195 30 065 AI ist ein monostatischer
FMCW-Radarsensor für ein Fahrzeug zur Detektion von Objekten bekannt. Bei diesem Radarsensor werden über Antennen-Feeds, die sowohl zum Senden als auch zum Empfangen eines entsprechenden Echosignals ausgebildet sind, hochfrequente Mikrowellenstrahlen (im Bereich von ca. 76 bis 77 GHz) abgestrahlt. Die Strahlen werden in Sende- und Empfangsrichtung von im Strahlengang liegenden dielektrischen Stielstrahlern konzentriert und von einer dielektrischen Linse fokussiert. Die Millimeter-Wellen werden mittels eines Gunn-Oszillators erzeugt, der von einem Stabilisierungsnetzwerk angesteuert wird, das ein Linearisierungsnetzwerk mit einem Frequenzregler enthält. Die so erzeugten Millimeter-Wellen werden über Leitungen auf parallel geschaltete Ratraceringe geführt, um von dort über die Antennen-Feeds abgestrahlt zu werden. Die von einem möglichen Zielobjekt reflektierten Millimeter-Wellen gelangen über die Antennen-Feeds, die Ratraceringe und über Ringmischer zur weiteren SignalVerarbeitung. Über die Ringmischer wird ein Teil der Energie des Gunn-Oszillators abgezweigt und heruntergemischt. Für die weitere
Signalbearbeitung ist für jeden Empfangskanal eine gesonderte Auswertung vorhanden, die unter anderem einen Verstärker, einen Tiefpaßfilter, einen nachgeschalteten Bewertungsfilter und einen A/D-Wandler enthält. Die nach der A/D-Wandlung erhaltenen Signale werden mittels einer Fast-Fourier-Transformation ausgewertet . Ein entsprechend ausgelegter FMCW-Radarsensor hat eine Reichweite von ca. 150 m und wird bevorzugt für die Detektion von einem oder mehreren Objekten bei einem Fahrzeug eingesetzt.
Ein solcher FMCW-Radarsensor wird im folgenden auch als ACC-Radarsensor (Adaptive Cruise Control) oder einfach ACC-Sensor bezeichnet.
Die DE 197 24 496 AI offenbart eine Hinderniserfassungs- vorrichtung und eine diese verwendende Insassensicherheitsvorrichtung. Die Hinderniserfassungsvorrichtung ermittelt die Entfernung zwischen einem Hindernis und einem Fahrzeug mittels zweier Entfernungsmeßsensoren, und umfaßt eine Aufprallwinkelberechnungseinrichtung, bei der eine Vielzahl von Positionen des Hindernisses durch Triangulation auf der Basis der durch die beiden Entfernungsmeßsensoren bereitsgestellten Entfernungsinformation berechnet werden. Es wird zudem aus dem Ort des Hindernisses, der mittels der berechneten Vielzahl der Positionen des Hindernisses berechnet wird, ein zwischen dem Hindernis und dem Fahrzeug gebildeter Aufprallwinkel bestimmt. Die beiden zum Einsatz kommenden Entfernungsmeßsensoren sind links und rechts am vorderen Teil eines Kraftfahrzeugs angebracht und sind als Radarsensoren ausgeführt. Der maßgeblich
Entfernungsmeßbereich der Sensoren liegt im Bereich unterhalb eines Meters .
Eine solche Hinderniserfassungsvorrichtung wird im folgenden auch als PreCrash-Sensor oder als Short-Range-Radar bezeichnet.
Aus der US 5,872,536 ist ein Multi-Sensor-Objektdetektions- system bekannt, das die momentane Entfernung, die relative Geschwindigkeit, den Kollisionswinkel und den Aufprallpunkt eines kollidierenden Objekts bestimmt. Das System besteht aus einer Mehrzahl von Signalgebern, die innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs einen vorgegebenen Bereich überwachen. Jeder Signalgeber sendet eine modulierte Trägerwelle aus und empfängt die entspechende von einem Objekt reflektierte modulierte Trägerwelle. Aus den reflektierten Signalen wird unter Ausnutzung des Doppler-Effekts der Abstand des Objekts zu jedem einzelnen Signalgeber anhand der Amplituden der harmonischen Komponenten des reflektierten Signals bestimmt. Anhand der Frequenzen der harmonischen Komponenten des reflektierten Signals wird die momentane Relativgeschwindigkeit zu dem Objekt bestimmt. Eine Aufprallbestimmungseinheit bestimmt anhand der Abstands- und Relativgeschwindigkeitsdaten, ob es zu einer Kollision kommt und wenn ja, wo der Aufprallpunkt liegen wird und unter welchem Winkel es zur Kollision kommt. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht die Verwendung von zwei Signalgebern vor, die in einem Frequenzbereich von 5,8 GHz arbeiten. Die maximale Reichweite des Sensorsystems liegt bei 3 Meter, wobei sich ein besonders sensibler Bereich bis zu einer Reichweite von ca. 1,5 Metern ergibt. Eine solches Sensorsystem wird im folgenden ebenfalls als PreCrash-Sensor oder als Short-Range-Radar bezeichnet.
Aus der DE 42 35 619 C2 ist eine Entfernungsbestimmungs- einrichtung für Automobile bekannt, die mit einer
Abbildungs- und Bildaufnahmevorrichtung zum Abbilden von Gegenständen in einem vorgegebenen Bereich außerhalb des Automobils ausgestattet ist. Das Entfernungsbestimmungssystem ist mit einem stereoskopischen optischen System versehen und enthält eine stereoskopische
Bildverarbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten der von dem optischen System gemachten Abbildungen, um dreidimensionale Entfernungsdaten zu berechnen. Das System ist in der Lage in einem Entfernungsbereich zwischen 2 m und 100 m ein mögliches Hindernis und die Form der Straße zu erkennen, sofern das System im oberen Bereich hinter der Windschutzscheibe angeordnet ist. Das stereoskopische optische System enthält Kameras, in denen bildgebende Festkörperelemente, wie CCD (Charge coupled device) , Verwendung finden. Insgesamt sind in dem System vier CCD- Kameras vorhanden, wobei zwei für die Beobachtung kurzer Distanzen und zwei für die Beobachtung großer Distanzen angeordnet sind. Eine solche Entfernungsbestimmungseinrichtung wird im folgenden auch als stereoskopische Kamera bezeichnet.
Aus der DE 42 09 536 C2 ist eine Bildzelle für einen Bildaufnehmer-Chip bekannt. Von den Bildzellen ist eine Vielzahl in Form eines zweidimensionalen Arrays angeordnet. Es ist eine Auswertelogik vorgesehen, die zur Abbildung einer hohen Eingangssignaldynamik auf eine hohe Ausgangssignaldynamik ausgelegt ist. Das lichtempfindliche Element der Bildzelle besteht aus zwei MOS-Transistoren, mit denen die Kompression der Eingangssignaldynamik und die Verstärkung des Augangssignals geregelt werden kann. Ein solcher Bildsensor kann insbesondere im sichtbaren Spektralbereich eingesetzt werden.
Eine solche Anordnung von Bildzellen wird im folgenden auch als CMOS-Kamera bezeichnet.
Aus der DE 196 22 777 AI ist ein Sensorsystem zur automatischen relativen Positionsbestimmung zwischen zwei Objekten bekannt. Das Sensorsystem besteht aus einer Kombination eines winkelunabhängigen Sensors und eines winkelabhängigen Sensors. Der nicht winkelauflösende und somit winkelunabhängige Sensor ist als ein Sensor ausgeführt, der über eine LaufZeitmessung den Abstand zu einem Objekt auswertet. Als mögliche Sensoren werden RADAR-, LIDAR- oder Ultraschallsensoren vorgeschlagen. Der winkelabhängige Sensor besteht aus einer geometrischen
Anordnung von optoelektronischen Sendern und Empfängern, die in Form von Lichtschranken angeordnet sind. Die Sensoren, die beide einen gemeinsamen Detektionsbereich abdecken sind räumlich eng benachbart angeordnet. Um ein relative Position zu dem Objekt zu bestimmen, wird mittels des winkelunabhängigen Sensors der Abstand zu dem Objekt und mittels des winkelauflösenden Sensors der Winkel zu dem Objekt bestimmt. Auf Basis des Abstands und des Winkels zu dem Objekt ist die relative Position zu dem Objekt bekannt. Als Alternative zu der genannten Anordnung von optoelektronischen Sendern und Empfängern wird eine Verwendung von zwei Sensoren vorgeschlagen, die gemeinsam nach dem Triangulationsprinzip den Winkel zu dem Objekt bestimmen. Die DE 41 10 132 AI offenbart ein Fahrzeugabstandssteuer- gerät, das mittels einer Steuereinheit das Drosselstellglied eines Fahrzeugs, das Bremsstellglied des Fahrzeugs sowie eine Alarmvorrichtung in dem Fahrzeug ansteuert. Der Steuereinheit werden als Eingangsdaten unter anderem die
Fahrzeuggeschwindigkeit und die Daten zweier Bereichssucher und eines Spurverfolgungsbereichssuchers zugeführt. Die beiden Bereichssucher sind als optische Bereichssucher ausgebildet, die Licht auf ein Objekt abstrahlen und das von dem Objekt reflektierte Licht erfassen. Es sind dabei Typen vorgesehen, die nach dem Laufzeit- oder dem Triangulationsprinzip arbeiten. Die beiden Bereichssucher sind jeweils an den beiden äußeren Seiten an der Frontseite des Fahrzeugs angebracht und überwachen die vorausliegende Fahrspur auf von benachbarten Spuren her einscherende
Fahrzeuge . Der Spurverfolgungsbereichssucher weist ein Paar parallel zueinander angeordneter optischer Linsen sowie entsprechend hinter den Linsen angeordnete Bildsensoren auf. Der Spurverfolgungsbereichssucher dient dazu, ein in der eigenen Fahrspur vorausfahrendes anderes Fahrzeug zu beobachten und dieses für die Fahrzeugabstandsregelung auszuwählen. Falls während des geregelten Betriebs von einem der beiden Bereichssucher das Einscheren eines Fahrzeugs festgestellt wird, wird die Alarmvorrichtung aktiviert. Diese Schrift stellt somit eine Kombination von
LIDAR-Sensoren mit einer stereoskopischen Kamera dar.
Die DE 195 18 978 AI beschreibt ein Hinderniserfassungssystem für Kraftfahrzeuge, welches zusätzlich zur Entfernung zu einem Hindernis noch dessen Breite und Höhe bestimmen kann. Die Entfernung zu einem Gegenstand, der sich vor dem Kraftfahrzeug befindet, und die Breite des Gegenstands, werden durch eine Laserradarentfernungsmeßeinheit festgestellt. Auf Grundlage der von der Laserradarentfernungsmeßeinheit gelieferten Abstandsinformation wird bei einer optischen Abbildungseinheit, die aus einer vertikal angeordneten Stereo-Videokameravorrichtung besteht, ein entsprechendes Fenster zur Abbildung ausgewählt. In Kenntnis der zuvor bestimmten AbStandsInformation ist es im Rahmen der
Bildauswertung möglich, die Größe und somit die Höhe des detektierten Gegenstands zu bestimmen. Für den Fall, daß ein Fehler entweder in der Laserradarentfernungsmeßeinheit oder der Stereo-Videokameraeinheit auftritt, kann zumindest noch die Information in bezug auf die Entfernung zum Gegenstand oder Hindernis ermittelt werden. Diese Schrift stellt somit eine Kombination eines LIDAR-Sensors mit einer stereoskopischen Kamera dar.
Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Objektdetektionssystem anzugeben, das in der Lage ist, Objekte in einem möglichst großen Detektionsbereich zuverlässig und genau zu detektieren.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das
Objektdetektionssystem aus einer Kombination von wenigstens drei Objektdetektoren besteht, die jeweils einen anderen Detektionsbereich und/oder eine andere Detektionsreichweite aufweisen. Dies hat den Vorteil, daß für jeden einzelnen Detektionsbereich der für diesen Bereich optimale Objektdetektor eingesetzt werden kann. Durch diese Maßnahme können Objekte besonders zuverlässig und genau detektiert werden.
Bei einem Objektdetektionssystem, das insbesondere für ein System zur adaptiven Farhgeschwindigkeitsregelung (ACC-System) in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, ist es vorteilhaft, daß die Detektionsbereiche maßgeblich in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug liegen, wobei sich die Detektionsbereiche überschneiden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die maximale Detektionsreichweite des Objektdetektors mit der größten Detektionsreichweite wenigstens im Bereich von 100 m liegt und die
Detektionsreichweite des Objektdetektors mit der geringsten Detektionsreichweite im Bereich unterhalb von 1 m beginnt. Weiterhin vorteilhaft ist, daß der Detektionsbereich des Objektdetektors mit der größten Detektionsreichweite wenigstens in Teilen des Detektionsbereiches eine
Detektionsbreite aufweist, die eine Detektion von Objekten in zu dem eigenen Kraftfahrzeug angrenzenden Fahrspuren ermöglicht. In Bezug auf den Detektionsbereich des Objektdetektors mit der geringsten Detektionsreichweite ist es vorteilhaft, wenn dieser eine Detektionsbreite aufweist, die wenigstens der Breite des eigenen Kraftfahrzeugs entspricht. Hierdurch wird sichergestellt, daß in jedem Detektionsbereich die erforderliche Detektionsbreite überwacht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Objektdetektoren nach wenigstens zwei verschiedenen technischen Konzepten arbeiten. Vorteilhafterweise wird als technisches Konzept wenigstens eines der folgenden eingesetzt:
1. Auf akustischen Signalen basierende Objektdetektion, insbesondere Ultraschall. 2. Auf elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung basierende Objektdetektion, insbesondere FMCW-Radar und/oder Pulsradar.
3. Auf Bildauswertung basierende Objektdetektion, insbesondere stereoskopische Kamera und/oder CMOS-Kamera.
4. Auf gebündeltem Licht basierende Objektdetektion, insbesondere LIDAR-Sensor. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn genau drei Detektionsbereiche unterschieden werden. Hierbei wird im ersten Detektionsbereich ein auf elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung basierender Objektdetektor eingesetzt, während im zweiten Detektionsbereich ein auf optischer Strahlung und/oder ein auf Bildauswertung basierender Objektdetektor zum Einsatz kommt. Im dritten Detektionsbereich wird wiederum ein auf elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung basierender Objektdetektor verwendet. Diese spezielle
Objektdetektoranordnung vereint in ganz besonderer Weise die Vorteile der einzelnen Objektdetektortypen. Bei dieser Anordnung ist es vorteilhaft, daß der erste Objektdetektor eine Detektionsreichweite von ca. 0,5 m bis ca . 7 m aufweist. Der zweite Objektdetektor hat eine
Detektionsreichweite von ca. 2 m bis ca. 40 m und der dritte Objektdetektor eine Detektionsreichweite von mehr als ca. 40 m. Bei dieser Anordnung überschneiden sich in besonders vorteilhafter Weise die ersten beiden Detektionsbereiche um ca. 5 m. Der zweite und der dritte Detektionsbereich überschneiden sich ebenfalls. Die auf diese Weise entstehende Überschneidung der Detektionsbereiche kann genutzt werden, um die aus diesen Bereichen stammenden Meßwerte zu gesonderten Auswertungen zu verwenden. Diese gesonderten Auswertungen können beispielsweise ein gemeinsames Tracking der detektierten Objekte im Überschneidungsbereich und/oder eine Funktionsüberwachung der Objektdetektoren und/oder eine Plausibilisierung der Meßdaten sein.
Vorteilhaft ist es weiterhin, daß die Objektdetektoren zu wenigstens einer weiteren Anwendung genutzt werden. Dies kann eine Einparkhilfe, eine Precrash-Erkennung, eine Anfahrüberwachung, eine Straßenoberflächen- beziehungsweise Zustandserkennung, eine Verkehrszeichenerkennung, eine Sichtweitenerkennung beziehungsweise SichtWeitenbestimmung, eine adaptive Lichtverteilung, eine
Scheinwerferhöhenverstellung oder eine Wettererkennung beziehungsweise ein Regensensor sein. Die hat den Vorteil, daß sonstige zusätzliche Sensoren für diese Anwendungen entfallen können.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, das Objektdetektionssystem im Rahmen eines Systems zur adaptiven
Fahrgeschwindigkeitsregelung einzusetzen, wobei das System in der Lage ist, die Geschwindigkeit kontinuierlich zwischen dem Stillstand und der Höchstgeschwindigkeit des
Kraftfahrzeugs zu regeln. Diese um die „Stehen-und-Fahren-Funktionalität" (Stop & Go) erweiterte adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung ist ein bevorzugtes
Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen
Objektdetektionssystems .
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen detailliert erläutert:
Figur 1 zeigt ein Kraftfahrzeug, das mit dem erfindungsgemäßen Obj ektdetektionssystem ausgestattet ist.
Figur 2 zeigt das gleiche Fahrzeug mit dem Objektdetektionssystem, jedoch mit beispielhaft detektierten Objekten.
Figur 3 zeigt eine mögliche Anordnung der einzelnen Objektdetektoren im Frontbereich des Kraftfahrzeugs. Figur 4 zeigt ein Kraftfahrzeug, das mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems ausgestattet ist.
Figur 5 zeigt ein Kraftfahrzeug, das mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems ausgestattet ist.
Figur 1 zeigt eine mehrspurige Straße 1, auf der ein
Kraftfahrzeug 2 fährt. Das Kraftfahrzeug 2 ist dabei mit dem erfindungsgemäßen Objektdetektionssystem ausgestattet. Das im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels vorgestellte Objektdetektionssystem besteht aus einer Kombination von drei Objektdetektoren, die jeweils einen anderen Detektionsbereich aufweisen, wobei sich die Detektionsbereiche teilweise überschneiden. Die in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug liegenden Detektionsbereiche sind mit den Bezugszeichen 3, 4 und 5 bezeichnet. Deutlich erkennbar sind die Überschneidungen zwischen den Bereichen 3 und 4 sowie zwischen den Bereichen 4 und 5. Weiterhin deutlich erkennbar ist, daß jeder der Detektionsbereiche 3, 4 und 5 wenigstens eine Detektionsbreite aufweist, die der Breite des Kraftfahrzeugs 2 entspricht. Die Detektionsbereiche 4 und 5 erfassen in bestimmten Bereichen die zu dem eigenen Kraftfahrzeug 2 angrenzenden Fahrspuren. Es ist ebenfalls leicht erkennbar, daß alle drei Detektionsbereiche 3, 4 und 5 unterschiedliche WinkelaufWeitungen besitzen. Je geringer die Detektionsreichweite eines Detektionsbereiches ist, desto größer ist die Winkelaufweitung des entsprechenden Detektionsbereiches. Der erste Detektionsbereich 3 hat somit die größte Winkelaufweitung und ist damit in der Lage bereits unmittelbar vor dem Fahrzeug 2 eine breite Detektionsabdeckung zur Verfügung zu stellen. Der Objektdetektor dieses ersten Detektionsbereiches 3 hat eine Detektionsreichweite, die unmittelbar vor dem Kraftfahrzeug beginnt und ca. 7 m in Fahrtrichtung reicht. Der in diesem Bereich eingesetzte Objektdetektor kann beispielsweise ein auf elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung basierender sogenannter Short-Range-Radar sein, wie er im Rahmen der Würdigung des Standes der Technik beschrieben worden ist . Insbesondere, wenn der Short-Range-Radar schon unmittelbar vor dem Kraftfahrzeug 2 eine große Detektionsbreite aufweisen soll, kann es erforderlich sein, mehr als einen Short-Range-Radar an der Front des Kraftfahrzeuges 2 anzubringen. Dieser Objektdetektor kann zusätzlich zur Kombination mit den weiteren Objektdetektoren zu einem Objektdetektionssystem zu weiteren Anwendungen wie beispielsweise der Einparkhilfe, der Precrash-Erkennung oder der Anfahrüberwachung verwendet werden. Der zweite in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Detektionsbereich 4 kann beispielsweise ein auf optischer Strahlung und/oder ein auf Bildauswertung basierender Objektdetektor sein. Ein möglicher auf optischer Strahlung beziehungsweise Laserstrahlung basierender Objektdetektor kann ein LIDAR-Sensor sein, wie er im Rahmen der Würdigung des Standes der Technik beschrieben worden ist. Dieser LIDAR-Sensor, der ein Detektionsbereich von ca. 2 m bis zu 40 m abdeckt, weist in diesem Bereich eine besonders scharfe laterale und vertikale Erfassung der zu detektierenden Objekte auf. Dies rührt von dem stark gebündelten Lichtstrahl eines solchen Systems her. Kommen beispielsweise Infrarotstrahlen zum Einsatz, so ist eine Bündelung von weniger als 1° möglich. Ein solcher LIDAR-Sensor bietet darüber hinaus den Vorteil, daß er beispielsweise zusätzlich zur Sichtweitenerkennung oder zur Wettererkennung beziehungsweise als Regensensor eingesetzt werden kann. Voraussetzung für die Möglichkeit der SichtWeitenerkennung ist hierbei, daß der LIDAR-Sensor eine Spektrenmessung des reflektierten Lichtstrahls vornehmen kann. Alternativ oder auch zusätzlich zu dem beschriebenen LIDAR-Sensor für den Detektionsbereich 4, kann für diesen Bereich auch eine stereoskopische Kamera und/oder eine CMOS-Kamera eingesetzt werden, wie sie im Rahmen der Würdigung des Standes der
Technik beschrieben worden ist. Eine solche Kamera bietet insbesondere im Zusammenhang mit einem System zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung (ACC-System) den Vorteil, daß eine verbesserte Objektklassifikation möglich ist. Weiterhin bietet die Kamera den Vorteil, daß parallel zur
Objektklassifikation eine Fahrspurerkennung durchgeführt werden kann. Hierdurch kann ein im Speicher abgelegtes detektiertes Objekt beispielsweise mit dem Attribut „in eigener Fahrspur" oder „nicht in eigener Fahrspur" versehen werden, was Vorteile bei der weiteren Behandlung/Auswertung der Objektdaten bietet. Eine solche Kamera kann beispielsweise zusätzlich zur Erkennung von
Verkehrsschildern, als Sichtweitensensor, für eine adaptive Lichtverteilung (ALV) oder in Kombination oder anstatt mit einem Nickwinkelsensor zur Leuchtweitenregelung/
Höhenverstellung der Scheinwerfer eingesetzt werden. Die vorgeschlagenen Detektoren für diesen zweiten Detektionsbereich 4 werden von äußeren Einflüssen wie Nebel, Regen oder Schnee mehr oder weniger stark beeinflußt, da sie von der optischen Sichtweite abhängig sind. Aus diesem Grund bietet sich für den dritten Detektionsbereich 5 insbesondere ein Objektdetektor an, der diese Abhängigkeit nicht besitzt, da die Auswirkungen durch äußere Einflüsse mit größer werdender Entfernung vom eigenen Kraftfahrzeug 2 stark zunehmen. Hierzu kann beispielsweise ein Radarsensor eingesetzt werden, wie er von adaptiven
Fahrgeschwindigkeitsregelungen wie zum Beispiel Adaptive Cruise Control (ACC) bekannt ist und wie er im Rahmen der Würdigung des Standes der Technik beschrieben worden ist . Dieser ACC-Radarsensor weist einen Detektionsbereich auf, der eine Reichweite von bis zu 150 m und wenigstens in Teilen des Detektionsbereiches eine Detektionsbreite von bis zu drei Fahrspuren und breiter besitzt. Im allgemeinen ist die Detektionsbreite eines ACC-Radarsystems entfernungsabhängig und weitet sich in der Regel vom ACC- Radarsensor ausgehend fächerförmig auf. Ein solches ACC- Radarsystem arbeitet üblicherweise in einem Frequenzbereich von ca. 77 GHz. Der Übergangsbereich zwischen den Detektionsbereichen 4 und 5 liegt in diesem Ausführungsbeispiel bei ca. 40 m. Es sind jedoch auch Überschneidungen möglich, die einen größeren und/oder kleineren Überschneidungsbereich der einzelnen Detektionsbereiche aufweisen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel wird im Rahmen der Erläuterung zu Figur 4 beschrieben. Es wird somit in Figur 1 ein
Objektdetektionssystem gezeigt, das durch die erfindungsgemäße Kombination von drei Objektdetektoren einen Detektionsbereich mit einer Länge bis zu 150 m und einer Breite von bis zu drei Fahrspuren und breiter abdeckt.
In Figur 2 ist wiederum eine mehrspurige Straße 1, ein Kraftfahrzeug 2 mit einem erfindungsgemäßen Objektdetektionssystem, sowie ein erster Detektionsbereich 3, ein zweiter Detektionsbereich 4 und ein dritter Detektionsbereich 5 dargestellt. Zusätzlich sind in Figur 2 gegenüber Figur 1 drei mögliche Zielobjekte 6, 7 und 8, in diesem Ausführungsbeispiel als Kraftfahrzeuge, dargestellt. Im allgemeinen ist das Objektdetektionssystem jedoch in der Lage verschiedenste stehende und/oder bewegte Ziele zu detektieren. Dies können beispielsweise im innerstädtischen Verkehr auch Fußgänger und/oder Fahrradfahrer sein, die die Straße 1 vor dem Kraftfahrzeug 2 überqueren beziehungsweise betreten. In der vorliegenden Fahrsituation wird das Kraftfahrzeug 6 von dem ersten Detektionsbereich 3 und vom zweiten Detektionsbereich 4 erfaßt. Das zweite Kraftfahrzeug 7 wird von den Detektionsbereichen 4 und 5 erfaßt, während das Kraftfahrzeug 8 nur vom Detektionsbereich 5 erfaßt wird.
Wäre beispielsweise nur das Kraftfahrzeug 8 auf der Straße vorhanden, so könnte mit dem erfindungsgemäßen
Objektdetektionssystem festgestellt werden, daß sich das Kraftfahrzeug 8 in einer zur eigenen Fahrspur des Kraftfahrzeugs 2 angrenzenden Fahrspur befindet. Dies kann beispielsweise bei Einsatz eines stereoskopischen Kamerasystems und/oder einer CMOS-Kamera durch eine Fahrspurerkennung bis ca. 50 m mit anschließender Extrapolation der Fahrspur geschehen. Ebenso möglich wäre eine auf den Daten des ACC-Radarsensors basierende Fahrbahnranderkennung zur Bestimmung der Fahrspuren. Weiterhin möglich wäre eine Projektion des eigenen Fahrschlauchs, die zusätzlich zu den Daten der Objektdetektoren beispielsweise einen Drehratensensor und weitere unterstützende Sensorik auswertet. Dieser projezierte eigene Fahrschlauch entspricht dann in der Regel der eigenen vorausliegenden Fahrspur. Das Kraftfahrzeug 8 würde somit keinen Einfluß auf die Regelung des eigenen Kraftfahrzeugs 2 haben und das Kraftfahrzeug 2 würde seine Fahrt ungehindert fortsetzen. Bei einem System zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung (ACC) würde dies beispielsweise zur Folge haben, daß das eigene Kraftfahrzeug 2 auf die vom Fahrer voreingestellte Wunschgeschwindigkeit beschleunigt wird.
Wäre beispielsweise nur das Kraftfahrzeug 7 als einziges Zielobjekt vor dem eigenen Kraftfahrzeug 2 auf der Straße vorhanden, so würde das Objektdetektionssystem feststellen, daß sich dieses Kraftfahrzeug 7 in der eigenen vorausliegenden Fahrspur befindet. Dies hätte bei einem System zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung (ACC) beispielsweise zur Folge, daß das Kraftfahrzeug 7 als Zielobjekt für eine Regelung ausgewählt wird. Das System zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung (ACC) würde, falls das eigene Kraftfahrzeug 2 zu schnell beziehungsweise zu dicht auf das Kraftfahrzeug 7 auffährt, das Kraftfahrzeug 2 automatisch verzögern. Es würde die automatische Regelung des adaptiven Fahrgeschwindigkeitsreglers (ACC) einsetzen, der das Kraftfahrzeug 2 in einem sicheren Abstand hinter dem Kraftfahrzeug 7 hält. Für den Fall, daß sich das Kraftfahrzeug 7 schneller vorwärts bewegt als das eigene Kraftfahrzeug 2, würde das eigene Kraftfahrzeug 2 automatisch auf die vom Fahrer voreingestellte Wunschgeschwindigkeit beschleunigt werden. Dieser letzte Betriebsfall entspricht der Tempomat-Funktion.
Wäre auf der vorausliegenden Straße lediglich das Kraftfahrzeug 6 vorhanden, so würde dies von den Detektionsbereichen 3 und 4 erfaßt werden. Würde dieses Kraftfahrzeug 6 nun aus unerklärlichen Gründen plötzlich abbremsen, so würde von dem in diesem Detektionsbereich verwendeten Short-Range-Radar diese Gefahr für das
Kraftfahrzeug 2 unmittelbar erkannt. Wird von dem Short- Range-Radar festgestellt, daß eine Kollision mit dem Kraftfahrzeug 6 unvermeidlich erscheint, so wird von diesem Short-Range-Radar ein entsprechendes Precrash-Signal abgegeben. Dieses Signal kann genutzt werden um im
Kraftfahrzeug 2 Maßnahmen einzuleiten, die das Kraftfahrzeug 2 auf den bevorstehenden Crash vorbereiten. Dies kann beispielsweise das Straffen der Sicherheitsgurte und/oder die Vorbereitung der Airbagauslösung sein.
Immer dann, wenn sich ein Zielobjekt im Überschneidungsbereich von zwei Detektionsbereichen befindet, wie es in der Figur 2 das Kraftfahrzeug 6 zwischen den Detektionsbereichen 3 und 4 und das Kraftfahrzeug 7 zwischen den Detektionsbereich 4 und 5 ist, können die redundanten Meßwerte die aus diesem Überschneidungsbereich geliefert werden, zu gesonderten Auswertungen genutzt werden. Hierbei ist in erster Linie das gemeinsame Tracking also die Zielverfolgung der detektierten Objekte im Überschneidungsbereich zu nennen. Dieses gemeinsame Tracking bietet im Betrieb funktioneile Vorteile, wie beispielsweise die Erhöhung der Meßgenauigkeit oder die
Detektionssicherheit . Da es bei einem Objektdetektor unter Umständen zu Meßaussetzern kommen kann, es jedoch weniger wahrscheinlich ist, daß zwei Objektdetektoren gleichzeitig einen Meßaussetzer aufweisen, kann somit durch die redundanten Daten von zwei Objektdetektoren die Detektionssicherheit erhöht werden. Ein weiterer Vorteil des gemeinsamen Trackings ist die schnellere und sicherere Übergabe eines beobachteten Zielobjektes von einem
Detektionsbereich in den nächsten Detektionsbereich bei der Auswertung der Daten der Objektdetektoren. Weiterhin möglich ist eine Funktionsüberwachung der Objektdetektoren anhand dieser Meßwerte und/oder eine Plausibilisierung der Meßdaten selbst. Hierbei kann überprüft werden, inwieweit die Meßdaten der unterschiedlichen Objektdetektoren übereinstimmen und eine mögliche Dejustage und/oder Ausfall und/oder Verschmutzung des Objektdetektionssystems bestimmt werden. Gegebenenfalls können die Meßdaten zu einer Justage und/oder Kalibrierung eines Objektdetektors genutzt werden.
Insbesondere mit Blick auf zukünftige Funktionserweiterungen im Rahmen eines Systems zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung wie der Stop & Go-Funktionalität kann das erfindungsgemäße
Objektdetektionssystem bevorzugt eingesetzt werden. Hierbei muß das System in der Lage sein, die Geschwindigkeit kontinuierlich zwischen dem Stillstand und der Höchstgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu regeln. Diese um die „Stehen-und-Fahren-Funktionalität" (Stop & Go) erweiterte adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung (Stop & Go-System) ist eine Weiterentwicklung, die heutige Systeme in der Regel nicht bieten. Vielmehr werden heutige Systeme beispielsweise in einem Geschwindgkeitsbereich unterhalb von 30 Stundenkilometern automatisch deaktiviert. Die erweiterte Stop & Go-Funktionalität erfordert die Reaktion des Systems auf stehende Objekte, die schnelle Reaktion auf in die eigene Fahrspur einscherende Fahrzeuge im dichten Verkehr und die Möglichkeit der automatischen Geschwindigkeitsreduktion bis hin zum vollständigen Stop des eigenen Fahrzeugs. Eine weitere mögliche Funktionalität eines Stop & Go-Systems ist das „bedingte Go". Hierbei erhält der Fahrer eines sich im Stand befindlichen Fahrzeugs einen Hinweis, daß ein vor Ihm stehendes Fahrzeug angefahren ist. Wenn der Fahrer aufgrund dieses Hinweises eine entsprechende Bestätigung auslöst (beispielsweise mittels eines Bedienhebels oder einer Spracheingabe wie „Go") kann das eigenen Fahrzeug automatisch anfahren.
Figur 3 zeigt eine mögliche Anordnung der einzelnen
Objektdetektoren des Objektdetektionssystems. Dargestellt ist eine Straße 9, auf der sich ein Kraftfahrzeug 10 in Fahrtrichtung 11 bewegt. Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Objektdetektoren sind ein Short-Range-Radar 12, ein LIDAR-Sensor 13, eine stereoskopische Kamera und/oder eine CMOS-Kamera 14 und ein ACC-Radarsensor 15. Der Short- Range-Radar 12 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer zweigeteilten Sensorik, um auch in geringen Entfernungen vor dem eigenen Kraftfahrzeug 10 die volle Detektionsbreite aufzuweisen. Wie aus der Figur 3 ersichtlich, kann die stereoskopische Kamera 14 beispielsweise an einer hochgelegenen Position im Innenraum des Kraftfahrzeugs, beispielsweise hinter dem inneren Rückspiegel, angebracht werden. Unter der Voraussetzung, daß für den Detektionsbereich 16 ein Objektdetektor zum Einsatz kommt, der auch in diesen kurzen Entfernungen noch Meßwerte von hinreichender Genauigkeit liefert, bietet diese gegenüber Figur 1 vergrößerte Redundanz der Detektionsbereiche alle im Rahmen der bisherigen Beschreibung genannten Vorteile.
Figur 5 zeigt ein Kraftfahrzeug 2, das mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems ausgestattet ist. Hierbei bewegt sich analog zu den Figur 1 und 4 ein Kraftfahrzeug 2 auf einer mehrspurigen Straße 1. Das Kraftfahrzeug 2 ist mit einem erfindungsgemäßen Objektdetektionssystem ausgestattet. Die Detektionsbereiche 3 und 4 sind identisch mit den in den Figuren 1 und 4 gezeigten Detektionsbereichen 3 und 4. Im Gegensatz zu den in den Figuren 1 und 4 gezeigten Ausführungsformen ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Detektionsbereich 17 des Objektdetektors mit der größten Detektionsreichweite ein anderer. Deutlich erkennbar ist, daß der Detektionsbereich 17 die gleiche maximale
Detektionsreichweite wie der Detektionsbereich 5 aus Figur 1 und der Detektionsbereich 16 aus Figur 4 aufweist. Der Detektionsbereich 17 beginnt jedoch nicht in so kurzer Entfernung vor dem Kraftfahrzeug 2 wie der Detektionsbereich 16 nach Figur 4. Dies hat zur Folge, daß sich der Detektionsbereich 17 mit dem Detektionsbereich 4 überschneidet und in den Detektionsbereich 3 teilweise hineinragt .
Im allgemeinen liegen beliebige Überschneidungsmöglichkeiten der unterschiedlichen Detektionsbereiche im Rahmen des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems. Es liegt weiterhin im Rahmen des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems, daß die Anzahl der Detektionsbereiche vermindert oder erhöht werden kann. Diese Auswahl ist dem Fachmann entsprechend der spezifischen Anforderungen an das jeweilige Objektdetektionssystem überlassen. Ebenso möglich ist eine beliebige Kombination von verschiedenen Objektdetektoren innerhalb eines Detektionsbereiches. Auch hierbei wird die entsprechende Auswahl dem Fachmann überlassen.
Sowohl in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 (Detektionsbereiche 3, 4 und 5), in dem nach Figur 4 (Detektionsbereiche 3, 4 und 16) als auch in dem nach Figur 5 (Detektionsbereiche 3, 4 und 17) ist der gesamte Detektionsbereich des Objektdetektionssystems so ausgelegt, daß in jeder Entfernung vom eigenen Kraftfahrzeug die relevanten Bereiche/Teile der an die eigene Fahrspur angrenzenden Fahrspuren beobachtet werden.
In der gesamten vorliegenden Beschreibung ist unter dem Detektionsbereich eines Objektdetektors der meßtechnisch sinnvoll auswertbare Detektionsbereich des physikalischen Detektionsbereiches eines Objektdetektors zu verstehen. Rein physikalisch sind die Grenzen der Detektionsbereiche der beschriebenen Objektdetektoren nicht derart scharf abgrenzbar, wie es in den Figuren gezeigt ist. Die zur Auswertung herangezogenen meßtechnisch sinnvoll auswertbaren Detektionsbereiche sind hingegen durch geeignete Maßnahmen in der Hard- und/oder Software des erfindungsgemäßen Objektdetektionssystems in der Weise abgrenzbar, wie es beispielhaft in den Ausführungsbeispielen gezeigt ist.

Claims

Ansprüche
1. Objektdetektionssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug (2, 10), dadurch gekennzeichnet, daß das Objektdetektionssystem aus einer Kombination von wenigstens drei Objektdetektoren (12, 13, 14, 15) besteht, die jeweils einen anderen Detektionsbereich (3, 4, 5, 16, 17) und/oder eine andere Detektionsreichweite aufweisen.
2. Objektdetektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsbereiche (3, 4, 5, 16, 17) maßgeblich in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug (2, 10) liegen, wobei sich die in Fahrtrichtung liegenden Detektionsbereiche (3, 4, 5, 16) überschneiden.
3. Objektdetektionssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Detektionsreichweite des Objektdetektors (15) mit der größten
Detektionsreichweite (5, 16, 17) wenigstens im Bereich von 100 m liegt.
4. Objektdetektionssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektionsbereich des Objektdetektors (15) mit der größten Detektionsreichweite (5, 16, 17) in Teilen des Detektionsbereiches (5, 16, 17) wenigstens eine Detektionsbreite aufweist, die eine Detektion von Objekten in zum eigenen Kraftfahrzeug (2, 10) angrenzenden Fahrspuren ermöglicht.
5. Objektdetektionssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsreichweite des Objektdetektors (12) mit der geringsten Detektionsreichweite (3, 4) im Bereich unterhalb von 1 m beginnt.
6. Objektdetektionssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektionsbereich des Objektdetektors (12) mit der geringsten Detektionsreichweite (3, 4) wenigstens eine Detektionsbreite aufweist, die der Breite des eigenen Kraftfahrzeugs (2, 10) entspricht.
7. Objektdetektionssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektdetektoren (12, 13, 14, 15) nach wenigstens zwei verschiedenen technischen Konzepten arbeiten.
8. Objektdetektionssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als technisches Konzept wenigstens eines der folgenden eingesetzt wird:
- Auf akustischen Signalen basierende Objektdetektion, insbesondere Ultraschall.
- Auf elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung basierende Objektdetektion, insbesondere FMCW-Radar und/oder Pulsradar. - Auf Bildauswertung basierende Objektdetektion, insbesondere stereoskopische Kamera und/oder eine CMOS-Kamera.
- Auf gebündeltem Licht basierende Objektdetektion, insbesondere LIDAR.
9. Objektdetektionssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß drei Detektionsbereiche (3, 4, 5, 16, 17) unterschieden werden, wobei
- im ersten Detektionsbereich (3) ein auf elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung basierender Objektdetektor,
- im zweiten Detektionsbereich (4) ein auf optischer Strahlung und/oder ein auf Bildauswertung basierender
Objektdetektor und
- im dritten Detektionsbereich (5, 16, 17) ein auf elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung basierender Objektdetektor verwendet wird.
10. Objektdetektionssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
- daß der erste Objektdetektor (12) eine Detektionsreichweite von ca. 0,5 m bis ca. 7 m, - daß der zweite Objektdetektor (13, 14) eine
Detektionsreichweite von ca. 2 m bis ca. 40 m und
- daß der dritte Objektdetektor (15) eine Detektionsreichweite von mehr als ca. 40 m hat.
11. Objektdetektionssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Objektdetektoren (12, 13, 14, 15) aus den sich überschneidenden Detektionsbereichen gelieferten Meßwerte zu gesonderten Auswertungen genutzt werden.
12. Objektdetektionssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderten Auswertungen wenigstens
- ein gemeinsames Tracking der detektierten Objekte im Überschneidungsbereich und/oder
- eine Funktionsüberwachung der Objektdetektoren und/oder
- eine Plausibilisierung der Meßdaten sind.
13. Objektdetektionssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektdetektoren (12, 13, 14, 15) zu wenigstens einer weiteren Anwendung genutzt werden.
14. Objektdetektionssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Anwendung wenigstens eine der folgenden ist: Einparkhilfe/Parkpilot, PreCrash-Erkennung, Anfahrüberwachung, Straßenoberflächen-
/Zustandserkennung, VerkehrsZeichenerkennung, Sichtweitenerkennung, adaptive Lichtverteilung (ALV) , Scheinwerferhöhenverstellung oder Wettererkennung/Regensensor .
15. Objektdetektionssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektdetektionssystem im Rahmen eines erweiterten Systems zur adaptiven Fahrgeschwindigkeits- regelung (Stop & Go-System) eingesetzt wird, wobei das erweiterte System in der Lage ist, die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kontinuierlich zwischen dem Stillstand und der Höchstgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (2, 10) zu regeln.
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