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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines in einem Kraftfahrzeug
integrierten, in Abhängigkeit
eines von wenigstens einem Sensor, der die Verkehrssituation im
Fahrzeugumfeld überwacht,
gegebenen Sensorsignals über
ein Steuergerät
betriebenen Fahrerassistenzsystems.
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Zum
Funktionstest von im Kraftfahrzeug integrierten Fahrerassistenzsystemen
unterschiedlicher Art werden zunehmend Simulationsprogramme eingesetzt,
welche in Fahrsimulatoren zur Verkehrssimulation genutzt werden. Über diese
Simulationsprogramme werden synthetische Verkehrsszenen erzeugt,
die dem Fahrer entweder aus der Fahrersicht oder aus einer Vogelperspektive
auf einem Monitor visualisiert werden. Im Rahmen dieser Visualisierung erfolgt
lediglich eine rudimentäre
Darstellung von Straße
und Fremdfahrzeugen, so dass kein realistisches Bild der Wirklichkeit
erzeugt wird. Vielmehr bewegt sich das Erprobungsfahrzeug stets
in einer synthetischen, virtuellen Welt. Weiterhin erfolgt wie beschrieben
die Visualisierung auf einem Monitor, so dass sich der Fahrer nicht
völlig
auf die Fahraufgabe und die Beurteilung des Fahrerassistenzsystems konzentrieren
kann. Nachdem aber die Komplexität von
Fahrerassistenzsystemen sowie deren Funktionalität immer weiter zunimmt, ist
eine zuverlässige Funktionsprüfung, im
Rahmen welcher etwaige Fehler erkannt werden, um eben diese bis
zur Serienreife zu beheben, unerlässlich. Als sensorbasierte
Fahrerassistenzsysteme sind beispielsweise das Notbrems-Assistenzsystem,
bei dem über
eine oder mehrere in der vorderen Stoßstange integrierte Radarsensoren
ein vorausfahrendes Fahrzeug, auf das gegebenenfalls aufgefahren
werden kann, erfasst wird, und das automatisch eine Notbremsung
unabhängig
von einer Fahreraktion einleitet, wenn dies erforderlich ist, oder
ein Anhalteweg-Verkürzungs-System,
bei dem ebenfalls frontseitige Radarsensoren vorausfahrenden Verkehr
erfassen und bei einer Erfassung kurzzeitig die Bremsen angelegt
werden, so dass ein haptisch spürbarer
Ruck den Fahrer alarmiert. Diese Aufzählung ist jedoch nicht abschließend, weitere
Systeme sind beispielsweise ein ACC-System (ACC = Adaptive-Cruise-Control),
also ein automatisches Abstandshalte- bzw. Folgesystem, bei dem
das Fahrzeug automatisch einen definierten Abstand zum vorausfahrenden
Fahrzeug, erfasst über
frontseitige Radarsensoren, einhält,
oder ein LDW-System (LDW = Lane Departure-Warning), bei dem eine
Abweichung von einer ausgezeichneten Fahrspur erfasst und der Fahrer
alarmiert wird.
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DE 103 09 934 A1 offenbart
einen Fahrsimulator und ein Verfahren zum Simulieren des Fahrzeugzustands
eines Fahrzeuges. Dabei ist außerhalb
des Fahrzeugs eine Simulationseinheit vorgesehen, die über eine
Schnittstelle mit einem im Fahrzeug enthaltenen Steuergerät verbunden
ist. Über Umgebungs- und Verkehrsmodelle
werden simulierte Umgebungsdaten erzeugt, die über einen externen Sichtsimulator
dargestellt werden können.
Es ist auch ein „technisches
Sehen” realisiert,
wonach die aktuellen simulierten Umgebungsdaten auch an das Fahrzeug übermittelt
werden können.
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Ein
Verfahren zum Prüfen
von Laserscannern, insbesondere von Abstandssensoren eines ACC-Systems
(adaptive cruise control), beschreibt die
DE 100 37 219 A1 . Ein Messobjekt
wird aufgestellt und die Signale des Laserscanners werden gemessen,
wobei eine Relativbewegung gegenüber dem
Messobjekt erzeugt wird. Insbesondere ist dort vorgeschlagen, dass
Versuche mit einzelnen Messobjekten an unterschiedlichen Positionen
im Erfassungsbereich durchgeführt
werden, um ACC-Systeme für
eine Verwendung in Ballungsräumen überprüfen zu können. Eine
Simulation wird nicht vorgenommen.
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DE 199 28 490 A1 offenbart
eine Vorrichtung zur Ausstattung eines fahrtüchtigen Fahrzeugs zum Fahrsimulator.
Die Vorderräder
werden dabei auf Drehteller gefahren, die auch den Lenkradeinschlag messen.
Weiterhin ist ein Fahrcomputer mit Bildgenerator, einem Sichtsystem,
einem Lautsprecher und Sensoren zur Erfassung der Positionen der
Bedienungselemente vorgesehen. Die gesamte Vorrichtung soll leicht
zu installieren sein.
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EP 1 467 319 A2 betrifft
die Simulation einer Strecke, insbesondere einer Eisenbahnstrecke,
aufgrund eines zuvor aufgenommenen Films dieser Strecke. Dieser
Film soll dabei für
jedes Pixel mit einer Tiefeninformation versehen werden, die den
Abstand des dort dargestellten Objektes vom Fahrzeug wiedergibt.
Durch die zusätzliche
Abstandsinformation soll es ermöglicht
werden, insbesondere die Effekte verschiedener Wetterlagen und Lichtsituationen nachträglich in
den Film aufzunehmen.
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DE 199 62 533 A1 beschreibt
eine Einrichtung zur Prüfung
der Funktionsweise einer Abstandsregeleinrichtung eines Kraftfahrzeugs.
Diese ermöglicht
eine Bewertung der von der Abstandsregeleinrichtung ausgegebenen
Daten, ohne dass die Abstandsregeleinrichtung im Fahrzeug verbaut
ist.
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Aus
der
DE 100 47 082
A1 ist ein Simulationssystem für die Entwicklung eines automatischen Distanzregelungssystems
bekannt. Dieses umfasst mehrere Recheneinheiten, die im Zusammenspiel dazu
ausgebildet sind, reproduzierbare Situationen mit unterschiedlichen
Softwareversionen und Parametern beliebig oft zu überprüfen.
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Der
Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Funktionsprüfungsverfahren
anzugeben, das dem Fahrer eine realistischere Verkehrssituation,
die dem Systemtest zugrunde liegt, bietet, so dass die Funktion
des Fahrerassistenzsystems besser in Bezug auf reale Umgebungsbedingungen überprüft werden
kann.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass dem Fahrer während
der Fahrt eine in Abhängigkeit
eines oder mehrerer kontinuierlich erfasster, die Fahrzeugbewegung
beschreibender Fahrzeugparameter erzeugte und kontinuierlich angepasste
optische Simulationsdarstellung einer virtuellen Verkehrssituation
in sein zum Fahrzeugumfeld gerichtetes Blickfeld eingeblendet wird,
während
der Fahrer nach wie vor das reale Fahrzeugumfeld erfassen kann,
und dass zur jeweiligen Simulationsdarstellung ein das wenigstens
eine Sensorsignal in Abhängigkeit
von der simulierten Verkehrssituation simulierendes Sensorsignal
erzeugt wird, wobei das simulierte Sensorsignal einem den Betrieb
des Fahrerassistenzsystems steuernden Steuergerät gegeben wird, das das Fahrerassistenzsystem
gegebenenfalls in Betrieb setzt.
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Um
dem Fahrer im Testfahrzeug eine realistischere Verkehrssituation
im Fahrzeug als Basis für den
Funktionstest bieten zu können,
wird erfindungsgemäß die synthetische
Welt mit der realen Umwelt ”gekoppelt”. Das Fahrzeug
bewegt sich auf einer normalen Straße, gegebenenfalls einer Teststrecke,
der Fahrer nimmt beim normalen Fahrbetrieb die Umgebung wie üblich wahr.
Der umgebende Verkehr allerdings wird synthetisch über die
optische Simulationsdarstellung erzeugt und mit der realen Umgebung
im Fahrzeug ”überlagert”, wozu
die Simulationsdarstellung in das Blickfeld des Fahrers eingeblendet
wird. Dies kann beispielsweise durch Projizieren des Simulationsbilds
auf die Windschutzscheibe, durch die der Fahrer nach wie vor blicken
und die Umgebung erkennen kann, erfolgen oder aber in Verbindung
mit einer Visualisierungsbrille oder dergleichen, die halbdurchlässig ist
und nach wie vor das optische Erfassen der Fahrzeugumgebung ermöglicht,
gleichwohl aber in die Brille die Simulationsdarstellung eingeblendet
werden kann. Die Simulationsdarstellung selbst wird kontinuierlich
der realen Fahrzeugbewegung angepasst, wozu entsprechende Fahrzeugparameter
wie die Geschwindigkeit, die Quer- und Längsbeschleunigung sowie etwaige
Gierraten erfasst werden. Hierüber
kann also jede Fahrzeugbewegung wie auch die Fahrzeugrichtung erfasst
werden. Über
die hierüber
erfasste Fahrzeugbewegung wird kontinuierlich die Simulationsdarstellung
angepasst. Wird beispielsweise ein Notbremsassistenzsystem getestet,
so wird über
die erfasste Fahrzeugbewegung im Rahmen der Simulationsdarstellung die
schnelle Annäherung
des Testfahrzeugs an das simulierte vorausfahrende Fahrzeug simuliert
und entsprechend signalisiert, so dass sich für den Fahrer aufgrund der Simulationsdarstellungsüberlagerung rein
optisch tatsächlich
ein schnelles Auffahren ergibt.
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Die
jeweilige Simulationsdarstellung ist des weiteren Basis für die Erzeugung
eines simulierten Sensorsignals, das in Abhängigkeit von der simulierten
Verkehrssituation erzeugt wird. Nähert sich also das reale Fahrzeug
dem virtuel len vorausfahrenden Fahrzeug, wird über eine entsprechende Simulationseinrichtung
kontinuierlich in Abhängigkeit
der simulierten Verkehrssituation ein Sensorsignal erzeugt, das
dem entspricht, das ein realer Sensor bei Annäherung an ein reales vorausfahrendes
Fahrzeug erzeugen würde.
Dieses simulierte Sensorsignal wird dem den Betrieb des Fahrerassistenzsystems
steuernden Steuergerät
als Eingangssignal gegeben, das je nach Signalinhalt gegebenenfalls
das Fahrerassistenzsystem in Betrieb setzt, also beispielsweise
den Notbremsassistenten zuschaltet, wenn das Simulationssensorsignal
eine hinreichende Annäherung
an das vorausfahrende Fahrzeug angibt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bietet durch die Kopplung der realen Welt mit der virtuellen Verkehrssituation
im Sinne einer Augmented Reality den Vorteil, dass der Fahrer bei
der Beurteilung und Entwicklung von Umfeldbedingungen ausgehen kann,
die im Wesentlichen der Realität
entsprechen. Die reproduzierbare Wiederholung entsprechender Verkehrssituationen
ist im Gegensatz zu Erprobungsfahrten im normalen Straßenverkehr,
wo niemals reproduzierbare Szenarien vorkommen, ohne weiteres möglich. Kritische
Verkehrssituationen lassen sich aufgrund der Kombination der realen
Umwelt mit synthetisch erzeugten Verkehrsszenen beliebig oft und
ohne Gefahren für
andere Verkehrsteilnehmer erzeugen.
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Zur
Erzeugung der Simulationsdarstellung wird erfindungsgemäß die reale
Fahrzeugposition in Bezug auf die befahrene Fahrbahn kontinuierlich
bestimmt. Anhand der realen Fahrzeugposition wird somit die Simulationsdarstellung
und damit der eingeblendete Verkehr, also vorausfahrende oder entgegenkommende
oder überholende
Fahrzeuge etc., positionsbezogen errechnet, so dass sie korrekt
bezogen auf die reale Fahrzeugposition eingeblendet werden können. Die
Bestimmung der Fahrzeugposition kann dabei entweder anhand des oder
der Fahrzeugparameter selbst, also odometrisch erfolgen. Alternativ
kann dies auch unmittelbar anhand eines mittels einer das Fahrzeugumfeld
erfassenden Kamera aufgenommenen Bilds über eine entsprechende Bildanalyse
erfolgen. Wird das Simulationsverfahren zu einem bestimmten Zeitpunkt
angestoßen,
so kann ausgehend von der lokalen Fahrzeugstartposition im Anstoßzeitpunkt
entweder allein anhand der Fahrzeugparameter oder alternativ oder
zusätzlich
dazu anhand der Bildanalyse die Weiterbewegung des Fahrzeugs und
damit seine reale Position in Bezug auf die Ausgangs- oder Startposition
ermittelt werden. Die Positionsbestimmung über eine odometrische Parameterverarbeitung
ist bekannt, gleichermaßen
die Positionsbestimmung über
eine Bildanalyse in Verbindung mit entsprechenden Bildanalysealgorithmen.
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Der
oder die Fahrzeugparameter werden zweckmäßigerweise von einem fahrzeugseitig
integrierten Datenbus, insbesondere dem CAN-Bus (CAN = Controller
Area Network), abgegriffen, wobei als Fahrzeugparameter wie beschrieben
zumindest die Geschwindigkeit, die Querbeschleunigung, die Längsbeschleunigung
und/oder die Gierrate aufgenommen werden.
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Wie
beschrieben erfolgt die kontinuierliche Erzeugung bzw. Anpassung
der Verkehrssimulationsdarstellung auf Basis der die Fahrzeugbewegung beschreibenden
Fahrzeugparameter. Hierüber
wird letztlich die reale Fahrzeugposition bestimmt und es ermöglicht,
den vorausfahrenden Verkehr etc. exakt in Bezug auf die reale Fahrzeugposition
einblenden zu können,
so dass ein vorausfahrendes virtuelles Fahrzeug auch tatsächlich als
vor dem Testfahrzeug vorausfahrend dargestellt wird, und nicht versetzt
dazu, beispielsweise auf einer Nachbarspur oder nahe dem Straßengraben,
so dass also letztlich die simulierte Darstellung und die reale
Fahrzeugumgebung nicht zusammenfallen würden. Diese exakte Darstellung
ist ohne weiteres möglich,
wenn die erfassten Fahrzeugparameter sehr exakt sind, so dass auf
Basis dieser Parameter die Fahrzeugposition sehr genau bestimmt
werden kann. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Ergeben sich
aber Ungenauigkeiten, wird die reale Fahrzeugposition über die
abweichenden Parameter falsch bestimmt. Entspricht beispielsweise
das aufgenommene Geschwindigkeitssignal nicht der realen Geschwindigkeit,
ist das Geschwindigkeitssignal beispielsweise niedriger als die
reale Geschwindigkeit, so würde
die darauf basierend ermittelte Fahrzeug-Ist-Position als lokal
gesehen hinter der realen Fahrzeugposition, die aufgrund der realen
höheren
Geschwindigkeit eingenommen wird, liegend bestimmt werden. Dies
würde dazu
führen, dass
das Simulationsbild in Bezug auf eine nicht reale Fahrzeugposition
ermittelt und eingeblendet wird. Ein vorausfahrendes Kraftfahrzeug
würde also
beispielsweise im Falle einer Kurvenfahrt des Testfahrzeugs zum
einen an einer falschen Position eingeblendet (das Testfahrzeug
befindet sich real an einem anderen Kurvenpunkt als ermittelt),
im Übrigen
würde auch
der Abstand zwischen realem Fahrzeug und virtuellem Fahrzeug nicht
korrekt sein.
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Um
dem zu begegnen ist im Rahmen einer besonders vorteilhaften Erfindungsweiterbildung
vorgesehen, dass der oder die über
fahrzeugseitig integrierte Erfassungsmittel erfassten Fahrzeugparameter
mit kontinuierlich erfassten Informationen, die mittels eines GPS-
oder DGPS-Systems (GPS = Global Positioning System, deutsch: Globales
Positionsbestimmungssystem; DGPS = Differential Global Positioning
System, deutsch: Globales Positionsbestimmungssystem mit Differentialsignal)
ermittelt werden, und/oder kontinuierlich erfassten Informationen,
die anhand von mittels einer Kamera aufgenommenen und das Fahrzeugumfeld
zeigenden Kamerabildern ermittelt werden, abgeglichen werden. Die über das GPS-
oder DGPS-System erfassten Informationen liefern äußerst exakte
Positionskoordinaten über
den Standort des realen Fahrzeugs. Aus diesen Informationen ermittelt über die
Zeit kann beispielsweise die exakte Geschwindigkeit ermittelt werden
und der über
den CAN-Bus abgegriffene Geschwindigkeitswert gegebenenfalls korrigiert
werden, sofern sich eine Differenz ergibt. Entsprechendes kann gleichermaßen im Hinblick
auf Quer- und Längsbeschleunigungswerte
etc. erfolgen. Es erfolgt also über
die GPS- oder DGPS-Informationen eine Verifizierung oder Überprüfung der
aufgenommenen Ist-Fahrzeugparameter und gegebenenfalls eine Korrektur. Entsprechendes
kann alternativ oder zusätzlich
auf Basis einer Bildanalyse des Fahrzeugvorfelds erfolgen. Über die
Bildanalyse kann beispielsweise die Lage des Fahrzeugs in Bezug
auf die Fahrspur ermittelt werden, wenn die fahrspurbegrenzenden
Seitenlinien im Bild erfasst werden. Auch diese Information kann
zum Parameterabgleich herangezogen werden. Sofern auf der Fahrbahn,
beispielsweise einer Teststrecke, auch entsprechende Fahrtstreckenmarkierungen
vorhanden sind, die im Kamerabild erfasst werden können, kann
aus dem Kamerabild auch die reale Geschwindigkeit durch entsprechende
Analyse von Folgebildern ermittelt werden etc.
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In
jedem Fall ist anhand dieser Informationen eine Verifizierung der über die
Erfassungsmittel fahrzeugseitig aufgenommenen Fahrzeugparameter möglich, so
dass ein Abgleich der der Simulationsdarstellung und der Positionen
des simulierten Verkehrs zugrunde liegenden Fahrzeugposition mit
der realen Fahrzeugposition möglich
ist. Damit kann der simulierte Verkehr höchst positionsgenau in Bezug auf
die reale Fahrzeugposition eingeblendet werden.
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Wie
beschrieben wird ausgehend von der Verkehrssimulationsdarstellung
das ”reale” Sensorsignal
in Bezug auf die Fahrzeugposition simuliert und dem Steuergerät des Assistenzsystems
gegeben. Dieses simulierte Sensorsignal ist das die mögliche Zuschaltung
des Systems, also beispielsweise der Bremsen im Falle eines Notbremsassistenten
oder dergleichen, auslösende
Moment. Hierzu ist es erforderlich, dass das simulierte Sensorsignal
so exakt wie möglich
dem realen Sensorsignal, das vom realen Fahrzeug in der momentanen
Fahrsituation erzeugt werden würde,
entspricht. Um dem gerecht zu werden ist zweckmäßigerweise vorgesehen, bei
der Erzeugung des Sensorsignals mittels einer Simulationseinrichtung,
also einem entsprechenden Sensorsimulationsmodell, die momentane
Längs-
und Querneigung zu berücksichtigen.
Wurde beispielsweise aufgrund eines ”zu engen Auffahrens” auf das
virtuelle vorausfahrende Fahrzeug das Assistenzsystem in Betrieb
gesetzt und wurden die Bremsen betätigt, so taucht das Fahrzeug
aufgrund der Bremsverzögerung
frontseitig ab, es kommt zu einem Nicken. Dies führt dazu, dass die frontseitig
integrierten Sensoren eine andere Position bezüglich des ”virtuellen” vorausfahrenden Fahrzeugs
einnehmen, das heißt,
die Radarkeulen würden
real einen etwas anderen Bereich erfassen, so dass es mithin gegebenenfalls
zu einer Signalveränderung
kommt. Diese sich real einstellende Fahrzeugstellungsänderung
wird beispielsweise bei Erfassen des Nickwinkels über einen
geeigneten Nickwinkelsensor erkannt und kann im Rahmen der Sensorsignalsimulation
berücksichtigt
werden. Ähnliches
gilt im Falle einer Kurvenfahrt, bei der sich je nach Krümmungsrichtung
der Kurve das Fahrzeug zur rechten oder linken Seite etwas aufstellt,
so dass sich auch in diesem Fall die Relativposition der Sensoren
zum virtuellen voraus fahrenden Fahrzeug ändert. Entsprechendes gilt
auch im Falle einer Fahrzeugbeschleunigung, hier stellt sich der
umgekehrte Fall wie beim Bremsen ein.
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Einen
Einfluss auf das reale Sensorsignal hat aber nicht nur die reale
Fahrzeugstellung, sondern auch im abgetasteten Erfassungsbereich
des oder der Sensoren befindliche Gegenstände wie beispielsweise Verkehrszeichen,
Leitplanken, Bäume etc.
Infolgedessen ist auch eine Berücksichtigung derartiger
in der Fahrzeugumgebung befindlicher Gegenstände über das Sensorsignalsimulationsmodell
vorteilhaft. Dies kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Zum
einen können
die Gegenstände
anhand eines mit einer Kamera kontinuierlich aufgenommenen Bilds
der Fahrzeugumgebung kontinuierlich über einen entsprechenden Bildanalysealgorithmus
ermittelt werden, so dass deren Vorhandensein und Lage bezüglich der
Fahrzeug-Ist-Position bestimmt werden kann und diese Gegenstände im Rahmen
der Sensorsignalsimulation berücksichtigt
werden können.
Alternativ ist es denkbar, bei Befahren einer von der Fahrbahnumgebung
bekannten Fahrstrecke wie beispielsweise einem stets gleichen Testgelände entsprechende
Gegenstände
in der Simulationseinrichtung, also im Sensorsignalsimulationsmodell,
fest zu implementieren. Nachdem stets die reale Fahrzeugposition
bekannt ist, kann zu jeder Zeit auf die entsprechende ”Umgebungsinformation” zurückgegriffen
werden.
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Wie
beschrieben kann die Simulationsdarstellung entweder über eine
vom Fahrer getragene Visualisierungsbrille, in die die simulierte
Verkehrsdarstellung eingeblendet werden kann, oder durch Projektion
auf die Frontscheibe oder gegebenenfalls wenigstens eine Seitenscheibe über eine
geeignete Projektionseinrichtung, bevorzugt einen Beamer, erfolgen.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn
kontinuierlich der Blickwinkel und/oder die Kopflage des Fahrers erfasst
wird und die Wiedergabe der Simulationsdarstellung in Abhängigkeit
des Blickwinkels, der auch aus der Kopflage bestimmt werden kann,
erfolgt. Das heißt,
die eingeblendete Simulationsdarstellung wird der tatsächlichen
Fahrersicht exakt angepasst. Der Blickwinkel kann beispielsweise über ein
Eye-Tracking (deutsch: Blickbewegungsregistrierung), bei dem die
Augenbewegung über
eine entsprechende Erfassungseinrichtung, z. B. eine Kamera, aufgenommen
und bestimmt wird, oder über
eine Kamera, die den Kopfbereich des Fahrers aufnimmt und auswertet,
oder über
Positionssensoren an der Brille oder dergleichen bestimmt werden,
wobei die entsprechenden Daten der Simulationseinrichtung, über die
die Simulationsdarstellung des Verkehrs erzeugt wird, gegeben werden.
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Neben
dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft
die Erfindung ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines Funktionstests
eines in einem Kraftfahrzeug integrierten sensorbasierten Fahrerassistenzsystems.
Diese Vorrichtung umfasst eine erste Simulationseinrichtung zur
Erzeugung einer kontinuierlich angepassten optischen Simulationsdarstellung
einer virtuellen Verkehrssituation in Abhängigkeit eines oder mehrerer
kontinuierlich erfasster, die Fahrzeugbewegung beschreibender Fahrzeugparameter,
eine Wiedergabeeinrichtung zum kontinuierlichen Einblenden der Simulationsdarstellung
in das zum Fahrzeugumfeld gerichtete Blickfeld des Fahrers, während der
Fahrer nach wie vor das reale Fahrzeugumfeld erfassen kann, sowie
eine zweite Simulationseinrichtung zum kontinuierlichen Erzeugen
eines das wenigstens eine Sensorsignal in Abhängigkeit von der simulierten
Verkehrssituation simulierenden Sensorsignals, welches simulierte
Sensorsignal dem den Betrieb des Fahrerassistenzsystems steuernden
Steuergerät
gegeben wird, über das
das Fahrerassistenzsystem gegebenenfalls in Betrieb setzbar ist.
Die erste und die zweite Simulationseinrichtung können als
softwarebasierte Simulationsmodelle auf einer geeigneten Recheneinrichtung, die
entweder während
der Testfahrt im Fahrzeug selbst angeordnet ist oder extern dazu
an einer Beobachterposition angeordnet ist und über Datenfunk mit entsprechenden
Komponenten des Fahrzeugs kommuniziert, implementiert sein.
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Um
den virtuellen Verkehr exakt bezogen auf die reale Fahrzeugposition
einblenden zu können,
ist eine Positionsbestimmungseinrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung
der realen Fahrzeugposition in Bezug auf die befahrene Fahrbahn
vorgesehen und ferner die erste Simulationseinrichtung zur Erzeugung
der Simulationsdarstellung unter Berücksichtigung der ihr kontinuierlich
mitgeteilten Fahrzeugposition ausgebildet. Die Positionsbestimmungseinrichtung
zur Fahrzeugpositionsbestimmung ermittelt diese entweder anhand
des oder der Fahrzeugparameter odometrisch und/oder unmittelbar
anhand eines mittels einer das Fahrzeugumfeld erfassenden Kamera
aufgenommenen Bilds. Zur Erfassung der Fahrzeugparameter, insbesondere
der Geschwindigkeit, der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung
und/oder der Gierrate, kommuniziert die Positionsbestimmungseinrichtung
zur Positionsbestimmung zweckmäßigerweise
mit einem Fahrzeugbus, an dem die entsprechenden Parameter Hegen,
insbesondere dem CAN-Bus.
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Weiterhin
ist die Positionsbestimmungseinrichtung erfindungsgemäß zum Abgleich
des oder der über
fahrzeugseitig integrierte Erfassungsmittel erfassten Fahrzeugparameter
mit kontinuierlich erfassten Informationen, die mittels eines GPS-
oder DGPS-Systems ermittelt werden, und/oder kontinu ierlich erfassten
Informationen, die anhand eines von einer Kamera aufgenommenen und
das Fahrzeugumfeld zeigenden Kamerabilds ermittelt werden, ausgebildet. Über die
Positionsbestimmungseinrichtung erfolgt also in Verbindung mit den
die reale Position in Form entsprechender Raumkoordinaten wiedergebenden
GPS- oder DGPS-Informationen ein exakter Parameterabgleich. Dies
ist auch wie beschrieben anhand oder in Verbindung mit aus einer Bildanalyse
gewonnenen Informationen möglich.
Zur Erfassung der GPS- oder DGPS-Daten weist das Fahrzeug natürlich eine
entsprechende Erfassungseinrichtung, in der Regel ein ohnehin fahrzeugseitig integriertes
Navigationssystem, auf.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Simulationseinrichtung
mit wenigstens einem die Längs-
oder Querneigung des Fahrzeugs zur Fahrbahn erfassenden Sensor direkt oder
indirekt kommuniziert und zum Erzeugen des simulierten Sensorsignals
unter Berücksichtigung
der Sensorinformation ausgebildet ist. Über den Sensor kann beispielsweise
ein Nicken des Fahrzeugs bei einer Bremsverzögerung oder ein Aufstellen
bei einer Beschleunigung oder einer Kurvenfahrt erfasst werden,
wobei sich in diesen Fahrsituationen die jeweilige Position des
oder der realen Sensoren im Raum ändert, was mitunter zu einer Änderung
des realen Sensorsignals führen
würde,
die im Rahmen der Signalsimulation berücksichtigt werden kann.
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Des
Weiteren kann die zweite Simulationseinrichtung mit einer Bildverarbeitungseinrichtung,
die in einem mittels einer Kamera aufgenommenen Bild definierte
Gegenstände
analysiert, die das reale Sensorsignal beeinflussen können, kommunizieren
und zur Erzeugung des simulierten Sensorsignals unter Berücksichtigung
der gegenstandsbezogenen Informationen ausgebildet sein. Wird beispielsweise
im Rahmen der Kamerabildanalyse eine Leitplanke oder ein Verkehrszeichen
oder ähnliches im
realen Fahrzeugumfeld definiert, kann diese in Bezug auf die reale
Fahrzeugposition ermittelbare Information der zweiten Simulationseinrichtung
gegeben werden, die die hieraus resultierende mögliche Sensorsignalbeeinflussung
berücksichtigt.
Alternativ dazu kann bei Befahren einer bekannten Fahrbahnumgebung
die Lage und Art entsprechender Gegenstände fest in der Simulationseinrichtung
bzw. im Simulationsmodell implementiert sein, so dass bei bekannter
Ist-Fahrzeugposition auf die jeweiligen relevanten Umgebungsinformationen
zurückgegriffen werden
kann.
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Die
Wiedergabeeinrichtung selbst kann entweder eine vom Fahrer zu tragende
Visualisierungsbrille oder dergleichen oder eine Projektionseinrichtung
zum Projizieren des Simulationsbilds auf die Frontscheibe und gegebenenfalls
wenigstens eine Seitenscheibe und/oder ein Rück- oder Außenspiegel sein, wobei dies
zweckmäßigerweise
in Abhängigkeit
des Blickwinkels des Fahrers erfolgen sollte. Hierzu ist eine Einrichtung
zur kontinuierlichen Erfassung des Blickwinkels und/oder der Kopflage
des Fahrers vorgesehen, die mit der ersten Simulationseinrichtung
und/oder der Wiedergabeeinrichtung, je nachdem wo die Anpassung
der Simulationsdarstellung an den Blickwinkel erfolgt, kommuniziert.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
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2 ein
Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrensablaufs.
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1 zeigt
ein Kraftfahrzeug 1, in dem wie in der Prinzipskizze herausgezogen
dargestellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zur
Durchführung
eines Funktionstests eines Fahrerassistenzsystems, im Folgenden ”FAS” genannt,
integriert ist. Diese umfasst zum einen eine Recheneinrichtung 3,
umfassend eine erste Simulationseinrichtung 4 zum Erzeugen
einer kontinuierlich angepassten optischen Simulationsdarstellung
einer virtuellen Verkehrssituation, eine zweite Simulationseinrichtung 5 zum
kontinuierlichen Erzeugen wenigstens eines simulierten Sensorsignals, über welches
der Betrieb des FAS gesteuert wird, sowie eine Positionsbestimmungseinrichtung 6 zur kontinuierlichen
Bestimmung der realen Fahrzeugposition. Die beiden Simulationseinrichtungen 4, 5 sind
in Form geeigneter softwarebasierter Simulationsmodelle implementiert,
die Positionsbestimmungseinrichtung 6 ist ebenfalls in
Form eines geeigneten Rechenmoduls implementiert.
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Die
Recheneinrichtung 3 kommuniziert mit einem Fahrzeugbus 7,
hier bevorzugt dem CAN-Bus. Über
diesen werden von der Recheneinrichtung 3 verschiedene
Fahrzeugparameter abgegriffen, die über entsprechende Erfassungsmittel
in Form von Sensoren oder dergleichen fahrzeugseitig erfasst und
auf den Fahrzeugbus 7 gegeben werden. Dies sind zum einen
die Geschwindigkeit v, zum anderen die Längs- und Querbeschleunigungen,
dargestellt durch das Symbol a, ferner die Gierrate, dargestellt durch ”Gier”, sowie
die Längs-
und/oder Querneigung ”L/Q” des Fahrzeugs,
die sich bei einer Bremsverzögerung
oder starken Beschleunigung durch ein Nicken oder frontseitiges
Anheben oder eine Kippung um die Längsachse bei einer Kurvenfahrt
einstellen. Diese Fahrzeugparameter werden von unterschiedlichen
Komponenten der Recheneinrichtung wie nachfolgend noch beschrieben
wird verarbeitet.
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Weiterhin
kommuniziert die Recheneinrichtung 3 mit einer Erfassungseinrichtung 8,
die GPS- oder DGPS-Positionskoordinaten ermittelt. Solche Einrichtungen
sind hinreichend bekannt und kommen bei Navigationssystemen umfangreich
zum Einsatz. Die hierüber
bestimmten sehr exakten realen Fahrzeugpositionsdaten in Form der
entsprechenden Raumkoordinaten werden der Recheneinrichtung 3 gegeben.
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Ferner
ist eine Kamera 9 mit nachgeschalteter Bildverarbeitungseinrichtung 10 gegeben,
die ebenfalls mit der Recheneinrichtung 3 kommuniziert. Auch
hierüber
werden Informationen ermittelt, die der realen Positionsbestimmung
dienen, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
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Weiterhin
kommuniziert die Recheneinrichtung 3 im gezeigten Ausführungsbeispiel
mit einer Bilderzeugungseinrichtung 11, die in einer Visualisierungsbrille 12,
die vom Fahrer getragen wird, integriert ist, und über die
die von der ersten Simulationseinrichtung 4 erzeugte Verkehrssimulationsdarstellung
dem Fahrer eingeblendet werden kann. Dieser kann durch die Brille
das Fahrzeugumfeld nach wie vor betrachten, sieht jedoch den eingeblendeten virtuellen
Verkehr. Weiterhin ist eine Projektionseinrichtung 13 vorgesehen,
die ebenfalls mit der Recheneinrichtung 3 kommuniziert
und über
die die Simulationsdarstellung des virtuellen Verkehrs auf die Frontscheibe 14 des
Fahrzeugs projiziert werden kann, wo, wie gezeigt ist, ein virtuelles
Fahrzeug 15 dem Fahrer, der nach wie vor durch die Frontscheibe 14 blicken
und die Umgebung erkennen kann, dargestellt wird. Die Recheneinrichtung 3 kommuniziert entweder
mit der Visualisierungsbrille 12 oder mit der Projektionseinrichtung 13,
je nachdem, welches System zur Visualisierung verwendet wird.
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Weiterhin
ist eine zweite Kamera oder allgemein eine Erfassungseinrichtung 16 mit
zugeordneter Verarbeitungseinrichtung 17 vorgesehen, über die durch
Erfassung der Bewegung der Augen 18 des Fahrers kontinuierlich
sein Blickwinkel bestimmt wird. Die entsprechenden Informationen
werden ebenfalls der Recheneinrichtung 3 gegeben und dort
zur blickwinkelbezogenen Erzeugung der Verkehrssimulationsdarstellung
oder der entsprechenden Wiedergabe verarbeitet.
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Die
Positionsbestimmungseinrichtung 6 zur Bestimmung der realen
Fahrzeugposition ermittelt diese anhand der die Fahrzeugbewegung
beschreibenden Parameter, hier bevorzugt der Geschwindigkeit v,
der Längs-
und Querbeschleunigung a sowie der Gierrate. Diese über entsprechende
Sensoren aufgenommenen Parameter werden über Informationen, die über die
GPS- oder DGPS-Einrichtung 8 hinsichtlich der realen Fahrzeugposition
ermittelt werden, verifiziert. Aus diesen GPS- oder DGPS-Daten kann
die genaue Geschwindigkeit, Beschleunigung und Gierrate rechnerisch
ermittelt werden und auf diese Weise überprüft werden, inwieweit die über die Fahrzeugsensorik
aufgenommenen Fahrzeugparameter exakt sind. Es ist also ein Abgleich
der Parameter möglich.
Auf diese Weise kann über
die Positionsbestimmungseinrichtung 6 die reale Fahrzeugposition
absolut exakt bestimmt werden. In entsprechender Weise können alternativ
oder zusätzlich die sensormäßig aufgenommenen
Fahrzeugparameter auch über
entsprechende Informationen, die aus der Bildaufnahme über die
Bildverarbeitungseinrichtung 10 zur Fahrzeug-Ist-Position
bestimmt werden, verifiziert und abgeglichen werden.
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Diese
Fahrzeugposition wie auch die gegebenenfalls verifizierten bzw.
korrigierten Fahrzeugparameter sind weiterhin Grundlage für die Erzeugung einer
Verkehrssimulationsdarstellung über
die erste Simulationseinrichtung 4. Diese Simulationsdarstellung
wird kontinuierlich in Abhängigkeit
der Fahrzeugbewegung, also basierend auf den Fahrzeugparametern,
errechnet und angepasst.
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Die
zweite Simulationseinrichtung 5 dient zum Erzeugen eines
simulierten Sensorsignals, das dem Signal entspricht, das ein realer,
stoßstangenseitig
integrierter Radarsensor oder dergleichen, der ein reales vorausfahrendes
Fahrzeug erfassen würde,
erzeugen würde.
Dieses Sensorsignal wird in Bezug auf das über die Simulationseinrichtung 4 erzeugte
virtuelle vorausfahrende Fahrzeug, beispielsweise das gezeigte Fahrzeug 15,
ermittelt, das heißt, die
zweite Simulationseinrichtung 5 erhält entsprechende Informationen
von der ersten Simulationseinrichtung 4 über die
Position eines virtuellen Fahrzeugs in Bezug auf die reale Fahrzeugposition.
Um das Sensorsignal möglichst
exakt ermitteln zu können,
damit es weitestgehend dem realen Signal entsprich, das gegebenenfalls
durch Umgebungseinflüsse
beeinflusst ist, wird zum einen über
den Fahrzeugbus 7 auf Informationen über die Fahrzeugstellung, nämlich die
Längs-
oder Querneigung ”L/Q”, zurückgegriffen
und dies berücksichtigt. Über die
Kamera 9 wird wie beschrieben das Fahrzeugvorfeld aufgenommen.
Wird über
die Bildverarbeitungseinrichtung 10 eine Analyse möglicher
im Bild befindlicher Gegenstände,
die die Abtastung über
den Sensor oder damit das Sensorsignal selbst beeinflussen können, vorgenommen
und werden solche Gegenstände
wie beispielsweise Leitplanken, Verkehrsschilder oder dergleichen
erfasst, können
diese – nachdem
ihre lokale Position bekannt ist – von der zweiten Simulationseinrichtung
ebenfalls berücksichtigt
werden und das simulierte Sen sorsignal entsprechend angepasst werden,
damit den realen Gegebenheiten weitestgehend Rechnung getragen werden
kann.
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Wie
beschrieben wird die kontinuierlich angepasste Verkehrssimulationsdarstellung
dem Fahrer eingeblendet. Zu jeder aktuell ermittelten Verkehrssimulationsdarstellung
wird das aktuelle simulierte Sensorsignal ermittelt und dem Steuergerät 19 des
FAS gegeben. Beschreibt das Sensorsignal einen Zustand, der ein
Eingreifen des FAS erfordert, steuert das Steuergerät die entsprechenden
fahrzeugseitig vorhandenen realen Systemkomponenten wie beispielsweise
die Bremsen zur Durchführung
einer Notbremsung oder dergleichen an. Eine entsprechende Änderung
der Fahrzeugbewegung wird unmittelbar über die kontinuierlich aufgenommenen Fahrzeugparameter,
nämlich
die Geschwindigkeit, Längs-
oder Querbeschleunigung sowie die Gierrate, erfasst. Entsprechendes
gilt auch für
etwaige Längs- und
Querneigungen, z. B. den Nickwinkel im Falle einer Bremsung. Diese
werden unmittelbar wieder auf die Recheneinrichtung 3 rückgekoppelt
und über
die parallele GPS- oder DGPS-Datenerfassung oder die Bildanalyse
seitens der Bildverarbeitungseinrichtung 10 verifiziert
oder abgeglichen. Auf Basis der geänderten Fahrzeugparameter erfolgt
dann die entsprechende Anpassung der Simulationsdarstellung wie auch
die erneute Erzeugung eines simulierten Sensorsignals etc. Es ist
also ein geschlossener Kommunikationskreis realisiert, bestehend
aus einer virtuellen Verkehrssituationserzeugung, einer virtuellen Sensorik
sowie einem real betriebenen Fahrerassistenzsystem.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm, das den Ablauf und die Abhängigkeiten innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens
beschreibt. Auf Basis der Informationen über den CAN-Bus, also der Fahrzeugparameter
(Feld a), der Informationen über
das GPS- oder DGPS-System zur realen Fahrzeugposition (Feld b) und/oder
der Informationen über
die Bildverarbeitung zur Fahrzeugposition (Feld c) wird im Feld
d die reale Fahrzeugposition sowie der Fahrzeugeigenzustand auf
Basis der hierüber
gegebenenfalls verifizierten oder abgeglichenen CAN-Fahrzeugparameter
bestimmt. Anschließend
erfolgt, siehe Feld e, die Verkehrssimulation, also die Erzeugung der
Simulationsdarstellung über
die erste Simulationseinrichtung, sowie, siehe Feld f, die Bestimmung der
Positionen der virtuellen Verkehrsteilnehmer wie auch des eigenen
Fahrzeugs bzw. deren Relation zueinander. Die Simulationsdarstellung
bzw. die virtuellen Verkehrsteilnehmer werden gemäß Feld g
visualisiert, was entweder über
ein Head-Mounted-Display (Feld h), also die Visualisierungsbrille 12,
oder über eine
großflächige Projektion
(Feld i) über
die Projektionseinrichtung 13 erfolgen kann. Die großflächige Projektion
kann nicht nur auf der Windschutzscheibe, sondern optional auch
auf Seitenscheiben oder Rück-
oder Seitenspiegeln erfolgen, siehe Schritt j. Auch eine Darstellung
an einem größeren LCD-Bildschirm
ist denkbar. Die Visualisierung wird, siehe Feld k, der Kopf- und/oder
Augenposition, also blickwinkelspezifisch, angepasst.
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Neben
der Visualisierung gemäß Feld g
werden parallel dazu in der zweiten Simulationseinrichtung 5 unter
Rückgriff
auf dort abgelegte Simulationsmodelle bzw. Sensormodelle der fahrzeugseitigen spezifischen
Fahrerassistenzsysteme, auf die im Feld I zurückgegriffen wird, (in der Regel
sind fahrzeugseitig von Haus aus Sensoren, die zu bestimmten Fahrerassistenzsystemen
gehören,
wie beispielsweise die Radarsensoren eines ACC-Systems, vorhanden)
Sensorsignale, siehe Feld m, simuliert, die den realen Sensorsignalen
weitestgehend entsprechen, wozu beispielsweise auf Informationen über die
Bildverarbeitung gemäß Feld c
im Hinblick auf etwaige die Signalerzeugung im Realfall beeinflussende,
im Fahrzeugumfeld befindliche Gegenstände zurückgegriffen wird. Die simulierten
Sensorsignale werden, siehe Schritt n, dem Steuergerät des Fahrerassistenzsystems
gegeben, das gegebenenfalls eine Fahrzeugreaktion durch Inbetriebnahme des
Bremssystems oder dergleichen einleitet, siehe Feld o, wobei diese
Fahrzeugreaktion über
entsprechende Informationen, wie in den Feldern a, b, c dargestellt,
wiederum erfasst wird, und entsprechend in die Bestimmung der neuen
Fahrzeugpositionen und des Fahrzeugeigenzustands im Feld d eingeht.
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Um
eine Testaussage treffen zu können,
hat zum einen der Fahrer selbst die Möglichkeit, in Verbindung mit
der mit der realen Umwelt gekoppelten virtuellen Visualisierung
zu prüfen,
ob das Fahrerassistenzsystem bezogen auf die visualisierte Verkehrssituation
richtig reagiert hat. Darüber
hinaus werden die visualisierten Darstellungen oder Informationen,
die mit einem entsprechenden Zeitstempel versehen sind, in einer
geeigneten Speichereinrichtung seitens der Recheneinrichtung 3 abgespeichert. Entsprechend
werden Informationen oder Signale, die das Steuergerät 19 des
Fahrerassistenzsystems an entsprechende reale Systemkomponenten
wie Bremsen oder dergleichen ausgibt, mit demselben Zeitstempel
versehen und in der Recheneinrichtung 3 abgelegt. Auf diese
Weise ergibt sich eine Zeitkorrelation zwischen den verschiedenen
Daten oder Informationen, auf Basis welcher nachfolgend die rechnerische
Funktionsauswertung erfolgen kann.