用于验证车辆的环境检测传感器的方法和配置成用于验证环境检测传感器的车辆与流程

1.本发明涉及一种用于验证多个固定连接至车辆的、配置成用于采集关于相应的传感器坐标系的相对速度的环境检测传感器的外在校准的方法。本发明还涉及一种车辆，其具有这种环境传感器和至少一个控制设备。


背景技术：

2.由de 10 2005 037 094 b3公开一种用于校准测距用传感器的方法，传感器具有两个传感器信道，其辐射为波瓣状。该方法包括以下步骤：
[0003]-借助传感器发出一个传感器信道的辐射波瓣至校准面，
[0004]-用视频系统的摄像头采集辐射波瓣，
[0005]-在摄像头的图像坐标中确定辐射波瓣的第一代表值，
[0006]-改变关于传感器和摄像头的校准面位置，
[0007]-用摄像头采集辐射波瓣，
[0008]-在摄像头的图像坐标中确定辐射波瓣的第二代表值，
[0009]-对于另一传感器信道重复先前步骤，
[0010]-作为传感器坐标中的直线模拟所发出的辐射波瓣的波瓣轴线，
[0011]-将所模拟的直线从传感器坐标变换到摄像头图像坐标中，
[0012]-针对每个传感器信道将该直线与图像坐标中所确定的代表值相比较，
[0013]-确定校准功能以补偿模拟直线与至少多个代表值的可能偏差。


技术实现要素：

[0014]
本发明的任务是提供一种新的用于验证车辆的环境检测传感器的方法。本发明的任务也是提供一种设置成用于验证这种环境检测传感器的车辆。
[0015]
关于该方法，根据本发明通过一种具有权利要求1所述的特征的方法来完成该任务。
[0016]
关于车辆，根据本发明通过一种具有权利要求5所述的特征的车辆来完成该任务。
[0017]
本发明的有利设计是从属权利要求的主题。
[0018]
在一种用于验证多个固定地连接至车辆的、设置成用于采集在车辆环境中的至少一个目标的分别关于对应所属的传感器坐标系的相对速度的方法中，根据本发明，在外在校准中针对每个传感器坐标系确定齐次坐标变换，用以将传感器坐标系的坐标转换为固定连接至车辆的车辆坐标系的坐标。相对速度就值和方向而言表明在车辆环境中的目标相对于各自传感器坐标系的运动速度。
[0019]
依据配属于各自传感器坐标系的齐次坐标变换，对于每个由环境检测传感器采集的相对速度确定关于车辆坐标系的目标速度。目标速度就值和方向而言说明车辆环境内目标相对于车辆坐标系的运动速度。
[0020]
作为确定目标速度的替代或补充，从所述多个相对速度中确定车辆运动模型的至少一个参数。车辆运动模型可以例如作为瞬间(瞬时)车速就值和方向而言被说明。但是，也可以实现如下运动模型，在此，其它的或附加的参数例如至少一个角速度或车辆所驶过的运动轨迹的曲率半径被测得。
[0021]
从这些环境检测传感器中，在关于车辆坐标系所确定的目标速度彼此相差大于预定值时分配失准状态。
[0022]
失准状态在此和以下是指至少一个传感器坐标系相对于至少一个不同的传感器坐标系的姿态(即位置和/或取向)相比于外在校准中所测得的姿态发生变化，其中，所述姿态变化造成无法再从相对速度中有效查明车速。
[0023]
替代地或附加地，当目标速度与车辆环境中目标基于用至少一个参数从相对速度中确定的车辆运动模型所具有的速度相差大于预定值时，分配失准状态。
[0024]
该方法的一个优点在于，当由多个不同的环境检测传感器测得多个不同目标的相对速度时，外在校准可被验证。尤其是，外在校准的验证在被多个环境检测传感器扫描的车辆环境区域不重叠时也是可能的。另外可以实现验证，而目标不必被鉴别，即，被识别为“被多个不同的环境检测传感器一致检测”。
[0025]
根据本发明方法的验证还无需动用地图即可实现，在地图中所标注的目标潜在可以由环境检测传感器测定。由此可能的是验证被连续地且在原则上任意的尤其未被测绘的环境中完成。
[0026]
根据本发明的方法因此允许比从现有技术中知道的方法更可靠简单地验证多个环境检测传感器。
[0027]
在本发明的一个实施方式中，对应配属于多个不同传感器坐标系的目标速度之间的偏差成对地作为向量差被确定。就值和/或方向而言最大的成对向量差与预定的值差(关于成对向量差的值)或预定的角度差(关于成对向量差的方向)相比较。当至少一个成对向量差高于关于值差和/或角度差的预定值时，失准状态被对应分配给多个环境检测传感器。
[0028]
该实施方式的一个优点在于能很容易地查明失准状态。
[0029]
在该方法的一个实施方式中，车辆运动模型作为关于车辆坐标系的车速就值和方向而言被确定。针对每个传感器坐标系，根据各自对应的齐次坐标变换从车速中确定一个理想相对速度。将至少一个理想相对速度与针对各自传感器坐标系所测得的相对速度就值和/或方向而言相比较。
[0030]
该实施方式的一个优点在于，能特别可靠地查明失准状态。尤其是，可以就值和方向而言可靠识别多个传感器坐标系的很相似的偏差。
[0031]
在一个实施方式中，失准状态的分配的置信度通过统计从多个相对速度中来确定。例如可以从传感器坐标系的相对占比中确定置信度，其对应配属的目标速度彼此没有偏差或仅略有偏差、即相差不到预定值。
[0032]
替代地或附加地，只有当目标速度相互间且关于车辆运动模型没有偏差或仅略有偏差、即相差不到预定值时，才分配校准状态。
[0033]
校准状态在此和以下是指，全部传感器坐标系的姿态相对于分别在外在校准中测得的姿态没有差别或仅相差达如下程度，即，还能有效地从相对速度中确定车速的程度。
[0034]
按照与针对失准状态的分配的置信度已解释的相同的方式，也通过统计来确定校
准状态的分配的置信度。
[0035]
该方法的实施方式的一个优点在于，在单独的环境检测传感器的不可靠测量的情况下，例如在由至少一个环境检测传感器检测到前行车辆且同时由至少另一个环境检测传感器检测到不运动的目标的情况下，可以识别有误的状态分配。由此可实现更可靠且更具容错性的验证。
[0036]
在包含至少一个计算单元和多个设置成用于采集至少一个在车辆环境中采集的目标的关于各自环境检测传感器的传感器坐标系的相对速度的环境检测传感器的车辆中，根据本发明，该环境检测传感器和至少一个计算单元设置成用于执行所述的用于验证多个环境检测传感器的方法。
[0037]
这种车辆具有以下优点，即，很容易且可靠地识别环境检测传感器失准，并且以环境检测传感器的测量数据的评估为基础的车辆功能故障(例如车辆司机的有误维护或缺少维护或者车辆的有误控制)可被识别或避免。由此实现更可靠安全的车辆。
[0038]
在一个特别节约地方和成本的实施方式中，该至少一个计算单元被设计成控制设备。
附图说明
[0039]
以下将结合图来详细解释本发明的实施例，其中：
[0040]
图1示意性示出具有速度测量传感器的车辆的用于外在校准的布置，
[0041]
图2示意性示出在相对于外在校准无变化的传感器姿态下的相对速度和目标速度，
[0042]
图3示意性示出具有传感器的车辆的相对于外在校准有改变的传感器姿态，
[0043]
图4示意性示出在相对于外在校准有改变的传感器姿态下的相对速度和目标速度，
[0044]
图5示意性示出用于区分校准状态和失准状态的方法的过程图，
[0045]
图6示意性示出在弯道行驶中的具有传感器的车辆的相对于外在校准无改变的传感器姿态，
[0046]
图7示意性示出在弯道行驶中的具有传感器的车辆的相对于外在校准无改变的传感器姿态。
具体实施方式
[0047]
彼此对应的部分在所有图中带有相同的附图标记。
[0048]
图1示出车辆1，其配设有七个未被详细示出的传感器。每个传感器设置成用于就值和方向而言测量关于各自传感器坐标系s1-s7的各自相对速度v1-v7。
[0049]
这样的传感器例如可以设计成激光雷达传感器或雷达传感器或渡越时间(time-of-flight，tof)摄像头。相对速度v1-v7也可以被如此确定，即，独立于车辆而固定设置的目标距各自传感器坐标系s1-s7的距离借助摄像头在前后相继的测量时刻被测定，并且从在传感器坐标系s1-s7中的目标的相对运动中与测量时刻差相关地计算相对速度v1-v7。
[0050]
为了简化图示，在图1中分别在两维笛卡尔传感器坐标系s1-s7中示出第一至第七相对速度v1-v7。但也提供传感器，借此能采集作为三维向量参数的相对速度v1-v7。也可针
对三维测知的相对速度执行下述方法而不受限制。
[0051]
传感器通过车辆1相互固定连接且追随其运动。故传感器坐标系s1-s7的彼此之间的以及关于车辆坐标系v的位置关系可以借助齐次坐标变换来描述。尤其是，第二至第五传感器坐标系s2-s5以及第七传感器坐标系s7彼此相对地且相对于车辆坐标系v被旋转。
[0052]
在被称为外在校准的、从现有技术中知道的方法中，齐次坐标变换针对每个传感器坐标系s1-s7被一次性确定，随后在将用各自传感器测知的相对速度v1-v7变换到车辆坐标系v中时被予以考虑，如在图2中所详细示出的那样。
[0053]
图2示出在车辆1匀速直线运动时，用相应的传感器测知的作为在各自所属的传感器坐标系s1-s7中的两维向量参数的第一至第七相对速度v1-v7。由于它们的相对旋转，故在第二至第五以及第七传感器坐标系s2-s5、s7中，第二至第五以及第七相对速度v2-v5、v7具有不同的方向和有时甚至不同的值。
[0054]
通过使用关于传感器的齐次坐标变换，对于每个相对速度v1-v7分别确定一个估算的目标速度x1-x7，其就值和方向而言关于车辆坐标系v说明各自传感器的估算速度。
[0055]
如果关于传感器的齐次坐标变换在外在校准中被正确查明并且传感器坐标系s1-s7的彼此相对的和相对于车辆1的姿态不变，则在车辆1匀速直线运动时，通过对于每个相对速度v1-v7使用关于传感器的齐次坐标变换来查明关于车辆坐标系v的就值和方向而言相同的目标速度x1-x7，如图2所示。
[0056]
图3示出车辆1，其传感器坐标系s1至s7与未详细示出的传感器相关联。与图1不同的是，第四传感器坐标系s4相对于完成外在校准时的状态被改变。
[0057]
尤其是，第四传感器坐标系s4相对于初始校准后的用以完成外在校准的第四传感器坐标系s4
′
被旋转角度位移α。
[0058]
当车辆1以与通过根据图2的相对速度v1-v7所指明的相同的方式运动时，在第四传感器坐标系s4中的第四相对速度v4也相应地旋转，而其余相对速度v1-v3、v5-v7就值和方向而言相对于图2保持不变。
[0059]
因此，通过使用关于传感器的齐次坐标变换针对其余相对速度v1-v3、v5-v7分别产生相互间且也相对于车辆1的运动匹配的目标速度x1-x3、x5-x7，如图4所示。而第四传感器坐标系s4的相对于外在校准的角度位移α也造成第四目标速度x4的角度位移α，第四目标速度通过使用关于初始校准后的第四传感器坐标系s4
′
的齐次坐标变换而被确定。
[0060]
本发明基于以下认识，即，从单独的且在此是第四目标速度x4的相对于多个其它的相互一致的目标速度x1-x3、x5-x7的偏差中可以识别传感器坐标系s4相对于初始传感器坐标系s4
′
(在外在校准时刻)的位置偏差。
[0061]
图5更具体地解释用于识别这种状态偏差的方法的过程。
[0062]
对于第一至第n个传感器坐标系s1-sn，在运动估算步骤bss中从各自所对应的传感器数据d1-dn中估算第一至第n个相对速度v1-vn。例如可以从传感器坐标系s1-sn中的目标所在位置运动中估算相对速度v1-vn。
[0063]
从多个如此估算的相对速度v1-vn中，在随后的参数化步骤ps中设定车辆1的运动模型的参数。
[0064]
在参数化步骤ps中，除了关于相应的传感器坐标系s1-sn的所估算的相对速度v1-vn外，还考虑外在参数p
ext
，外在参数描绘传感器坐标系s1-sn的关于车辆坐标系v的姿态
(进而还有其彼此相对姿态)。例如外在参数p
ext
可以作为所有齐次坐标变换的参数来提供，其描绘各自传感器坐标系s1-sn的关于车辆坐标系v的姿态(即位移和旋转)。外在参数p
ext
在在先执行的外在校准中根据从现有技术中知道的方法被确定。
[0065]
车辆1的参数化的运动模型例如在直线行驶的情况下包含沿车辆1纵向的一个速度分量。可选地，参数化的运动模型例如在弯道行驶情况下包括沿垂直于纵向布置的车辆1横向的另一个速度分量。替代地或附加地，参数化的运动模型可在弯道行驶情况下也包括车辆运动轨迹k的曲率半径，如以下还将结合图6和7解释的那样。其它的车辆运动参数也可在参数化的运动模型中获得。
[0066]
在随后的再次关于每个传感器坐标系s1-sn分开执行的变换步骤ts中，对于第一至第n个相对速度v1-vn中的每一个，通过使用参数化的运动模型来分别确定一个目标速度x1-xn。目标速度x1-xn就方向和值而言表明如下速度，即，当各自传感器的关于车辆坐标系v的姿态相对于外在校准不变时，各自传感器关于车辆坐标系v按照适配于在参数化步骤ps中确定的运动模型的方式具有该速度。
[0067]
在随后的判断步骤e中，目标速度x1-xn被相互比较和/或针对每个传感器坐标系s1-sn将各自确定的目标速度x1-xn与各自确定的相对速度相比较。
[0068]
在一个实施方式中，被称为异值的、与多个其余确定的目标速度x1-xn有特别明显偏差的目标速度x1-xn被识别。异值识别法由现有技术公开。例如可以从全部的目标速度x1-xn中确定一个平均值和一个标准偏差。目标速度x1-xn于是可以在其与平均值相差达多倍标准偏差时作为异值被识别。
[0069]
如果识别到一个或多个这种异值，则在判断步骤e之后，作为结果分配一个失准状态c0，其表明车辆1的依据传感器数据d1-dn被查明的车辆姿态不值得信赖。
[0070]
如果在所确定的目标速度x1-xn中未识别到异值，则在判断步骤e之后，作为结果分配校准状态c1，其表明依据该传感器数据d1-dn所查明的车辆姿态仍然值得信赖。
[0071]
由此可以确定在查明车辆姿态时的置信度(或可靠性)，而无需多个传感器坐标系s1-sn的关于同一参考目标的参考测量。尤其是不必测知或保证(是否)基于多个或甚至全部的传感器坐标系s1-sn对相同参考目标进行测量。故不需要鉴别参考目标。尤其也不需要在数字地图中采集这种参考目标并且将传感器坐标系s1-sn中的测量结果与数字地图相比较。
[0072]
替代地或附加地，目标速度x1-xn相对于平均(矢量)目标速度的均方距离可以被确定为传感器坐标系s1-sn的当前位置关系与其在外在校准时刻的位置关系之间符合性的量度。
[0073]
如果均方距离(或用于目标速度x1-xn的类似的距离量度)大于预定阈值，则在判断步骤e之后作为结果分配失准状态c0，其表明车辆1的依据传感器数据d1-dn所查明的车辆姿态不值得信赖。否则，在判断步骤e之后作为结果分配校准状态c1，其表明依据传感器数据d1-dn所确定的车辆姿态仍然值得信赖。
[0074]
此实施方式的一个优点在于，多个传感器的失准也能比利用异值检测方法更可靠地被确定。
[0075]
距离量度也可以作为关于平均目标速度的相对距离来确定，例如作为目标速度x1-xn的值的变异系数。此实施方式的一个优点在于可以实现失准状态c0的更可靠的识别。
[0076]
图6和图7表明该方法应用到车辆1上，车辆沿设计成圆弧形的车辆运动轨迹k运动。
[0077]
图6示出在弯道行驶时的图1的车辆1以及相对于外在校准无改变的传感器坐标系s1-s7。通过将在外在校准中针对第四传感器坐标系s4所确定的齐次坐标变换应用至测定的第四相对速度v4，关于车辆坐标系v确定第四目标速度x4。
[0078]
图7示出与之相比有改动的车辆1，在此，第四传感器坐标系s4相对于校准后的第四传感器坐标系s4
′
虽然有相同的取向，但有位移。这样的位移在车辆1直线行驶时不造成测得的第四相对速度v4改变，因此也不造成在第四目标速度x4中的偏差。换言之，传感器坐标系s4的单纯位移在直线行驶情况下无法通过对通过使用齐次坐标变换所确定的目标速度x1-x7进行比较来确定。
[0079]
而如果车辆1如图7所示沿圆弧形车辆运动轨迹k运动，则在车辆中心纵轴线方向上且因此以远离车辆运动轨迹k的曲率中心的方式运动的第四传感器坐标系s4经历比在初始校准的第四传感器坐标系s4
′
中所经历的更高的径向速度。
[0080]
因此，也通过使用外在校准的齐次坐标变换来查明第四目标速度x4。比之校准姿态下的第四目标速度x4
′
，这虽然在方向上未被改变，但在值方面被改变(在本例子中：放大)。
[0081]
该差异可通过将所查明的第四目标速度x4与其余目标速度x1-x3、x5-x7(其就值而言与校准姿态下的第四目标速度x4
′
一致)或至少一个从全部目标速度x1-x7的集合中推导出的统计量度相比较来确定，如结合图5解释的那样。
[0082]
因此，也可以用所提出的方法识别传感器坐标系s4相对于在完成外在校准时所处的姿态的单纯位移。这种方法的一个优点因此是能可靠验证外在校准而无需基于多个传感器坐标系s1-s7测量共同参考目标。由此可以提高借助独立传感器确定车辆姿态时的可靠性。

技术特征：
1.一种用于验证多个与车辆(1)固定连接的环境检测传感器的方法，所述环境检测传感器设置成用于采集在该车辆(1)环境中的至少一个目标的关于相应的传感器坐标系(s1-s7,sn)的相对速度(v1-v7,vn)，其特征是，-在外在校准中针对每个传感器坐标系(s1-s7,sn)确定齐次坐标变换，用于将该传感器坐标系(s1-s7,sn)的坐标转换为固定连接至该车辆(1)的车辆坐标系(v)的坐标，-依据所述齐次坐标变换，
·
针对每个相对速度(v1-v7,vn)确定一个关于该车辆坐标系(v)的目标速度(x1-x7,xn)，和/或
·
从所述多个相对速度(v1-v7,vn)中确定该车辆(1)的运动模型的至少一个参数，并且-当目标速度(x1-x7,xn)彼此之间和/或相对于该车辆(1)的运动模型相差超过预定值时，给多个环境检测传感器分配失准状态(c0)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，目标速度(x1-x7,xn)的偏差被确定为成对的向量差，并且将就值和/或方向而言最大的成对向量差与预定的值差或预定的角度差相比较。3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征是，-作为该车辆(1)的运动模型，就值和方向而言确定关于该车辆坐标系(v)的车速，-根据每个传感器坐标系(s1-s7,sn)相对应的齐次坐标变换从该车速中确定理想相对速度，并且-就值和/或方向而言将至少一个理想相对速度与针对各传感器坐标系(s1-s7,sn)所测得的相对速度(v1-v7,vn)相比较。4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征是，通过统计从所述多个相对速度(v1-v7,vn)确定该失准状态(c0)的分配的置信度和/或配对的校准状态(c1)的分配的置信度。5.一种车辆(1)，包括至少一个计算单元和多个环境检测传感器，所述环境检测传感器设置成用于采集至少一个在该车辆(1)环境中测得的目标的关于各自环境检测传感器的传感器坐标系(s1-s7,sn)的相对速度(v1-v7,vn)，其特征是，所述环境检测传感器和该至少一个控制设备设置成用于执行根据前述权利要求之一的方法。6.根据权利要求5所述的车辆(1)，其特征是，该至少一个计算单元被设计成控制设备。

技术总结
本发明涉及一种用于验证多个固定连接至车辆(1)的用于分别采集关于相应的传感器坐标系(S1-S7,Sn)的相对速度(V1-V7,Vn)的环境检测传感器的方法。在外在校准中，针对每个传感器坐标系(S1-S7,Sn)确定关于固定连接至车辆(1)的车辆坐标系(V)的齐次坐标变换。由此针对每个相对速度(V1-V7,Vn)确定一个关于车辆坐标系(V)的目标速度(X1-X7,Xn)和/或车辆(1)运动模型的参数。当目标速度(X1-X7,Xn)彼此之间和/或关于车辆(1)运动模型相差超过预定值时，分配失准状态(C0)。本发明还涉及一种车辆(1)，其具有多个环境检测传感器和至少一个计算单元，用于执行这种方法。用于执行这种方法。


技术研发人员：S
受保护的技术使用者：戴姆勒卡车股份公司
技术研发日：2021.10.15
技术公布日：2023/8/13