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1. (WO2019030093) DETERMINING THE MAXIMUM RANGE OF A LIDAR SENSOR
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Ermitteln der maximalen Reichweite eines LIDAR-Sensors

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für einen LIDAR-Sensor mit den Schritten Senden eines LIDAR-Signals mit einer vorbestimmten Normalleistung und Empfangen eines zurückgestreuten Anteils des LIDAR-Signals mit einer vorbestimmten Normalempfindlichkeit zur Ermittlung der Entfernung von in der von dem LIDAR-Sensor abgetasteten Umgebung vorhandenen Objekten von dem LIDAR-Sensor in einem Normalbetrieb.

Außerdem betrifft die Erfindung einen LIDAR-Sensor zum Senden eines LIDAR-Signals und zum Empfangen eines zurückgestreuten Anteils des LIDAR-Signals, um in einem Normalbetrieb des LIDAR-Sensors die Entfernung von in einer von dem LIDAR-Sensor abgetasteten Umgebung vorhandenen Objekten von dem LIDAR-Sensor zu ermitteln, wobei der LIDAR-Sensor derart eingerichtet ist, dass das LIDAR-Signal im

Normalbetrieb mit einer vorbestimmten Normalleistung gesendet und der

zurückgestreuten Anteils des LIDAR-Signals mit einer vorbestimmten

Normalempfindlichkeit empfangen wird.

Aus der Praxis ist es schon seit längerem bekannt, LIDAR-Sensoren in Fahrzeugen einzusetzen, insbesondere für Fahrerassistenzsystem, zuletzt auch vermehrt im Rahmen von selbstfahrenden Systemen. Wie z.B. in der DE 10 2006 044 794 A1 beschrieben, weist ein LIDAR-Sensor häufig einen als Infrarotstrahler im Pulsbetrieb arbeitenden Laser als Sender, eine Fotodiode als Empfänger und eine

Auswerteelektronik auf. Der Sensor führt eine Laufzeitmessung der ausgesendeten infraroten Laserstrahlen durch. Gemessen wird die Zeit, die das Laserlicht vom Sensor zum angestrahlten Objekt und wieder zurück benötigt. Die Elektronik berechnet dann daraus die Entfernung zu dem Objekt. Auf diese Weise kann ein Fahrzeug z.B. den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug anpassen, ohne dass der Fahrer aktiv eingreifen muss.

Aus Sicherheitsgründen ist es jedoch wichtig, dass die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors bekannt ist. Ist diese maximale Reichweite nämlich nicht bekannt, so kann eine Situation eintreten, in der z.B. aufgrund von schlechten Sichtverhältnissen, wie durch Nebel, die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors deutlich reduziert ist, so dass deshalb ein für das Fahrzeug relevantes Objekt nicht detektiert und damit„freie Fahrt" signalisiert wird. Mit anderen Worten: Wenn bei guter Sicht von einer maximalen Reichweite des LIDAR-Sensors von über 200 m ausgegangen werden kann, so bedeutet bei schlechten Sichtverhältnissen die Tatsache, dass innerhalb von 200 m vor dem LIDAR-Sensor kein Objekt erfasst worden ist, nicht zwingend dass sich dort auch kein derartiges Objekt befindet. Vielmehr kann es sein, dass die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors aufgrund der schlechten Sichtverhältnisse auf 50 m reduziert ist und weiter entfernte Objekte einfach nicht mehr erfasst werden können. Aus

Sicherheitsgründen muss eine derartige Situation natürlich bekannt sein, um

Vorbeugemaßnahmen ergreifen zu können.

Grundsätzlich kann die Reichweite eines LIDAR-Sensors über den Verlauf der

Lichtintensität des zurückgestreuten Anteils des LIDAR-Signals und dessen Energie bestimmt werden. Hierfür ist jedoch eine aufwändige Wandlung des analogen Signals in eine zeitlich hochauflösende digitale Repräsentation erforderlich, was nur mit kostenintensiven Analog-nach-Digital-Umsetzern durchgeführt werden kann. Alternative und kostengünstigere Konzepte zur Auswertung des empfangenen Lichtimpulses vergleichen diesen lediglich mit einer Schwelle, was jedoch keine Aussagen über die Signalform zulässt und somit eine Ermittlung der maximalen Reichweite aufgrund vieler Unbekannter deutlich erschwert.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine derartige Möglichkeit zum Ermitteln der maximalen Reichweite eines LIDAR-Sensors zur Verfügung zu stellen, die einfach, verlässlich und kostengünstig einsetzbar ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß ist somit ein Betriebsverfahren für einen LIDAR-Sensor mit den folgenden Schritten vorgesehen:

Senden eines LIDAR-Signals mit einer vorbestimmten Normalleistung und Empfangen eines zurückgestreuten Anteils des LIDAR-Signals mit einer vorbestimmten Normalempfindlichkeit zur Ermittlung der Entfernung von in der von dem LIDAR-Sensor abgetasteten Umgebung vorhandenen Objekten in einem Normalbetrieb,

gekennzeichnet durch

wiederholtes Unterbrechen des Normalbetriebs durch einen Prüfbetrieb, wobei der Prüfbetrieb folgende Schritte umfasst:

Senden eines LIDAR-Signals mit einer gegenüber der vorbestimmten

Normalleistung um ein vorbestimmtes Maß verringerten Prüfleistung und/oder

Empfangen des zurückgestreuten Anteils des LIDAR-Signals mit einer gegenüber der vorbestimmten Normalempfindlichkeit um ein vorbestimmtes Maß verringerten

Prüfempfindlichkeit und Ermitteln eines Werts für die im Normalbetrieb des LIDAR-Sensors vorhandene maximale Reichweite des LIDAR-Sensors auf der Grundlage der im Normalbetrieb ermittelten Entfernung derartiger Objekte, die im Prüfbetrieb nicht mehr erfasst werden.

Es ist somit ein maßgeblicher Aspekt der Erfindung, dass der Normalbetrieb des LIDAR-Sensors, in dem die Umgebung des LIDAR-Sensors abgetastet wird, um die Entfernung von sich dort befindlichen Objekten von dem LIDAR-Sensor zu ermitteln, wiederholt von einem Prüfbetrieb unterbrochen wird. Dieser Prüfbetrieb dient dazu, einen Wert für die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors im Normalbetrieb zu ermitteln.

Diese Ermittlung eines Werts für die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors im Normalbetrieb erfolgt dadurch, dass die Leistung des LIDAR-Sensors reduziert wird, also die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors kurzzeitig aktiv verringert wird. Die Verringerung der Leistung des LIDAR-Sensors kann einerseits durch Verringerung der Sendeleistung und andererseits durch Verringerung der Empfangsempfindlichkeit erfolgen. Während es grundsätzlich ausreichend ist, entweder die Sendeleistung zu verringern oder die Empfangsempfindlichkeit zu verringern, können natürlich gleichzeitig auch die Sendeleistung sowie die Empfangsempfindlichkeit verringert werden.

Maßgeblich dabei ist jedoch, dass die Verringerung der Sendeleistung bzw. die

Verringerung der Empfangsleistung jeweils um ein vorbestimmtes bekanntes Maß auf eine entsprechend bekannte verringerte Prüfleistung bzw. Prüfempfindlichkeit erfolgt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass es zwar bevorzugt aber nicht zwingend ist, dass der LIDAR-Sensor im Normalbetrieb mit maximaler Leistung betrieben wird.

Die Verringerung der Sendeleistung bzw. der Empfangsempfindlichkeit um ein derartiges vorbestimmtes Maß erlaubt es, aufgrund von derartigen Objekten, die im Normalbetrieb noch erfasst worden sind, im Prüfbetrieb mit der verringerten

Sendeleistung bzw. der verringerten Empfangsempfindlichkeit jedoch nicht mehr erfasst werden können, auf einen Wert für die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors zu schließen, die im Normalbetrieb vorliegt. Anders formuliert: Aufgrund von solchen Objekten, die im Prüfbetrieb nicht mehr erfasst werden können, kann die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors im Prüfbetrieb abgeschätzt werden und damit, wegen der bekannten Reduzierung der Leistung des LIDAR-Sensors im Prüfbetrieb, auf einen Wert für die maximale Reichweite im Normalbetrieb geschlossen werden.

Ein derartiger Wechsel vom Normalbetrieb in den Prüfbetrieb kann z.B. mehrmals in einer Sekunde erfolgen, so dass praktisch in Echtzeit immer ein aktueller Wert für die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors vorliegt. Auf diese Weise kann, ebenfalls praktisch in Echtzeit, auf eine Verringerung der maximalen Reichweite des LIDAR-Sensors durch z.B. widrige Umgebungsbedingungen geschlossen und entsprechend reagiert werden.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Lösung rein durch die Programmierung des Sensors implementierbar ist und damit keine erhöhten

Produktionskosten erzeugt. Darüber hinaus kann mitunter aufgrund der Einfachheit des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens für den LIDAR-Sensor die Prozessorleistung des LIDAR-Sensors reduziert werden, was einerseits die Herstellungskosten senken kann und andererseits einen reduzierten Stromverbrauch während einer Anwendung in einem Fahrzeug ermöglicht.

Die gegenüber der Normalleistung verringerte Prüfleistung bzw. die gegenüber der Normalempfindlichkeit verringerte Prüfempfindlichkeit kann auf unterschiedliche Weisen vorbestimmt sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Prüfleistung auf einen vorbestimmten Anteil der Normalleistung verringert wird und/oder dass die Prüfempfindlichkeit auf einen vorbestimmten Anteil der Normalempfindlichkeit verringert wird. Das bedeutet, dass gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Reduzierung der Sendeleistung bzw. der

Empfangsempfindlichkeit im Prüfbetrieb auf einen vorbestimmten prozentualen Anteil der Leistung bzw. der Empfindlichkeit im Normalbetrieb erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass absolute Werte für die Sendeleistung bzw. die Empfangsempfindlichkeit im

Normalbetrieb nicht bekannt sein müssen.

Der Wert für die im Normalbetrieb des LIDAR-Sensors vorhandene maximale

Reichweite des LIDAR-Sensors, der auf der Grundlage der im Normalbetrieb ermittelten Entfernung derartiger Objekte, die im Prüfbetrieb nicht mehr erfasst werden können, ermittelt worden ist, ist vorzugsweise eine Untergrenze für die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors im Normalbetrieb. Diese Untergrenze gibt an, wie weit die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors im Normalbetrieb mit Sicherheit reicht.

Um laufend über die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors informiert zu sein, sieht die Erfindung vor, dass der Normalbetrieb wiederholt durch den Prüfbetrieb

unterbrochen wird. Je häufiger eine derartige Unterbrechung erfolgt, umso mehr kann gewährleistet werden, über die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors praktisch in Echtzeit informiert zu sein. Insofern ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Normalbetrieb von dem Prüfbetrieb periodisch unterbrochen wird, z.B. mehrfach in einer Sekunde.

Grundsätzlich können die Daten zum Ermitteln eines Werts für die im Normalbetrieb des LIDAR-Sensors vorhandenen maximalen Reichweite auf der Grundlage der im

Normalbetrieb ermittelten Entfernung derartiger Objekte, die im Prüfbetrieb nicht mehr erfasst werden, mittels unterschiedlicher Verfahren berechnet werden. Vorzugsweise sind dazu jedoch Daten vorab empirisch ermittelt worden. Mit anderen Worten: Im Vorfeld des eigentlichen Betriebs des LIDAR-Sensors sind Testmessungen durchgeführt worden, im Rahmen derer ermittelt worden ist, wie es sich um die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors verhält, wenn Objekte in bestimmten Entfernungen von dem

LIDAR-Sensor im Normalbetrieb noch erfasst werden konnten, im Prüfbetrieb jedoch nicht mehr. Derartige Daten können z.B. in einer Tabelle abgelegt werden, um darauf während des eigentlichen Betriebs des LIDAR-Sensors zurückgreifen zu können. Ferner kann die Abhängigkeit der Entfernung der im Prüfbetrieb nicht mehr ermittelten Objekte von der maximalen Reichweite des LIDAR-Sensors näherungsweise durch eine Formel beschrieben werden, die dann im eigentlichen Betrieb des LIDAR-Sensors zur

Ermittlung eines Werts für die maximale Reichweite im Rahmen des Prüfbetriebs verwendet wird.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Betriebsverfahrens, wie zuvor beschrieben, in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Betriebsverfahrens für einen LIDAR-Sensor, wie zuvor beschrieben.

Schließlich betrifft die Erfindung auch einen LIDAR-Sensor zum Senden eines LIDAR-Signals und zum Empfangen eines zurückgestreuten Anteils des LIDAR-Signals, um in einem Normalbetrieb des LIDAR-Sensors die Entfernung von in einer von dem LIDAR-Sensor abgetasteten Umgebung vorhandenen Objekten zu ermitteln, wobei der LIDAR-Sensor derart eingerichtet ist, dass das LIDAR-Signal im Normalbetrieb mit einer vorbestimmten Normalleistung gesendet und der zurückgestreuten Anteils des LIDAR-Signals mit einer vorbestimmten Normalempfindlichkeit empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der LIDAR-Sensor außerdem derart eingerichtet ist, dass der Normalbetrieb wiederholt durch einen Prüfbetrieb unterbrochen wird und dass im Prüfbetrieb ein LIDAR-Signal mit einer gegenüber der vorbestimmten Normalleistung um ein vorbestimmtes Maß verringerten Prüfleistung gesendet und/oder der

zurückgestreute Anteil des LIDAR-Signals mit einer gegenüber der vorbestimmten Normalempfindlichkeit um ein vorbestimmtes Maß verringerten Prüfempfindlichkeit empfangen wird und ein Wert für die im Normalbetrieb des LIDAR-Sensors vorhandene maximale Reichweite des LIDAR-Sensors auf der Grundlage der im Normalbetrieb ermittelten Entfernung derartiger Objekte ermittelt wird, die im Prüfbetrieb nicht mehr erfasst werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der LIDAR-Sensor derart eingerichtet ist, dass die Prüfleistung auf einen vorbestimmten Anteil der Normalleistung verringert wird und/oder dass die Prüfempfindlichkeit auf einen vorbestimmten Anteil der Normalempfindlichkeit verringert wird.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass der LIDAR-Sensor derart eingerichtet ist, dass der Normalbetrieb von dem Prüfbetrieb periodisch unterbrochen wird.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ein Speicher vorgesehen, in dem vorab ermittelte Daten zum Ermitteln der im Normalbetrieb des LIDAR-Sensors vorhandenen maximalen Reichweite des LIDAR-Sensors auf der Grundlage der im Normalbetrieb ermittelten Entfernung derartiger Objekte, die im Prüfbetrieb nicht mehr erfasst werden, abgelegt sind.

Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Kraftfahrzeug, mit einem LIDAR-Sensor, wie zuvor beschrieben.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen.

Es zeigen

Fig. 1 schematisch ein Fahrzeug mit einem LIDAR-Sensor gemäß einem bevorzugten

Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Betriebs des LIDAR-Sensors gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Normalbetrieb und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Betriebs des LIDAR-Sensors gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Prüfbetrieb.

Figur 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 , das in seinem Frontbereich mit einem LIDAR-Sensor 2 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgerüstet ist. Wie ein herkömmlicher LIDAR-Sensor ist der LIDAR-Sensor 2 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Senden eines LIDAR-Signals 4 und zum

Empfangen eines zurückgestreuten Anteils des LIDAR-Signals 4 eingerichtet, um im eigentlichen Betrieb, vorliegend Normalbetrieb genannt, die Entfernung von Objekten zu ermitteln, die sich im Bereich der von dem LIDAR-Sensor 2 abgetasteten Umgebung befinden. In Figur 1 dargestellt ist, dass der LIDAR-Sensor 2 des Fahrzeugs ein LIDAR-Signal 4 nach vorne hin abstrahlt. Im Erfassungsbereich des LIDAR-Signals 4 befindet sich vorliegend ein weiteres Fahrzeug 3, so dass Teile des LIDAR-Signals 4 am

Fahrzeug 3 zurückgestreut und vom LIDAR-Sensor 2 erfasst werden können.

Gemäß dem vorliegend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nun insbesondere vorgesehen, dass der LIDAR-Sensor 2 in zwei verschiedenen Betriebsformen betrieben wird, zum einen nämlich in dem schon angesprochenen Normalbetrieb und zum anderen in einem Prüfbetrieb. Vorliegend wird der LIDAR-Sensor 2 im Normalbetrieb mit voller Leistung betrieben, das heißt mit maximaler Sendeleistung und mit maximaler Empfangsempfindlichkeit. Auf diese Weise besteht die größte maximale Reichweite des LIDAR-Sensors 2, die, wie in Figur 2 dargestellt, dafür ausreicht, sämtliche der sich in der abgetasteten Umgebung des LIDAR-Sensors 2 befindlichen Objekte 1 1 , 12, 13 und 14 zu detektieren. Dass die Objekte 1 1 , 12, 13 und 14 von dem LIDAR-Sensor 2 detektiert worden sind, wird vorliegend dadurch angedeutet, dass die Objekte 1 1 , 12, 13 und 14 schraffiert dargestellt sind.

Um nun zu ermitteln, wie groß die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors 2 mit Sicherheit tatsächlich ist, wird in dem in Figur 3 schematisch gestellten Prüfbetrieb die Normalleistung für das Senden des LIDAR-Signals auf eine Prüfleistung reduziert, die nur 30 % der Normalleistung beträgt. Die Empfangsempfindlichkeit bleibt dabei gleich, weicht also nicht von der Normalempfindlichkeit ab. Damit verbunden ist, dass nicht mehr alle Objekte 1 1 , 12, 13 und 14 vom LIDAR-Sensor erfasst werden können. Die Objekte 13 und 14 liegen jetzt nämlich außerhalb der maximalen Reichweite bei der auf die Prüfleistung reduzierten Sendeleistung, so dass die Objekte 13 und 14 nicht mehr schraffiert dargestellt sind. Anders formuliert: Die Objekte 13 und 14 liegen offensichtlich außerhalb der maximalen Reichweite des LIDAR-Sensors im Prüfbetrieb, so dass damit jedenfalls eine Obergrenze für die maximalen Reichweite des LIDAR-Sensors im Prüfbetrieb vorliegt, da die Entfernung der Objekte 13 bzw. 14 vom LIDAR-Sensor 2 aufgrund der Messung im Normalbetrieb bekannt ist.

Mit Hilfe von vorab empirisch ermittelten und in einem Speicher 5 des LIDAR-Sensors 2 abgelegten Daten dafür, wie stark die maximale Reichweite bei einer Reduzierung der

Sendeleistung auf 30 % der Normalleistung zurückgeht, kann daher nun ermittelt werden, wie hoch die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors im Normalbetrieb tatsächlich ist, wenn die Objekte 13 und 14 mit ihren im Normalbetrieb ermittelten Entfernungen vom LIDAR-Sensor 2 im Prüfbetrieb nicht mehr detektiert werden können. Konkret erlaubt die im Normalbetrieb ermittelte Entfernung des Objekts 12, das im Prüfbetrieb gerade noch erfasst werden konnte, die Bestimmung einer Untergrenze für die maximale Reichweite des LIDAR-Sensors im Normalbetrieb. Fällt diese Untergrenze für die maximale Reichweite für den Normalbetrieb unter eine vorbestimmte Schwelle, so können entsprechend dem vorliegend beschriebenen bevorzugten

Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeug

2 LIDAR-Sensor

3 weiteres Fahrzeug

4 LIDAR-Signal

5 Speicher

1 1 Objekt

12 Objekt

13 Objekt

14 Objekt