DE102022212898A1 - Sensor device and method for detecting objects on a roadway of a vehicle - Google Patents

Sensor device and method for detecting objects on a roadway of a vehicle Download PDF

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Benjamin Sick
Michael Walter
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (20) zum Erkennen von Objekten (5) auf einer Fahrbahn (2) eines Fahrzeugs (1) mit: einer Eingangsschnittstelle (21) zum Empfangen eines Sensorsignals eines Lidar-Sensors (3), wobei das Sensorsignal Informationen zu Reflektionen von Laserstrahlen (4) des Lidar-Sensors (3) an angestrahlten Objekten (5) in einer Umgebung des Fahrzeugs (1) umfasst; einer Akkumulationseinheit (22) zum Abspeichern von Positionen der Reflektionen als Datenpunktwolke (7) und zum Akkumulieren von Teilmengen der Reflektionen zu Lidar-Ringen; einer Recheneinheit (23) zum Anpassen von Parametern eines lokalen Fahrbahnmodells in einem Nahbereich des Fahrzeugs (1) und eines globalen Fahrbahnmodells in einem Fernbereich des Fahrzeugs (1) anhand benachbarter Lidar-Ringe und zum darauf basierenden Erzeugen einer Fahrbahnebene (12); einer Filtereinheit (26) zum Filtern von Datenpunkten (6) der Datenpunktwolke (7) mit einem Mindestabstand (10) zur Fahrbahnebene (12) abschnittsweise entlang der Fahrbahnebene (12), wobei jeweils ein gefilterter Abschnitt einen Filterfaltungswert (13) aufweist; einer Detektionseinheit (24) zum Detektieren von Objekten (5) auf der Fahrbahn (2) des Fahrzeugs (1) basierend auf dem Filterfaltungswert (13); und einer Ausgabeeinheit (25) zum Ausgeben eines Ausgabesignals mit Informationen zu den detektierten Objekten (5). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren und ein System (19) zum Erkennen von Objekten (5) auf einer Fahrbahn (2) eines Fahrzeugs (1).

Figure DE102022212898A1_0000
The invention relates to a sensor device (20) for detecting objects (5) on a roadway (2) of a vehicle (1), comprising: an input interface (21) for receiving a sensor signal from a lidar sensor (3), the sensor signal comprising information on reflections of laser beams (4) from the lidar sensor (3) on illuminated objects (5) in an environment of the vehicle (1); an accumulation unit (22) for storing positions of the reflections as a data point cloud (7) and for accumulating subsets of the reflections to form lidar rings; a computing unit (23) for adapting parameters of a local roadway model in a near area of the vehicle (1) and a global roadway model in a far area of the vehicle (1) using adjacent lidar rings and for generating a roadway plane (12) based thereon; a filter unit (26) for filtering data points (6) of the data point cloud (7) with a minimum distance (10) to the road surface (12) in sections along the road surface (12), wherein each filtered section has a filter convolution value (13); a detection unit (24) for detecting objects (5) on the road surface (2) of the vehicle (1) based on the filter convolution value (13); and an output unit (25) for outputting an output signal with information about the detected objects (5). The invention further relates to a method and a system (19) for detecting objects (5) on a road surface (2) of a vehicle (1).
Figure DE102022212898A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Erkennen von Objekten auf einer Fahrbahn eines Fahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren und ein System zum Erkennen von Objekten auf einer Fahrbahn eines Fahrzeugs sowie ein Computerprogrammprodukt.The present invention relates to a sensor device for detecting objects on a roadway of a vehicle. The present invention further relates to a method and a system for detecting objects on a roadway of a vehicle and to a computer program product.

Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl von Sensoren, die dem Fahrer Informationen zur Verfügung stellen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Über Sensoren werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden.Modern vehicles (cars, vans, trucks, motorcycles, etc.) have a large number of sensors that provide the driver with information and control individual functions of the vehicle partially or fully automatically. Sensors record the vehicle's surroundings and other road users. Based on the recorded data, a model of the vehicle's environment can be created and changes in this vehicle environment can be responded to.

Ein wichtiges Sensorprinzip für die Erfassung der Umgebung ist dabei die Lidartechnik (light detection and ranging). Ein Lidar-Sensor basiert auf der Aussendung von Lichtsignalen und der Detektion des reflektierten Lichts. Mittels einer Laufzeitmessung kann ein Abstand zum Ort der Reflektion berechnet werden. Zudem ist die Ermittlung einer Relativgeschwindigkeit möglich. Hierbei können sowohl unmodulierte Pulse als auch frequenzmodulierte Signale (Chirps) verwendet werden (Frequency-Modulated-Continuous-Wave-Lidar, FMCW-Lidar). Durch eine Auswertung der empfangenen Reflektionen kann eine Detektion eines Ziels erfolgen. Hinsichtlich der technischen Realisierung des Lidar-Sensors wird zwischen scannenden und nichtscannenden Systemen unterschieden. Ein scannendes System basiert dabei zumeist auf Mikrospiegeln und einer Abtastung der Umgebung mit einem Lichtspot, wobei man von einem koaxialen System spricht, wenn der gesendete und empfangene Lichtpuls über denselben Mikrospiegel abgelenkt werden. Bei nichtscannenden Systemen sind mehrere Sende- und Empfangselemente statisch nebeneinanderliegend angeordnet (insb. sog. Focal Plane Array-Anordnung). Die ermittelten Abstände und deren Positionen werden oft in Form einer sogenannten Datenpunktwolke gespeichert, die weiterführende Analysen und einen Rückschluss auf Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs erlaubt.An important sensor principle for detecting the environment is lidar technology (light detection and ranging). A lidar sensor is based on the transmission of light signals and the detection of the reflected light. A distance to the location of the reflection can be calculated using a time-of-flight measurement. It is also possible to determine a relative speed. Both unmodulated pulses and frequency-modulated signals (chirps) can be used here (frequency-modulated continuous wave lidar, FMCW lidar). A target can be detected by evaluating the received reflections. With regard to the technical implementation of the lidar sensor, a distinction is made between scanning and non-scanning systems. A scanning system is usually based on micromirrors and scanning the environment with a light spot, whereby a coaxial system is referred to when the transmitted and received light pulses are deflected by the same micromirror. In non-scanning systems, several transmitting and receiving elements are arranged statically next to each other (especially a so-called focal plane array arrangement). The determined distances and their positions are often stored in the form of a so-called data point cloud, which allows further analyses and conclusions to be drawn about objects in the vehicle's surroundings.

Eine relevante Funktion eines Lidar-Sensors im Fahrzeugumfeld liegt in der Detektion von Hindernissen auf der Fahrbahn, beispielsweise verlorenen Ladungsstücken, Reifen oder verletzten Personen. Besonders verletzte Personen und Reifen können dabei einen vergleichsweise kleinen vom Lidar-Sensor aus sichtbaren Raum einnehmen. Bei einer Anwendung auf einer Autobahn oder Schnellstraße sollen derartige Hindernisse in einem Bereich von 100 bis 300 m detektiert werden. Um dies zuverlässig zu erreichen, ist eine hohe Ortsauflösung notwendig. Beispielsweise kann eine Auflösung in Horizontalrichtung von 0,05° und in Vertikalrichtung von 0,025° notwendig sein, um sicherzustellen, dass ein Objekt von mehreren Abtastpunkten getroffen wird.A relevant function of a lidar sensor in the vehicle environment is the detection of obstacles on the road, such as lost cargo, tires or injured people. Injured people and tires in particular can take up a comparatively small area visible to the lidar sensor. When used on a motorway or expressway, such obstacles should be detected in a range of 100 to 300 m. To achieve this reliably, a high spatial resolution is necessary. For example, a resolution of 0.05° in the horizontal direction and 0.025° in the vertical direction may be necessary to ensure that an object is hit by several scanning points.

Um eine zuverlässige Detektion von Objekten bereitzustellen, wird im Stand der Technik oft basierend auf Modellen der Fahrbahn gearbeitet. Es werden Abweichungen der Messdaten von diesen Modellen detektiert und darauf basierend potentiell störende oder gefährliche Objekte ermittelt.In order to ensure reliable detection of objects, the current technology often works based on models of the road. Deviations in the measurement data from these models are detected and, based on this, potentially disruptive or dangerous objects are identified.

Eine Herausforderung bei bisherigen Auswerteansätzen ist, dass spiegelnde und in einem ungünstigen Winkel ausgesendete Laserstrahlen nicht mehr zu dem Lidar-Sensor zurückreflektiert werden und somit für den Lidar-Sensor nicht erfassbar sind. Dies bedingt, dass sich je nach Umgebung des Fahrzeugs kleinere und größere Lücken in der Datenpunktwolke ergeben können, auf Basis derer die Umgebung des Fahrzeugs nicht immer und überall zuverlässig ermittelt werden kann. Eine weitere Herausforderung liegt zudem in der Unterscheidung zwischen einem auf der Fahrbahn liegenden Objekt und einer Eigenschaft der Fahrbahn selbst. Wenn sich beispielsweise in einem Bereich vor dem Fahrzeug die Steigung der Fahrbahn ändert, kann dies unter Umständen zu uneindeutigen Situationen bei der Detektion von Hindernissen führen.A challenge with previous evaluation approaches is that reflective laser beams emitted at an unfavorable angle are no longer reflected back to the lidar sensor and are therefore not detectable by the lidar sensor. This means that, depending on the vehicle's surroundings, smaller and larger gaps can arise in the data point cloud, on the basis of which the vehicle's surroundings cannot always and everywhere be reliably determined. Another challenge is distinguishing between an object lying on the road and a property of the road itself. If, for example, the gradient of the road changes in an area in front of the vehicle, this can lead to ambiguous situations when detecting obstacles.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Ansatz zum zuverlässigen Detektieren von Objekten in einer Umgebung eines Fahrzeugs bereitzustellen. Insbesondere soll im Vergleich zu bisherigen Ansätzen eine verbesserte Unterscheidung zwischen Objekten auf der Fahrbahn und Fahrbahneigenschaften, wie beispielsweise einer Steigungsänderung, ermöglicht werden.Based on this, the object of the invention is to provide an approach for reliably detecting objects in the environment of a vehicle. In particular, compared to previous approaches, an improved distinction between objects on the road and road properties, such as a change in gradient, should be made possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sensorvorrichtung zum Erkennen von Objekten auf einer Fahrbahn eines Fahrzeugs, mit:

  1. a) einer Eingangsschnittstelle zum Empfangen eines Sensorsignals eines Lidar-Sensors, wobei das Sensorsignal Informationen zu Reflektionen von Laserstrahlen des Lidar-Sensors an angestrahlten Objekten in einer Umgebung des Fahrzeugs umfasst;
  2. b) einer Akkumulationseinheit zum Abspeichern von Positionen der Reflektionen als Datenpunktwolke und zum Akkumulieren von Teilmengen der Reflektionen zu Lidar-Ringen;
  3. c) einer Recheneinheit zum Anpassen von Parametern eines lokalen Fahrbahnmodells in einem Nahbereich des Fahrzeugs und eines globalen Fahrbahnmodells in einem Fernbereich des Fahrzeugs anhand benachbarter Lidar-Ringe und zum darauf basierenden Erzeugen einer Fahrbahnebene;
  4. d) einer Filtereinheit zum Filtern von Datenpunkten der Datenpunktwolke mit einem Mindestabstand zur Fahrbahnebene abschnittsweise entlang der Fahrbahnebene, wobei jeweils ein gefilterter Abschnitt einen Filterfaltungswert aufweist;
  5. e) einer Detektionseinheit zum Detektieren von Objekten auf der Fahrbahn des Fahrzeugs basierend auf dem Filterfaltungswert; und
  6. f) einer Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines Ausgabesignals mit Informationen zu den detektierten Objekten.
The object is achieved according to the invention by a sensor device for detecting objects on a roadway of a vehicle, comprising:
  1. a) an input interface for receiving a sensor signal from a lidar sensor, the sensor signal comprising information on reflections of laser beams from the lidar sensor on illuminated objects in an environment of the vehicle;
  2. b) an accumulation unit for storing positions of the reflections as a data point cloud and for accumulating subsets of the reflections into lidar rings;
  3. c) a computing unit for adapting parameters of a local road model in a near area of the vehicle and a global road model in a far area of the vehicle based on neighboring Lidar rings and for generating a road surface plane based on them;
  4. d) a filter unit for filtering data points of the data point cloud with a minimum distance to the road surface in sections along the road surface, whereby each filtered section has a filter convolution value;
  5. e) a detection unit for detecting objects on the roadway of the vehicle based on the filter convolution value; and
  6. f) an output unit for outputting an output signal with information about the detected objects.

Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein entsprechend der Vorrichtung ausgebildetes Verfahren mit den folgenden Schritten gelöst:

  1. a) Empfangen eines Sensorsignals eines Lidar-Sensors, wobei das Sensorsignal Informationen zu Reflektionen von Laserstrahlen des Lidar-Sensors an angestrahlten Objekten in einer Umgebung des Fahrzeugs umfasst;
  2. b) Abspeichern von Positionen der Reflektionen als Datenpunktwolke;
  3. c) Akkumulieren von Teilmengen der Reflektionen zu Lidar-Ringen;
  4. d) Anpassen von Parametern eines lokalen Fahrbahnmodells in einem Nahbereich des Fahrzeugs und eines globalen Fahrbahnmodells in einem Fernbereich des Fahrzeugs anhand benachbarter Lidar-Ringe zu einer basierend auf dem angepassten lokalen Fahrbahnmodell sowie globalen Fahrbahnmodell erzeugten Fahrbahnebene;
  5. e) Filtern von Datenpunkten der Datenpunktwolke mit einem Mindestabstand zur Fahrbahnebene abschnittsweise entlang der Fahrbahnebene, wobei jeweils ein gefilterter Abschnitt einen Filterfaltungswert aufweist;
  6. f) Detektieren von Objekten auf der Fahrbahn des Fahrzeugs basierend auf dem Filterfaltungswert; und
  7. g) Ausgeben eines Ausgabesignals mit Informationen zu den detektierten Objekten.
Furthermore, the object is achieved according to the invention by a method designed according to the device with the following steps:
  1. a) receiving a sensor signal from a lidar sensor, the sensor signal comprising information on reflections of laser beams from the lidar sensor on illuminated objects in an environment of the vehicle;
  2. b) Saving positions of reflections as a data point cloud;
  3. c) Accumulating subsets of reflections into lidar rings;
  4. (d) adapting parameters of a local road model in a near area of the vehicle and of a global road model in a far area of the vehicle using adjacent lidar rings to form a road plane generated based on the adapted local road model and global road model;
  5. e) filtering data points of the data point cloud with a minimum distance to the road surface in sections along the road surface, whereby each filtered section has a filter convolution value;
  6. f) detecting objects on the vehicle’s path based on the filter convolution value; and
  7. g) Outputting an output signal with information about the detected objects.

Zudem betrifft ein Aspekt der Erfindung ein System zum Erkennen von Objekten auf einer Fahrbahn mit einer Sensorvorrichtung wie zuvor beschrieben und einem Lidar-Sensor zum Detektieren von Objekten in einer Umgebung des Fahrzeugs.In addition, one aspect of the invention relates to a system for detecting objects on a roadway with a sensor device as described above and a lidar sensor for detecting objects in an environment of the vehicle.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.The invention also relates to a computer program product with program code for carrying out the steps of the method according to the invention when the program code is executed on a computer.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können das Verfahren, das System und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Sensorvorrichtung in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention. In particular, the method, the system and the computer program product can be designed in accordance with the embodiments described for the sensor device in the dependent claims.

Lidar-Sensoren weisen üblicherweise Fehler- und Rauschquellen auf, die ursächlich dafür sind, dass Reflektionen von Objekten auf der Fahrbahn, Reflektionen der Fahrbahn selbst und verfälschte Reflektionen nicht immer zuverlässig unterschieden werden können. Insoweit ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine virtuelle Fahrbahnebene basierend auf einem lokalen und einem globalen Fahrbahnmodell erzeugt wird. Mit Hilfe dieser Fahrbahnebene und vorbestimmten Parametern kann ermittelt werden, ob Teilmengen der Datenpunktwolke zur Fahrbahn gehören oder einem relevanten Objekt auf der Fahrbahn zuzuordnen sind.Lidar sensors usually have sources of error and noise, which are the reason why reflections of objects on the road, reflections of the road itself and falsified reflections cannot always be reliably distinguished. In this respect, the invention provides for a virtual road surface to be generated based on a local and a global road model. With the help of this road surface and predetermined parameters, it can be determined whether subsets of the data point cloud belong to the road or can be assigned to a relevant object on the road.

Der erfindungsgemäße Einsatz eines lokalen Fahrbahnmodells im Nahbereich des Fahrzeugs und eines globalen Fahrbahnmodells im Fernbereich des Fahrzeugs erhöht die Robustheit bei der Detektion relevanter Objekte auf der Fahrbahn. Das globale Fahrbahnmodell erfasst weiter voneinander beabstandete Reflektionen in einem ferneren Umgebungsbereich des Fahrzeugs. Das lokale Fahrbahnmodell erfasst Reflektionen von Objekten mit einem geringen Abstand zum Fahrzeug mit einer höheren Auflösung. Durch die erfindungsgemäße Kombination beider Fahrbahnmodelle können relevante Objekte ab einem Abstand zu der Fahrbahnebene von ca. 0,2 m bis zu einer Distanz von mindestens ca. 40 m sicher erkannt und als von der Fahrbahnebene beabstandet detektiert werden.The inventive use of a local road model in the near area of the vehicle and a global road model in the far area of the vehicle increases the robustness in the detection of relevant objects on the road. The global road model detects reflections that are further apart from one another in a more distant area of the vehicle's surroundings. The local road model detects reflections from objects that are a short distance from the vehicle with a higher resolution. The inventive combination of both road models enables relevant objects to be reliably detected from a distance from the road surface of approx. 0.2 m up to a distance of at least approx. 40 m and to be detected as being at a distance from the road surface.

Dabei kann die Fahrbahnebene basierend auf einer Gleichung, beispielsweise einer Ebenengleichung, durch eine Regressionsanalyse ermittelt werden. Der Einsatz eines robusten Regressionsalgorithmus, beispielsweise eines mediangewichteten RANSAC-Algorithmus (random sample consensus, deutsch etwa „Übereinstimmung mit einer zufälligen Stichprobe“), und einer mehrfachen Wiederholung der Regressionsanalyse mit neu erfassten Reflektionen ermöglicht eine zuverlässige und nicht von wenigen Ausreißern zu sehr verfälschte Bestimmung der Fahrbahnebene. Die Praxis hat dabei gezeigt, dass die Regressionsanalyse mindestens ca. zwanzig Mal, optimalerweise sogar mindestens ca. dreißig Mal, durchgeführt werden sollte.The road surface level can be determined based on an equation, for example a plane equation, by means of a regression analysis. The use of a robust regression algorithm, for example a median-weighted RANSAC algorithm (random sample consensus), and a multiple repetition of the regression analysis with newly recorded reflections enables a reliable determination of the road surface level that is not distorted by a few outliers. Practice has shown that the regression analysis takes at least about twenty times, ideally at least about thirty times.

Erfindungsgemäß können nicht nur Abstände einzelner oder vieler Datenpunkte der Datenpunktwolke zum Detektieren der Objekte auf der Fahrbahn verwendet werden. Werden Datenpunkte der Datenpunktwolke ab einem Mindestabstand zur Fahrbahnebene (beispielsweise 2 cm, 4 cm oder mehr) auf eine Filterebene, die insbesondere einer Fahrbahnebene entsprechen kann, projiziert, kann die Filtereinheit mit einem zweidimensionalen Filter diese Datenpunkte entlang der Fahrbahnebene filtern. Ein Filterkernel des zweidimensionalen Filters kann dabei kreisförmig sein und beispielsweise einen Radius von 80 cm aufweisen. Ein Vorteil dieser Konfiguration liegt darin, dass zum Beispiel auch ein auf der Fahrbahn liegendes kleines Kind erfasst und von einem (kleineren) Laubhaufen unterschieden werden kann. Alternativ sind Filterkernel mit kleineren oder auch größeren Radien denkbar, wobei auch rechteckförmige, dreieckförmige oder elliptische Filterkernel denkbar sind.According to the invention, not only distances between individual or many data points of the data point cloud can be used to detect objects on the road. If data points of the data point cloud are projected onto a filter plane, which can correspond in particular to a road plane, from a minimum distance to the road plane (for example 2 cm, 4 cm or more), the filter unit can filter these data points along the road plane using a two-dimensional filter. A filter kernel of the two-dimensional filter can be circular and have a radius of 80 cm, for example. An advantage of this configuration is that, for example, a small child lying on the road can also be detected and distinguished from a (smaller) pile of leaves. Alternatively, filter kernels with smaller or larger radii are conceivable, with rectangular, triangular or elliptical filter kernels also being conceivable.

Das Projizieren der Datenpunkte auf die Filterebene und das anschließende Filtern dieser mit einem zweidimensionalen Filter nutzt aus, dass dadurch eine Volumeninformation über der Fahrbahnebene durch einen Filterfaltungswert abgebildet werden kann. Damit kann beispielsweise eine voluminöse auf der Fahrbahn liegende Person einfacher von einem Laubhaufen oder einem Pappkarton auf der Fahrbahn unterschieden werden. Beispielsweise kann ein Objekt detektiert werden, wenn ein Filterfaltungswert - der mit einem Volumenwert korrespondiert - über einem Faltungsschwellenwert entlang der Fahrbahn des Fahrzeugs liegt.Projecting the data points onto the filter plane and then filtering them with a two-dimensional filter makes use of the fact that volume information above the road plane can be mapped using a filter convolution value. This makes it easier to distinguish, for example, a bulky person lying on the road from a pile of leaves or a cardboard box on the road. For example, an object can be detected if a filter convolution value - which corresponds to a volume value - is above a convolution threshold along the vehicle's roadway.

Optional kann auf das Projizieren der Datenpunkte auf die Filterebene verzichtet werden und direkt ein dreidimensionaler Filter mit einem beispielsweise kugelförmigen oder polyedrischen Filterkernel verwendet werden.Optionally, it is possible to omit projecting the data points onto the filter plane and to directly use a three-dimensional filter with, for example, a spherical or polyhedral filter kernel.

Insbesondere ermöglicht der erfindungsgemäße Ansatz eine Vermeidung von unnötigen Vollbremsungen oder Geschwindigkeitsreduktionen aufgrund vernachlässigbarer Objekte auf der Fahrbahn.In particular, the approach according to the invention makes it possible to avoid unnecessary emergency braking or speed reductions due to negligible objects on the road.

Um eine schnelle Reaktionsmöglichkeit bei detektierten Objekten zu gewährleisten, kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Ausgabesignal an eine Steuerungseinheit zum Steuern des Fahrzeugs unter Berücksichtigung der detektierten Objekte ausgegeben wird, insbesondere zum Auslösen einer Notbremsung. Die Steuerungseinheit kann beispielsweise direkten Einfluss auf einen Bremsvorgang des Fahrzeugs nehmen oder auch ein Lenkmanöver einleiten, um dem auf der Fahrbahn befindlichen Objekt auszuweichen.In order to ensure a quick reaction when objects are detected, an advantageous embodiment of the invention can provide that the output signal is sent to a control unit for controlling the vehicle taking the detected objects into account, in particular for triggering an emergency braking maneuver. The control unit can, for example, directly influence a braking process of the vehicle or initiate a steering maneuver to avoid the object on the road.

Um unebene Fahrbahnprofile kompensieren zu können, kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Akkumulationseinheit zum Projizieren einer Teilmenge der Datenpunktwolke anhand einer Fahrbahnkarte in die Fahrbahnebene des Fahrzeugs ausgebildet ist. Die Fahrbahnkarte kann beispielsweise einer von einem Internetserver empfangenen oder auch auf einen entsprechenden Datenträger gespeicherten Umgebungskarte entsprechen. Oftmals ist ein auf der Fahrbahn befindliches Objekt nicht von einem eine Steigung aufweisenden Fahrbahnabschnitt zu unterscheiden. Durch die zusätzliche Verwendung einer Fahrbahnkarte kann in diesem Zusammenhang die Zuverlässigkeit weiter gesteigert werden. Ist das Fahrbahnprofil für den aktuellen und nachfolgenden Fahrbahnabschnitt anhand einer Umgebungs- oder Fahrbahnkarte bekannt, können die auf der Fahrbahnkarte befindlichen Teilmengen der Datenpunktwolke auf die Fahrbahnebene projiziert werden, sodass die Steigung des Fahrbahnabschnitts kompensiert werden kann und Objekte auf der Fahrbahn anhand des Abstands zu der Fahrbahnebene erkannt werden können.In order to compensate for uneven road profiles, according to an advantageous embodiment of the invention, the accumulation unit can be designed to project a subset of the data point cloud onto the road surface of the vehicle using a road map. The road map can, for example, correspond to a map of the surroundings received from an Internet server or stored on a corresponding data carrier. An object on the road is often indistinguishable from a road section with an incline. In this context, reliability can be further increased by additionally using a road map. If the road profile for the current and subsequent road section is known using an environmental or road map, the subsets of the data point cloud on the road map can be projected onto the road surface so that the incline of the road section can be compensated and objects on the road can be recognized based on their distance from the road surface.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit zum Anpassen der Parameter des lokalen Fahrbahnmodells basierend auf jeweils einer Geradengleichung entlang der Lidar-Ringe ausgebildet ist. Optional kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass beim Anpassen der Parameter des lokalen Fahrbahnmodells eine Geradengleichung basierend auf jeweils einer Geraden entlang der Lidar-Ringe verwendet wird.According to an advantageous embodiment, it can be provided that the computing unit is designed to adapt the parameters of the local road model based on a straight line equation along the lidar rings. Optionally, according to the method according to the invention, it can be provided that when adapting the parameters of the local road model, a straight line equation based on a straight line along the lidar rings is used.

Das lokale Fahrbahnmodell erfasst die Fahrbahn anhand der Lidar-Ringe in einem Nahbereich des Fahrzeugs, sodass mit Hilfe der erfindungsgemäßen Regressionsanalyse jeweils eine Geradengleichung an die einzelnen Lidar-Ringe angepasst werden kann. Abweichungen von der einzelnen Geradengleichung weisen auf eine Erhebung von der Fahrbahn hin, die auf relevante und zu detektierende auf der Fahrbahn befindliche Objekte hinweisen können.The local road model records the road using the lidar rings in the immediate vicinity of the vehicle, so that a straight line equation can be adapted to each individual lidar ring using the regression analysis according to the invention. Deviations from the individual straight line equation indicate an elevation of the road, which can indicate relevant objects on the road that are to be detected.

In der Praxis hat sich die folgende grundlegende Geradengleichung bewährt: z 0 = b y + c + z 0 z 0 = b y + c

Figure DE102022212898A1_0001
In practice, the following basic straight line equation has proven to be useful: z 0 = b y + c + z 0 z 0 = b y + c
Figure DE102022212898A1_0001

Mit z und y als Koordinaten in Richtung einer z- bzw. y-Achse in Bezug auf die Fahrbahnebene, z0 als die Position in Richtung der z-Achse zu Beginn des Lidar-Rings sowie b und c als Regressionsparameter, die mittels der Regressionsanalyse angepasst werden können, sodass die Fahrbahnebene einen minimalen, insbesondere, mediangewichteten Fehler zu der Datenpunktwolke aufweist. Denn reale, zu einem Lidar-Ring gehörende, Messwerte weichen aufgrund von Toleranzen und Messfehlern des Lidar-Sensors im Laufe eines Messdurchlaufs regelmäßig von der Anfangsposition z0 ab. Nach dieser beispielhaften Ausgestaltung wird davon ausgegangen, dass die Abweichung linear berücksichtigt wird.With z and y as coordinates in the direction of a z- or y-axis with respect to the road plane, z 0 as the position in the direction of the z-axis at the beginning of the lidar ring and b and c as regression parameters meters that can be adjusted using regression analysis so that the road surface has a minimal, in particular median-weighted error to the data point cloud. This is because real measured values belonging to a lidar ring regularly deviate from the starting position z 0 during a measurement run due to tolerances and measurement errors of the lidar sensor. According to this exemplary design, it is assumed that the deviation is taken into account linearly.

Insoweit es erfindungsgemäß vorteilhaft ist, N Wiederholungen des Regressionsalgorithmus mit neu erfassten Reflektionen und einer neuen Datenpunktwolke durchzuführen, sodass die Regressionsparameter b und c ein verbessertes lokales Fahrbahnmodell der Lidar-Ringe ergeben, kann die folgende N-dimensionale Matrizengleichung vorteilhaft sein: [ z 1 , , z N ] = [ b , c ] [ y 1 y N 1 1 ] Z = [ b , c ] Y [ b , c ] = Z Y T ( Y Y T ) 1

Figure DE102022212898A1_0002
Insofar as it is advantageous according to the invention to carry out N repetitions of the regression algorithm with newly recorded reflections and a new data point cloud so that the regression parameters b and c result in an improved local road model of the lidar rings, the following N-dimensional matrix equation can be advantageous: [ z 1 , , z N ] = [ b , c ] [ y 1 y N 1 1 ] Z = [ b , c ] Y [ b , c ] = Z Y T ( Y Y T ) 1
Figure DE102022212898A1_0002

Alternativ dazu kann nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung vorgesehen sein, dass die Recheneinheit zum Anpassen der Parameter des lokalen Fahrbahnmodells basierend auf einer quadratischen Fahrbahngleichung über die jeweiligen Lidar-Ringe ausgebildet ist. Optional kann für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen sein, dass beim Anpassen der Parameter des lokalen Fahrbahnmodells eine quadratische Fahrbahngleichung über die jeweiligen Lidar-Ringe verwendet wird. Demnach kommt die nachfolgende Fahrbahngleichung für jeweils einen Lidar-Ring zum Tragen, sodass horizontale Krümmungen der Fahrbahn entlang des Lidar-Rings ebenfalls von dem lokalen Fahrbahnmodell erfasst werden können: z 0 = a y + b y y + c + z 0 z 0 = a y + b y 2 + c

Figure DE102022212898A1_0003
Alternatively, according to an embodiment of the sensor device according to the invention, it can be provided that the computing unit is designed to adapt the parameters of the local road model based on a quadratic road equation over the respective lidar rings. Optionally, it can be provided for the method according to the invention that a quadratic road equation is used over the respective lidar rings when adapting the parameters of the local road model. Accordingly, the following road equation is used for each lidar ring, so that horizontal curvatures of the road along the lidar ring can also be detected by the local road model: z 0 = a y + b y y + c + z 0 z 0 = a y + b y 2 + c
Figure DE102022212898A1_0003

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit zum Anpassen der Parameter des globalen Fahrbahnmodells basierend auf einer Ebenengleichung über benachbarte Lidar-Ringe ausgebildet ist. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann optional vorgesehen sein, dass beim Anpassen der Parameter des globalen Fahrbahnmodells eine Ebenengleichung basierend auf einer Ebene über zwei Lidar-Ringe verwendet wird. Alternativ dazu kann das erfindungsgemäße Verfahren angepasst werden, wobei beim Anpassen der Parameter des globalen Fahrbahnmodells eine Ebenengleichung basierend auf einer Ebene über drei Lidar-Ringe verwendet wird.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the computing unit is designed to adapt the parameters of the global road model based on a plane equation over adjacent lidar rings. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, it can optionally be provided that a plane equation based on a plane over two lidar rings is used when adapting the parameters of the global road model. Alternatively, the method according to the invention can be adapted, wherein a plane equation based on a plane over three lidar rings is used when adapting the parameters of the global road model.

Werden zwei oder mehr benachbarte Lidar-Ringe in die Anpassung des globalen Fahrbahnmodells einbezogen, können die Parameter der Ebenengleichung an die miteinbezogenen Lidar-Ringe zu der Fahrbahnebene angepasst werden. z 0 = a x + b y + c + z 0 z 0 = a x + b y + c

Figure DE102022212898A1_0004
Erfindungsgemäß ist es entsprechend der Geradengleichung vorteilhaft, N Wiederholungen des Regressionsalgorithmus mit neu erfassten Reflektionen und einer neuen Datenpunktwolke durchzuführen, sodass die Regressionsparameter a, b und c ein verbessertes globales Fahrbahnmodell basierend auf den Lidar-Ringen ergeben. If two or more neighboring lidar rings are included in the adaptation of the global road model, the parameters of the plane equation can be adapted to the included lidar rings to the road plane. z 0 = a x + b y + c + z 0 z 0 = a x + b y + c
Figure DE102022212898A1_0004
According to the invention, it is advantageous, according to the straight line equation, to carry out N repetitions of the regression algorithm with newly recorded reflections and a new data point cloud, so that the regression parameters a, b and c result in an improved global road model based on the lidar rings.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Filtereinheit zum Filtern aller Datenpunkte der Datenpunktwolke mit einem Höchstabstand zur Fahrbahnebene abschnittsweise entlang der Fahrbahnebene ausgebildet ist. Optional kann ein Höchstabstand, also ein Maximalabstand, als zusätzliches Kriterium verwendet werden. Reflektionen und Datenpunkte der Datenpunktwolke, die über einem Höchstabstand zur Fahrbahnebene liegen, werden in das Filtern der Datenpunktwolke nicht miteinbezogen. Insoweit werden diese als nicht relevant oder nicht plausibel betrachtet. Vorteilhafterweise können Datenpunkte der Datenpunktwolke ab einem vorgebbaren Höchstabstand zu der Fahrbahnebene von beispielsweise 0,2 m bis 2 m nicht beachtet werden. Hierdurch können Rechenaufwand und Rechenzeit eingespart und die Effizienz verbessert werden. Kollisionen mit massiven und voluminösen Objekten auf der Fahrbahn werden vermieden.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the filter unit for filtering all data points of the data point cloud with a maximum distance to the road surface is designed in sections along the road surface. Optionally, a maximum distance can be used as an additional criterion. Reflections and data points of the data point cloud that are above a maximum distance to the road surface are not included in the filtering of the data point cloud. In this respect, they are considered irrelevant or implausible. Advantageously, data points of the data point cloud can be ignored from a predefined maximum distance to the road surface of, for example, 0.2 m to 2 m. This saves computing effort and computing time and improves efficiency. Collisions with massive and voluminous objects on the road surface are avoided.

Um nicht notwendige Bremsvorgänge zu vermeiden, kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Detektionseinheit zum Detektieren der Objekte basierend auf einem distanzabhängigen Faltungsschwellenwert ausgebildet ist. Oftmals ist trotz einer Detektion eines als voluminös bzw. relevant eingeschätzten Objekts mit einem großen Filterfaltungswert keine Reaktion (bspw. Bremsung) notwendig, da das Objekt noch ausreichend weit entfernt ist. Um dies abzubilden, kann der Faltungsschwellenwert distanzabhängig sein, also von der Distanz zu dem detektierten Objekt abhängen. Beispielsweise kann eine lineare Abhängigkeit des Faltungsschwellenwerts von der Distanz verwendet werden.In order to avoid unnecessary braking processes, according to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the detection unit is designed to detect the objects based on a distance-dependent folding threshold value. Often, despite the detection of an object assessed as voluminous or relevant with a large filter folding value, no reaction (e.g. braking) is necessary because the object is still sufficiently far away. To reflect this, the folding threshold value can be distance-dependent, i.e. depend on the distance to the detected object. For example, a linear dependence of the folding threshold value on the distance can be used.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Detektionseinheit zum Segmentieren der Fahrbahnebene des Fahrzeugs in der Umgebungskarte und zum Akkumulieren der Reflektionen in jedem Segment ausgebildet ist. Optional kann vorgesehen sein, dass beim Segmentieren der Fahrbahnebene des Fahrzeugs in der Umgebungskarte und zum Akkumulieren der Reflektionen in jedem Segment ein Rasterfeld verwendet wird. Demnach kann es vorteilhaft sein, die Fahrbahnebene nach einem Rasterfeld zu segmentieren, sodass alle in einem Raster befindlichen Datenpunkte der Datenpunktwolke zu einem einzigen Segmentwert akkumuliert werden können. Dadurch kann Rechenzeit eingespart werden und Konturen von Objekten auf der Fahrbahn einfacher erkannt werden. In der Praxis hat sich eine Feldgröße des Rasterfelds von 10 cm bis 30 cm bewährt und als ausreichend erwiesen.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the detection unit is designed to segment the road surface of the vehicle in the surrounding map and to accumulate the reflections in each segment. Optionally, it can be provided that a grid field is used when segmenting the road surface of the vehicle in the surrounding map and to accumulate the reflections in each segment. Accordingly, it can be advantageous to segment the road surface according to a grid field so that all data points of the data point cloud located in a grid can be accumulated into a single segment value. This can save computing time and make it easier to recognize contours of objects on the road. In practice, a grid field size of 10 cm to 30 cm has proven to be sufficient.

Üblicherweise kommuniziert die Sensorvorrichtung mit mindestens einem Lidar-Sensor, der beispielsweise auf einem Fahrzeugdach des Fahrzeugs montiert werden kann. Der Lidar-Sensor sendet Laserstrahlen entlang eines ringförmigen Abschnitts einer Umfangslinie um das Fahrzeug aus und empfängt die von Oberflächen reflektierten Laserstrahlen wieder.Typically, the sensor device communicates with at least one lidar sensor, which can be mounted on a roof of the vehicle, for example. The lidar sensor emits laser beams along an annular section of a circumferential line around the vehicle and receives the laser beams reflected from surfaces.

Unter einem Lidar-Ring wird hierin insbesondere die Summe alle Reflektionen verstanden, die einer Zeile eines zeilenbasiert abtastenden Lidar-Sensors entspricht. Die zu einer Zeile gehörenden Reflektionen bilden sozusagen einen Lidar-Ring. Benachbarte Lidar-Ringe entsprechen insoweit insbesondere Reflektionen direkt benachbarter Zeilen. Unter einem Fahrbahnmodell wird hierin ein mathematisches Modell zum Abbilden der Fahrbahn, insbesondere in Koordinaten der Datenpunktwolke, verstanden. Beide Modelle weisen entsprechende Modellparameter auf. Unter einem lokalen Fahrbahnmodell wird eine Abbildung des Verlaufs der Fahrbahn in einem Nahbereich verstanden, beispielsweise in einem Abstand von wenigen Metern. Unter einem globalen Fahrbahnmodell wird eine Abbildung des Verlaufs der Fahrbahn in einem entfernteren (Fern-) Bereich verstanden. Die Bereiche müssen dabei nicht direkt aneinander anschließen und es können auch Überschneidungen vorliegen. Eine Datenpunktwolke umfasst Datenpunkte, die die Positionen von Reflektionen repräsentieren.A lidar ring is understood here in particular to be the sum of all reflections that correspond to a row of a line-based scanning lidar sensor. The reflections belonging to a row form a lidar ring, so to speak. Neighboring lidar rings correspond in particular to reflections from directly adjacent rows. A road model is understood here to be a mathematical model for mapping the road, in particular in coordinates of the data point cloud. Both models have corresponding model parameters. A local road model is understood to be a mapping of the course of the road in a close area, for example at a distance of a few meters. A global road model is understood to be a mapping of the course of the road in a more distant (far) area. The areas do not have to be directly adjacent to one another and there can also be overlaps. A data point cloud includes data points that represent the positions of reflections.

Nachfolgend ist die Erfindung exemplarisch anhand von schematischen Darstellungen beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems;
  • 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 3 eine von einem Laserstrahl eines Lidar-Sensors erfasste Person;
  • 4 eine von zwei Lidar-Sensoren erfasste Person auf einer Fahrbahn;
  • 5 ein zweidimensionales Diagramm eines mit Lidar-Sensoren erfassten Umgebungsbereichs eines Fahrzeugs; und
  • 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
The invention is described below by way of example using schematic representations. They show:
  • 1 a schematic representation of a system according to the invention;
  • 2 a schematic representation of a device according to the invention;
  • 3 a person detected by a laser beam from a lidar sensor;
  • 4 a person on a road detected by two lidar sensors;
  • 5 a two-dimensional diagram of an area surrounding a vehicle captured by lidar sensors; and
  • 6 a schematic representation of a method according to the invention.

In 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1 mit einem System 19 zum Detektieren eines Objekts 5 in einer Umgebung des Fahrzeugs 1 dargestellt. Die Darstellung entspricht dabei einer seitlichen Schnittansicht auf die Situation. Das Objekt 5 kann beispielsweise ein Autoreifen, ein auf der Fahrbahn 2 liegendes Fahrzeugteil oder eine Person sein. Das System 19 umfasst eine Sensorvorrichtung 20 sowie einen Lidar-Sensor 3. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das System 19 innerhalb des Fahrzeugs 1 angeordnet bzw. in das Fahrzeug integriert. Der Lidar-Sensor 3 ist beispielsweise im Bereich eines Dachs des Fahrzeugs 1 montiert. Die Sensorvorrichtung 20 ist beispielsweise in ein Steuergerät oder auch in den Lidar-Sensor 3 selbst integriert. Es versteht sich, dass es auch möglich ist, dass der Lidar-Sensor 3 und die Sensorvorrichtung 20 separat ausgeführt sind und beispielsweise in ein Mobilgerät integriert sind. Im Folgenden versteht sich unter einer x-Achse bzw. einer x-Richtung insbesondere eine Richtung entlang einer Fahrzeuglängsachse in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem, unter einer y-Achse bzw. einer y-Richtung versteht sich eine Richtung entlang einer Fahrzeugquerachse und unter einer z-Richtung bzw. einer z-Achse versteht sich eine Richtung entlang einer Fahrzeughochachse. Die Achsen können aber auch als Achsen in einem anderen Koordinatensystem, das für die Sensordaten verwendet wird, verstanden werden.In 1 a vehicle 1 with a system 19 for detecting an object 5 in an environment of the vehicle 1 is shown schematically. The illustration corresponds to a side sectional view of the situation. The object 5 can be, for example, a car tire, a vehicle part lying on the roadway 2 or a person. The system 19 comprises a sensor device 20 and a lidar sensor 3. In the exemplary embodiment shown, the system 19 is arranged inside the vehicle 1 or integrated into the vehicle. The lidar sensor 3 is, for example, mounted in the area of a roof of the vehicle 1. The sensor device 20 is, for example, integrated into a control unit or into the lidar sensor 3 itself. It goes without saying that it is also possible for the lidar sensor 3 and the sensor device 20 to be designed separately and, for example, integrated into a mobile device. In the following, an x-axis or an x-direction is understood to mean a direction along a vehicle's longitudinal axis in a vehicle-fixed coordinate system, a y-axis or a y-direction is understood to mean a direction along a vehicle's transverse axis, and a z-direction or a z-axis is understood to mean a direction along a vehicle's vertical axis. However, the axes can also be understood as axes in another coordinate system that is used for the sensor data.

In 2 ist schematisch die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 20 dargestellt. Die Sensorvorrichtung 20 umfasst eine Eingangsschnittstelle 21, eine Akkumulationseinheit 22, eine Recheneinheit 23, eine Detektionseinheit 24, eine Filtereinheit 26 und eine Ausgabeeinheit 25. Die Sensorvorrichtung 20 kann beispielsweise in eine Lidar-Messvorrichtung oder auch in ein Fahrzeugsteuergerät bzw. ein Fahrerassistenzsystem integriert sein. Die Einheiten und Schnittstellen können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software implementiert sein.In 2 The sensor device 20 according to the invention is shown schematically. The sensor device 20 comprises an input interface 21, an accumulation unit 22, a computing unit 23, a detection unit 24, a filter unit 26 and an output unit 25. The sensor device 20 can be integrated, for example, in a lidar measuring device or in a vehicle control unit or a driver assistance system. The units and interfaces can be partially or completely implemented in hardware and/or software.

Über die Eingangsschnittstelle 21 wird ein Sensorsignal empfangen, beispielsweise über ein entsprechendes Bussystem. In der Akkumulationseinheit 22, der Recheneinheit 23, der Detektionseinheit 24 und der Filtereinheit 26 wird dieses Sensorsignal ausgewertet und verarbeitet. Über die Ausgabeeinheit 25 wird ein Ausgabesignal ausgegeben, wobei das Ausgabesignal zum einen zum Informieren eines Fahrzeugführers oder auch zum direkten Weiterverarbeiten in einer Steuerungseinheit zum Ansteuern einer Fahrfunktion in einem autonomen oder teilautonomen Fahrzeug verwendet werden kann, insbesondere um einen (Not-) Bremsvorgang einzuleiten.A sensor signal is received via the input interface 21, for example via a corresponding bus system. This sensor signal is evaluated and processed in the accumulation unit 22, the computing unit 23, the detection unit 24 and the filter unit 26. An output signal is output via the output unit 25, whereby the output signal is used on the one hand for informing ization of a vehicle driver or for direct further processing in a control unit to control a driving function in an autonomous or semi-autonomous vehicle, in particular to initiate an (emergency) braking process.

In 3 ist ein Fahrzeug 1 auf einer Fahrbahn 2 gezeigt, wobei das Fahrzeug 1 einen Lidar-Sensor 3 aufweist, mit dem mehrere Laserstrahlen 4 in Richtung eines Objekts 5 (im dargestellten Beispiel eine Person) gesendet werden. Mittels eines Detektors werden Reflektionen von einem Kopf und einem Körper der Person und der Fahrbahn 2 empfangen und in einer Datenpunkte 6 aufweisenden Datenpunktwolke 7 dargestellt, wobei jeder Datenpunkt 6 der Datenpunktwolke 7 die einer Reflektion zugeordneten Koordinaten umfasst. Ein Datenpunkt 6 kann insbesondere einer Koordinatenangabe entsprechen. Insoweit kann eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung an dem Fahrzeug 1 einen Abstand 8 der zu der Fahrbahn 2 beabstandeten Datenpunkte 6 an der Person als zu einem relevanten Objekt 5 auf der Fahrbahn 2 gehörend detektieren.In 3 a vehicle 1 is shown on a roadway 2, the vehicle 1 having a lidar sensor 3 with which several laser beams 4 are sent in the direction of an object 5 (in the example shown, a person). Reflections from a head and a body of the person and the roadway 2 are received by means of a detector and displayed in a data point cloud 7 having data points 6, each data point 6 of the data point cloud 7 comprising the coordinates assigned to a reflection. A data point 6 can in particular correspond to a coordinate specification. In this respect, a sensor device according to the invention on the vehicle 1 can detect a distance 8 of the data points 6 on the person that are spaced apart from the roadway 2 as belonging to a relevant object 5 on the roadway 2.

Vorteilhafterweise wird für die Detektion relevanter Objekte 5 auf ein lokales Fahrbahnmodell der Fahrbahn 2 für einen Nahbereich zurückgegriffen, um die Fahrbahn 2 in diesem Nahbereich möglichst detailliert überwachen zu können, sodass beispielsweise auch schon kleinere Objekte 5 auf der Fahrbahn 2 erfasst werden können. Für eine weiter gefasste Überwachung der Fahrbahn 2 auch in größeren Entfernungen kann auf ein globales Fahrbahnmodell zurückgegriffen werden, das einen Fernbereich des Fahrzeugs 1 abbildet. Das globale Fahrbahnmodell kann im Vergleich zum lokalen Fahrbahnmodell beispielsweise auf einer Erfassung eines weiter entfernten Umgebungsbereichs mit geringerer Auflösung basieren. Durch ein Zusammenwirken beider Fahrbahnmodelle können weiter entfernte oder größere Objekte 5 frühzeitig basierend auf dem globalen Fahrbahnmodell erkannt werden und zudem auch kleinere Objekte 5 in dem Nahbereich des Fahrzeugs 1 basierend auf dem lokalen Fahrbahnmodell zuverlässig erfasst werden.Advantageously, a local road model of the road 2 for a short range is used to detect relevant objects 5 in order to be able to monitor the road 2 in this short range in as much detail as possible, so that, for example, even smaller objects 5 on the road 2 can be detected. For more extensive monitoring of the road 2, even at greater distances, a global road model can be used that maps a long-distance area of the vehicle 1. In comparison to the local road model, the global road model can, for example, be based on detecting a more distant environmental area with lower resolution. By combining both road models, more distant or larger objects 5 can be detected early on based on the global road model, and smaller objects 5 in the close range of the vehicle 1 can also be reliably detected based on the local road model.

In 4 ist ein vor einem Fahrzeug 1 befindliches Objekt 5 (stehende Person) auf einer Fahrbahn 2 des Fahrzeugs 1 gezeigt. Zwei Lidar-Sensoren 3 senden Laserstrahlen 4 aus, deren Reflektionen an der auf der Fahrbahn 2 stehenden Person wieder von den Lidar-Sensoren 3 empfangen werden können. Nach einer Akkumulation der Datenpunkte 6, beispielsweise zu Lidar-Ringen, ist erkennbar, dass alle oder viele Datenpunkte 6 bzw. Lidar-Ringe nicht signifikant in x-Richtung voneinander beabstandet sind.In 4 an object 5 (standing person) located in front of a vehicle 1 is shown on a lane 2 of the vehicle 1. Two lidar sensors 3 emit laser beams 4, the reflections of which from the person standing on the lane 2 can be received again by the lidar sensors 3. After an accumulation of the data points 6, for example to form lidar rings, it can be seen that all or many data points 6 or lidar rings are not significantly spaced from one another in the x-direction.

3 und 4 zeigen ein Abstandsfenster 9 mit einem Mindestabstand 10 und einem Höchstabstand 11 zur Fahrbahnebene 12. Datenpunkte 6 der Datenpunktwolke 7 innerhalb dieses Abstandsfensters 9 werden zum abschnittsweisen Filtern entlang der Fahrbahnebene 12 herangezogen. Überschreitet ein durch das Filtern erzeugter Filterfaltungswert einen Faltungsschwellenwert, kann davon ausgegangen werden, dass auf der Fahrbahn 2 ein Objekt 5 (im dargestellten Beispiel eine Person) ist. Insoweit kann der Faltungsschwellenwert distanzabhängig - beispielsweise linear von der Distanz abhängig - basierend auf einem Abstand des Objekts 5 zu dem Fahrzeug 1 bzw. zu dem Lidar-Sensor 3 ausgestaltet werden. Ein geringerer Filterfaltungswert einer liegenden Person auf der Fahrbahn 2 nahe dem Fahrzeug 1 kann schon ausreichen, um eine Vollbremsung einzuleiten oder eine Warnung auszugeben, wohingegen ein höherer Filterfaltungswert einer gehenden Person neben dem Fahrzeug 1 nur eine Geschwindigkeitsreduktion bewirken kann. 3 and 4 show a distance window 9 with a minimum distance 10 and a maximum distance 11 to the road surface 12. Data points 6 of the data point cloud 7 within this distance window 9 are used for section-by-section filtering along the road surface 12. If a filter folding value generated by the filtering exceeds a folding threshold value, it can be assumed that there is an object 5 (in the example shown, a person) on the road surface 2. In this respect, the folding threshold value can be designed to be distance-dependent - for example, linearly dependent on the distance - based on a distance of the object 5 to the vehicle 1 or to the lidar sensor 3. A lower filter folding value of a person lying on the road surface 2 near the vehicle 1 can be sufficient to initiate emergency braking or to issue a warning, whereas a higher filter folding value of a person walking next to the vehicle 1 can only cause a reduction in speed.

In 5 ist ein zweidimensionales Diagramm 14 eines mit einem Lidar-Sensor an einem Fahrzeug erfassten Umgebungsbereichs des Fahrzeugs gezeigt. Auf der y-Achse 15 ist eine Position der Reflektionen in Bezug auf die Fahrzeugquerachse abgetragen. Auf der x-Achse 16 ist ein Abstand zum Fahrzeug in Richtung der Fahrzeuglängsachse abgetragen. Im Diagramm 14 sind zwei Cluster 17 dargestellt, wobei der rechte kleinere Cluster einen Laubhaufen im Herbst repräsentiert und der größere linke Cluster eine auf der Fahrbahn liegende Person. Insoweit ist direkt erkennbar, dass ein zweidimensionales Filtern der Cluster 17 entlang der Fahrbahnebene einen unterschiedlichen Filterfaltungswert 13 - dargestellt durch die unterschiedlich großen Kreise um die Cluster 17 - erzeugt, sodass die Person von dem Laubhaufen eindeutig unterschieden werden kann, da unterschiedlich viele Datenpunkte 6 der Cluster 17 zu unterschiedlichen Filterfaltungswerten 13 führen.In 5 a two-dimensional diagram 14 of an area surrounding the vehicle recorded with a lidar sensor on a vehicle is shown. The y-axis 15 shows a position of the reflections in relation to the vehicle's transverse axis. The x-axis 16 shows a distance to the vehicle in the direction of the vehicle's longitudinal axis. Two clusters 17 are shown in diagram 14, with the smaller cluster on the right representing a pile of leaves in autumn and the larger cluster on the left representing a person lying on the road. In this respect, it is immediately apparent that two-dimensional filtering of the clusters 17 along the road plane produces a different filter convolution value 13 - represented by the circles of different sizes around the clusters 17 - so that the person can be clearly distinguished from the pile of leaves, since different numbers of data points 6 of the clusters 17 lead to different filter convolution values 13.

In 6 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erkennen von Objekten auf einer Fahrbahn dargestellt. Das Verfahren umfasst Schritte des Empfangens S10 eines Sensorsignals, des Abspeicherns S12 von Positionen der Reflektionen als Datenpunktwolke, des Akkumulierens S14 von Teilmengen der Reflektionen zu Lidar-Ringen, des Anpassens S16 von Parametern eines lokalen Fahrbahnmodells und eines globalen Fahrbahnmodells, des Filterns S17 von Datenpunkten, des Detektierens S18 von Objekten und des Ausgebens S20 eines Ausgabesignals. Das Verfahren kann insbesondere in Software implementiert sein, die auf einem Lidar-Sensor oder in einem Fahrzeug-Steuergerät ausgeführt wird.In 6 A method according to the invention for detecting objects on a roadway is shown schematically. The method comprises steps of receiving S10 a sensor signal, storing S12 positions of the reflections as a data point cloud, accumulating S14 subsets of the reflections to form lidar rings, adjusting S16 parameters of a local road model and a global road model, filtering S17 data points, detecting S18 objects and outputting S20 an output signal. The method can in particular be implemented in software that is executed on a lidar sensor or in a vehicle control unit.

Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.The invention has been fully described and explained with reference to the drawings and the description. The description and explanation are to be understood as exemplary and not restrictive. The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art upon use of the present invention and upon careful analysis of the drawings, the disclosure and the following claims.

In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.In the patent claims, the words "comprising" and "having" do not exclude the presence of further elements or steps. The undefined article "a" or "an" does not exclude the presence of a plurality. A single element or unit can perform the functions of several of the units mentioned in the patent claims. An element, unit, interface, device and system can be partially or completely implemented in hardware and/or software. The mere mention of some measures in several different dependent patent claims should not be understood to mean that a combination of these measures cannot also be used advantageously. Reference signs in the patent claims are not to be understood as limiting.

BezugszeichenReference symbols

11
Fahrzeugvehicle
22
Fahrbahnroadway
33
Lidar-SensorLidar sensor
44
Laserstrahllaser beam
55
Person/relevantes ObjektPerson/relevant object
66
DatenpunktData point
77
DatenpunktwolkeData point cloud
88th
Abstand zu einer Fahrbahn/-ebeneDistance to a roadway/level
99
AbstandsfensterDistance window
1010
MindestabstandMinimum distance
1111
HöchstabstandMaximum distance
1212
FahrbahnebeneRoad level
1313
FilterfaltungswertFilter convolution value
1414
Diagrammdiagram
1515
y-Achsey-axis
1616
x-AchseX axis
1717
ClusterCluster
1919
Systemsystem
2020
SensorvorrichtungSensor device
2121
EingangsschnittstelleInput interface
2222
AkkumulationseinheitAccumulation unit
2323
RecheneinheitComputing unit
2424
DetektionseinheitDetection unit
2525
AusgabeeinheitOutput unit
2626
FiltereinheitFilter unit

Claims (12)

Sensorvorrichtung (20) zum Erkennen von Objekten (5) auf einer Fahrbahn (2) eines Fahrzeugs (1) mit: a) einer Eingangsschnittstelle (21) zum Empfangen eines Sensorsignals eines Lidar-Sensors (3), wobei das Sensorsignal Informationen zu Reflektionen von Laserstrahlen (4) des Lidar-Sensors (3) an angestrahlten Objekten (5) in einer Umgebung des Fahrzeugs (1) umfasst; b) einer Akkumulationseinheit (22) zum Abspeichern von Positionen der Reflektionen als Datenpunktwolke (7) und zum Akkumulieren von Teilmengen der Reflektionen zu Lidar-Ringen; c) einer Recheneinheit (23) zum Anpassen von Parametern eines lokalen Fahrbahnmodells in einem Nahbereich des Fahrzeugs (1) und eines globalen Fahrbahnmodells in einem Fernbereich des Fahrzeugs (1) anhand benachbarter Lidar-Ringe und zum darauf basierenden Erzeugen einer Fahrbahnebene (12); d) einer Filtereinheit (26) zum Filtern von Datenpunkten (6) der Datenpunktwolke (7) mit einem Mindestabstand (10) zur Fahrbahnebene (12) abschnittsweise entlang der Fahrbahnebene (12), wobei jeweils ein gefilterter Abschnitt einen Filterfaltungswert (13) aufweist; e) einer Detektionseinheit (24) zum Detektieren von Objekten (5) auf der Fahrbahn (2) des Fahrzeugs (1) basierend auf dem Filterfaltungswert (13); und f) einer Ausgabeeinheit (25) zum Ausgeben eines Ausgabesignals mit Informationen zu den detektierten Objekten (5).Sensor device (20) for detecting objects (5) on a roadway (2) of a vehicle (1) with: a) an input interface (21) for receiving a sensor signal from a lidar sensor (3), the sensor signal comprising information on reflections of laser beams (4) of the lidar sensor (3) on illuminated objects (5) in an environment of the vehicle (1); b) an accumulation unit (22) for storing positions of the reflections as a data point cloud (7) and for accumulating subsets of the reflections to form lidar rings; c) a computing unit (23) for adapting parameters of a local roadway model in a near area of the vehicle (1) and a global roadway model in a far area of the vehicle (1) using neighboring lidar rings and for generating a roadway plane (12) based thereon; d) a filter unit (26) for filtering data points (6) of the data point cloud (7) with a minimum distance (10) to the road surface (12) in sections along the road surface (12), wherein each filtered section has a filter convolution value (13); e) a detection unit (24) for detecting objects (5) on the road surface (2) of the vehicle (1) based on the filter convolution value (13); and f) an output unit (25) for outputting an output signal with information about the detected objects (5). Sensorvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Ausgabeeinheit (25) zum Ausgeben des Ausgabesignals an eine Steuerungseinheit zum Steuern des Fahrzeugs (1) unter Berücksichtigung der detektierten Objekte (5) ausgebildet ist, insbesondere zum Auslösen einer Notbremsung.Sensor device (20) according to Claim 1 , wherein the output unit (25) is designed to output the output signal to a control unit for controlling the vehicle (1) taking into account the detected objects (5), in particular for triggering an emergency braking. Sensorvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Akkumulationseinheit (22) zum Projizieren einer Teilmenge der Reflektionen der Datenpunktwolke (7) anhand einer Fahrbahnkarte in die Fahrbahnebene (12) des Fahrzeugs (1) ausgebildet ist.Sensor device (20) according to one of the preceding claims, wherein the accumulation unit (22) is designed to project a subset of the reflections of the data point cloud (7) based on a road map into the road plane (12) of the vehicle (1). Sensorvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Recheneinheit (23) zum Anpassen der Parameter des lokalen Fahrbahnmodells basierend auf jeweils einer Geradengleichung entlang der Lidar-Ringe ausgebildet ist.Sensor device (20) according to one of the preceding claims, wherein the computing unit (23) is designed to adapt the parameters of the local road model based on a straight line equation along the lidar rings. Sensorvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Recheneinheit (23) zum Anpassen der Parameter des lokalen Fahrbahnmodells basierend auf einer quadratischen Fahrbahngleichung über die jeweiligen Lidar-Ringe ausgebildet ist.Sensor device (20) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the computing unit (23) is designed to adapt the parameters of the local road model based on a quadratic road equation via the respective lidar rings. Sensorvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Recheneinheit (23) zum Anpassen der Parameter des globalen Fahrbahnmodells basierend auf einer Ebenengleichung über zwei Lidar-Ringe ausgebildet ist.Sensor device (20) according to one of the preceding claims, wherein the computing unit (23) is designed to adapt the parameters of the global road model based on a plane equation over two lidar rings. Sensorvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die die Filtereinheit (26) zum Filtern aller Datenpunkte (6) der Datenpunktwolke (7) mit einem Höchstabstand (11) zur Fahrbahnebene (12) abschnittsweise entlang der Fahrbahnebene (12) ausgebildet ist.Sensor device (20) according to one of the preceding claims, wherein the filter unit (26) is designed to filter all data points (6) of the data point cloud (7) with a maximum distance (11) to the roadway plane (12) in sections along the roadway plane (12). Sensorvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Detektionseinheit (24) zum Detektieren der Objekte (5) basierend auf einem distanzabhängigen Faltungsschwellenwert ausgebildet ist.Sensor device (20) according to one of the preceding claims, wherein the detection unit (24) is designed to detect the objects (5) based on a distance-dependent convolution threshold value. Sensorvorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Detektionseinheit (24) zum Segmentieren der Fahrbahnebene (12) des Fahrzeugs (1) in der Umgebungskarte und zum Akkumulieren der Reflektionen in jedem Segment ausgebildet ist.Sensor device (20) according to one of the preceding claims, wherein the detection unit (24) is designed to segment the road plane (12) of the vehicle (1) in the environment map and to accumulate the reflections in each segment. Verfahren zum Erkennen von Objekten (5) auf einer Fahrbahn (2) eines Fahrzeugs (1), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: a) Empfangen (S10) eines Sensorsignals eines Lidar-Sensors (3), wobei das Sensorsignal Informationen zu Reflektionen von Laserstrahlen (4) des Lidar-Sensors (3) an angestrahlten Objekten (5) in einer Umgebung des Fahrzeugs (1) umfasst; b) Abspeichern (S12) von Positionen der Reflektionen als Datenpunktwolke (7); c) Akkumulieren (S14) von Teilmengen der Reflektionen zu Lidar-Ringen; d) Anpassen (S16) von Parametern eines lokalen Fahrbahnmodells in einem Nahbereich des Fahrzeugs (1) und eines globalen Fahrbahnmodells in einem Fernbereich des Fahrzeugs (1) anhand benachbarter Lidar-Ringe zu einer basierend auf dem angepassten lokalen Fahrbahnmodell sowie globalen Fahrbahnmodell erzeugten Fahrbahnebene (12); e) Filtern (S17) von Datenpunkten (6) der Datenpunktwolke (7) mit einem Mindestabstand (10) zur Fahrbahnebene (12) abschnittsweise entlang der Fahrbahnebene (12), wobei jeweils ein gefilterter Abschnitt einen Filterfaltungswert (13) aufweist; f) Detektieren (S18) von Objekten (5) auf der Fahrbahn (2) des Fahrzeugs (1) basierend auf dem Filterfaltungswert (13); und g) Ausgeben (S20) eines Ausgabesignals mit Informationen zu den detektierten Objekten (5).Method for detecting objects (5) on a roadway (2) of a vehicle (1), the method comprising the following method steps: a) receiving (S10) a sensor signal from a lidar sensor (3), the sensor signal comprising information on reflections of laser beams (4) of the lidar sensor (3) on illuminated objects (5) in an environment of the vehicle (1); b) storing (S12) positions of the reflections as a data point cloud (7); c) accumulating (S14) subsets of the reflections to form lidar rings; d) adapting (S16) parameters of a local roadway model in a near area of the vehicle (1) and a global roadway model in a far area of the vehicle (1) using neighboring lidar rings to form a roadway plane (12) generated based on the adapted local roadway model and global roadway model; e) filtering (S17) data points (6) of the data point cloud (7) with a minimum distance (10) to the road surface (12) in sections along the road surface (12), wherein each filtered section has a filter convolution value (13); f) detecting (S18) objects (5) on the road surface (2) of the vehicle (1) based on the filter convolution value (13); and g) outputting (S20) an output signal with information about the detected objects (5). Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach Anspruch 10, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.Computer program product with program code for carrying out the steps of the method according to Claim 10 when the program code is executed on a computer. System (19) zum Erkennen von Objekten (5) auf einer Fahrbahn (2) eines Fahrzeugs (1) mit einer Sensorvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem Lidar-Sensor (3) zum Detektieren von Objekten (5) in einer Umgebung des Fahrzeugs (1).System (19) for detecting objects (5) on a roadway (2) of a vehicle (1) with a sensor device (20) according to one of the Claims 1 until 9 and a lidar sensor (3) for detecting objects (5) in an environment of the vehicle (1).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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