Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR GENERATING SENSOR DATA FOR SAFETY-CRITICAL AUTOMOBILE CONTROL DEVICES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/162317
Kind Code:
A1
Abstract:
A computer-implemented method for generating sensor data (DAT) which are fed into an automobile control device to be tested by means of an HIL or SIL test, wherein a 3-D model (3D-MOD) containing a multiplicity of model objects (OBJ, B1, FG1, FG2, AUTO) is read in; wherein a channel model (RAD-MOD) is generated by linking a backscattering function (FKT1, FKT2, FKT3) to at least one model object (OBJ, B1, FG1, FG2), wherein the backscattering function represents the backscattering characteristic of a model object - for example tree B1, pedestrians FG1 and FG2 - scanned by means of a scanning beam from an environmental sensor (SEN) - for example radar, lidar or ultrasonic sensors -; wherein a simulated scanning beam scans the generated channel model (RAD-MOD); wherein a path list of the simulated scanning beams, which contains the paths of the scanning beams reflected back to the environmental sensor (SEN), is generated; and wherein sensor data (DAT) for feeding into the control device to be tested are generated from the path list.

Inventors:
MEYER, Philipp (Paderborn, 33102, DE)
GRAF, Sebastian (Paderborn, 33102, DE)
SCHÜTTE, Frank (Paderborn, 33102, DE)
Application Number:
EP2019/054199
Publication Date:
August 29, 2019
Filing Date:
February 20, 2019
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
DSPACE DIGITAL SIGNAL PROCESSING AND CONTROL ENGINEERING GMBH (Rathenaustr. 26, Paderborn, 33102, DE)
International Classes:
G05B23/02; G01S13/00; G01S15/00; G01S17/00
Foreign References:
DE102014118625A12016-06-16
DE102014118624A12016-06-16
EP3115804A12017-01-11
Other References:
None
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche:

1. Computer-implementiertes Verfahren zur Erzeugung von Sensordaten zur Einspeisung in ein mittels HIL oder SIL-Test zu testenden Steuergeräts für aktive Umgebungssensoren, insbesondere automotive aktive Umgebungssensoren, ausgeführt mittels wenigstens einer elektronischen Recheneinheit (RT-PC), welches folgende Schritte umfasst:

Einlesen eines 3D-Modells (3D-MOD), wobei das 3D-Modell eine Vielzahl Modellobjekte (OBJ) enthält,

wobei das 3D-Modell eine zum Testen des Umgebungssensors definierte Umgebungsszene mit einer Vielzahl Umgebungsobjekten abbildet; Aussenden wenigstens eines Abtaststrahls in einem Sendewinkel in den Sichtbereich des Umgebungssensors (SEN); dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin folgende Schritte umfasst: Generierung eines

Kanalmodells (RAD-MOD), wobei das Generieren durch Verknüpfen von wenigstens einer Rückstreufunktion mit wenigstens einem Modellobjekt, wobei die Rückstreufunktion die Rückstreucharakteristik des simulierten Umgebungsobjekts abbildet;

Verfolgung des Abtaststrahls durch das Kanalmodell, wobei die Abtaststrahlen mit den Modellobjekten entsprechend der verknüpften Rückstreufunktion wechselwirken, Detektion von Abtaststrahlen, die zurück zum Umgebungssensor reflektiert werden; Generierung einer Pfadliste, die die Pfade der zurück zum Umgebungssensor reflektierten Abtaststrahlen enthält,

Generierung von Sensordaten (DAT) zur Einspeisung in das zu testende Steuergerät aus der generierten Pfadliste.

2. Verfahren nach 1, wobei die Vielzahl Abtaststrahlen ausgehend vom

Umgebungssensor mit verschiedenen Sendewinkeln ausgesendet werden, sodass der Sichtbereich wenigstens teilweise fächerförmig abgedeckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Pfadliste eine Amplitude, und/oder eine Dopplerfrequenz, und/oder eine Pfadlänge, und/oder einen Sende-/Empfangswinkel des Abtaststrahls und/oder eine Auflistung der Interaktionspunkte des Abtaststrahls mit den

Modellobjekten enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rückstreufunktion deterministisch oder stochastisch ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rückstreufunktion eine Reflexion des Abtaststrahls an dem Modellobjekt mit dem er wechselwirkt abhängig vom Einfallswinkel bewirkt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rückstreufunktion eine Reflexion des Abtaststrahls an dem Modellobjekt mit dem er wechselwirkt unabhängig vom Einfallswinkel bewirkt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das 3D- Modell weiterhin eine Texturkarte umfasst, und die Rückstreufunktionen in der Texturkarte mit den Modellobjekten verknüpft sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Rückstreufunktion ein eindeutiges Identifizierungsmerkmal zugeordnet ist, und wobei das Verknüpfen durch Speichern des Identifizierungsmerkmals in der Texturkarte erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verfolgung des Abtaststrahls durch das Kanalmodell nach einer festgelegten Anzahl an Reflexionen, oder Unterschreiten einer bestimmten Schwelle der reflektierten Amplitude, abgebrochen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zur Generierung einer zweidimensionalen Abbildung des Kanalmodells aus der Perspektive des zu testenden Umgebungssensors umfasst, wobei die zweidimensionale Abbildung eine graphische Darstellung der durch das Kanalmodell berechneten und zurück zum Umgebungssensor reflektierten Abtaststrahlen umfasst.

11. Vorrichtung zum Echtzeittesten eines Steuergeräts für radarbasierte Umgebungssensoren, umfassend eine elektronische Recheneinheit mit einem Speicher, und mit einer ersten Schnittstelle, und einer zweiten Schnittstelle,

wobei die erste Schnittstelle als Eingangsschnittstelle eingerichtet ist, ein 3D-Modell einzulesen,

wobei das 3D-Modell eine Vielzahl Modellobjekte (OBJ) enthält, wobei das 3D-Modell eine zum Testen des Umgebungssensors definierte Umgebungsszene mit einer Vielzahl Umgebungsobjekten abbildet; und wobei die zweite Schnittstelle eingerichtet ist, Sensordaten auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Recheneinheit dazu eingerichtet/programmiert ist, folgende Schritte auszuführen : aus einem eingelesenen 3D-Modell ein Kanal-Modell zu erzeugen, und dazu das 3D-Modell mit Rückstreufunktionen zu verknüpfen, wobei die Rückstreufunktionen die Rückstreucharakteristik des simulierten Umgebungsobjekts abbildet;

Verfolgung des Abtaststrahls durch das Kanalmodell, wobei die Abtaststrahlen mit den Modellobjekten entsprechend der verknüpften Rückstreufunktion wechselwirken; Detektion von Abtaststrahlen, die zurück zum Umgebungssensor

(SEN) reflektiert werden;

Generierung einer Pfadliste, die die Pfade der zurück zum Umgebungssensor reflektierten Abtaststrahlen enthält; und

Generierung von Sensordaten (DAT) zur Einspeisung in das zu testende Steuergerät aus der generierten Pfadliste.

Description:
Computer-implementiertes Verfahren zur Erzeugung von Sensordaten

Die Erfindung betrifft ein computer-implementiertes Verfahren zur Erzeugung von Sensordaten zur Einspeisung in ein Steuergerät für aktive Sensorsysteme, insbesondere Steuergeräte für Radar-, Lidar- und Ultraschallbasierte Sensoren, welches mittels Hardware-in-the-Loop- oder Software-in-the-Loop-Test (HIL- oder SIL-Test) getestet wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Echtzeittesten eines oder mehrerer Steuergeräte für die oben genannten aktiven Sensorsysteme mittels HIL-Simulation.

Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind bekannt im Bereich der Entwicklung und Absicherung sicherheitskritischer Steuergeräte, wie sie beispielsweise von Automobilzulieferern durchgeführt werden. Dies betrifft auch die Untergruppe der Steuergeräte, die für Fahrerassistenzsysteme eingesetzt werden. Solche Geräte finden Anwendung in Einparkhilfen,

Spurhalte- und Notbremsassistenten, Abstandstempomaten u.v.m. Gemeinsam ist diesen Systemen, dass sie auf die präzise Erfassung des Fahrzeugumfelds durch Sensoren angewiesen sind. Die Evaluierung dieser Steuergeräte findet häufig mittels HIL- oder SIL-Test in einem offenen (Open- Loop) oder geschlossenen (Closed-Loop) System statt. In beiden Fällen wird die Umgebung des oder der zu testenden Steuergeräte durch eine Simulation abgebildet, eventuell vorhandene Sensoren werden bis zu einem gewissen Punkt der Wirkkette ebenfalls simuliert. Die Simulation findet auf einem Rechnersystem statt, dass je nach Anwendungsfall mit Recheneinheiten und echtzeitfähigen Betriebssystemen ausgestattet ist, oder auch über leistungsfähige GPUs und FPGAs verfügen kann. Bei diesem Rechnersystem spricht man in der Regel und im Folgenden von einem Simulator.

In der offenen Variante wird entweder ein Prototyp des Steuergeräts - also ein real vorhandenes Steuergerät - oder ein simuliertes Steuergerät über eine geeignete Schnittstelle mit den durch die Simulation künstlich erzeugten Sensordaten stimuliert und überprüft, ob die Ausgabe des Steuergeräts bzw. des zu testenden Algorithmus auf dem simulierten Steuergerät den Erwartungen entspricht. In der geschlossenen Variante wird der Wirkungskreis über das Steuergerät geschlossen, d.h. die Ausgabe des zu testenden Steuergeräts wird wieder an den Simulator zurück gespielt und kann dort den Zustand der Simulation beeinflussen. Eventuell verlangt das zu testende Steuergerät Ausgabedaten weiterer, zum Testzeitpunkt nicht verfügbarer Steuergeräte zurück. Diese können dann durch eine Restbussimulation eingebunden werden. Ziel eines solchen Closed-Loop- Systems ist, dem zu testenden Steuergerät den Eindruck zu verschaffen, es wäre in ein echtes Fahrzeug verbaut und in der realen Umgebung unterwegs und das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten zu evaluieren.

In manchen Fällen ist vorgesehen, dass die Simulation gewisse Echtzeitbedingungen erfüllt. Dies ist erforderlich, weil das Steuergerät an seinem Bestimmungsort - im Fahrzeug - in Interaktion mit der Umwelt steht und auf diese reagieren muss. Der Simulator muss daher die durch die Simulation errechneten Ausgabedaten in Reaktion auf die Eingabedaten des Steuergeräts innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls - häufig im einstelligen Millisekunden Bereich - liefern.

Da die Anforderungen an Fahrerassistenzsysteme in jüngerer Vergangenheit gestiegen sind und weiter steigen werden, steigen auch die Anforderungen an Test- und Entwicklungsverfahren zur Evaluierung solcher Systeme. Da solche Fahrerassistenzsysteme einen großen Bedarf an Sensordaten haben, stellen sich für die Testsysteme neue Herausforderungen dar.

Im Bereich der Fahrerassistenzsysteme verwendete Sensoren sind häufig nach einem aktiven Prinzip arbeitende Sensoren - im Weiteren werden diese Art Sensoren aktive Umgebungssensoren genannt. Darunter werden in diesem Zusammenhang Sensoren verstanden, die durch Aussendung von elektromagnetischen Wellen, bspw. im Sichtbaren, Infrarot, UV- oder Radiofrequenzbereich, oder durch Aussendung von Ultraschallwellen, ihre Umgebung abtasten, welche an Objekten in der Umwelt des Sensors reflektiert werden, und die registrierten reflektierten Signale analysieren. Beispiele für solche Sensoren sind Radar-, Lidar-, Flash-Lidar- oder Ultraschallsensoren sowie Time-of-Flight-Kameras. Letztere werden häufig auch 3D-Kameras genannt. Allen diesen Techniken ist gemeinsam, dass die an den Umweltobjekten reflektierten bzw. gestreuten Signale Informationen über Entfernung der Objekte zum Sensor bzw. zum Fahrzeug enthalten, oder auch über die Relativgeschwindigkeit des Objekts zum Fahrzeug. Die Analyse der reflektierten Signale wird durch das Steuergerät, welches den Sensor betreibt, durchgeführt und ggfs basierend auf den erhaltenen Daten Signale an weitere im Fahrzeug enthaltene Steuergeräte weitergegeben. Würde zum Beispiel ein als Fußgänger erkanntes Objekt mit einer gewissen Relativgeschwindigkeit vor den Sensor laufen, könnte das Sensorsteuergerät eine Notbremsung veranlassen, in dem es einen entsprechenden Befehl an das Bremssteuergerät sendet.

Um solche Sensorsysteme im HIL- oder SIL-Test zu testen, ohne den Sensor in die echte Umweltumgebung zu bringen wird die Umwelt durch eine Simulation ersetzt und dem Steuergerät vorgetäuscht, es detektiere Signale von dieser simulierten Umwelt. Diese Daten müssen so aufbereitet werden, dass sie in die interne Datenverarbeitung des Steuergeräts eingespeist werden können, hier ist bei diesen eingespeisten Daten die Rede von Sensordaten. Die Simulation berechnet in der Regel mehrdimensionale Daten und oft muss, beispielsweise im HIL- Fall , Echtzeitfähigkeit sichergestellt werden, daher ist die Berechnung der Sensordaten entsprechend rechenintensiv. Eine detailgetreue Abbildung der simulierten Umweltumgebung und Generierung von realitätsnahen Sensordaten basierend auf der simulierten Umweltumgebung ist mit den verfügbaren Recheneinheiten oft gar nicht möglich. Aus diesem Grund ist es erstrebenswert, die Komplexität der Berechnung mittels eines geeigneten Verfahrens zu reduzieren.

Im Stand der Technik bekannte Ansätze zur Reduktion der Komplexität basieren darauf, die in der simulierten Umweltumgebung vorhandenen Objekte, zum Beispiel virtuelle Repräsentationen von Autos, auf wenige Streuzentren zu reduzieren und damit die Berechnungszeit für die Simulation zu verkürzen. Bei dieser Vorgehensweise stellt sich das Problem, dass die Simulation dann nicht detailgetreu ist und die Qualität des Tests sinkt. Diese Abstriche an der Testqualität sind bei sicherheitskritischen Sensoren nicht erwünscht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, den Stand der Technik weiterzubilden. Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche, das computer-implementierte Verfahren zur Erzeugung von Sensordaten im Patentanspruch 1 sowie durch die Vorrichtung zum Echtzeittesten eines Steuergeräts in Patentanspruch 11.

Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein computer-implementiertes Verfahren zur Erzeugung von Sensordaten zur Einspeisung in ein mittels HIL oder SIL-Test zu testenden Steuergeräts für aktive Umgebungssensoren, insbesondere automotive aktive Umgebungssensoren, ausgeführt mittels wenigstens einer elektronischen Recheneinheit (RT-PC), welches folgende Schritte umfasst: Einlesen eines 3D-Modells (3D-MOD), wobei das 3D-Modell eine Vielzahl Modellobjekte (OBJ) enthält, wobei das 3D-Modell eine zum Testen des Umgebungssensors definierte Umgebungsszene mit einer Vielzahl Umgebungsobjekten abbildet; Aussenden wenigstens eines Abtaststrahls in einem Sendewinkel in den Sichtbereich des Umgebungssensors (SEN); dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin folgende Schritte umfasst: Generierung eines Kanalmodells (RAD-MOD), wobei das Generieren durch Verknüpfen von wenigstens einer Rückstreufunktion mit wenigstens einem Modellobjekt, wobei die Rückstreufunktion die Rückstreucharakteristik des simulierten Umgebungsobjekts abbildet; Verfolgung des Abtaststrahls durch das Kanalmodell, wobei die Abtaststrahlen mit den Modellobjekten entsprechend der verknüpften Rückstreufunktion wechselwirken, Detektion von Abtaststrahlen, die zurück zum Umgebungssensor reflektiert werden; Generierung einer Pfadliste, die die Pfade der zurück zum Umgebungssensor reflektierten Abtaststrahlen enthält, Generierung von Sensordaten (DAT) zur Einspeisung in das zu testende Steuergerät aus der generierten Pfadliste. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zum Echtzeittesten eines Steuergeräts für radarbasierte Umgebungssensoren, umfassend eine elektronische Recheneinheit mit einem Speicher, und mit einer ersten Schnittstelle, und einer zweiten Schnittstelle, wobei die erste Schnittstelle als Eingangsschnittstelle eingerichtet ist, ein 3D-Modell einzulesen, wobei das 3D-Modell eine Vielzahl Modellobjekte (OBJ) enthält, wobei das 3D-Modell eine zum Testen des Umgebungssensors definierte Umgebungsszene mit einer Vielzahl Umgebungsobjekten abbildet; und wobei die zweite Schnittstelle eingerichtet ist, Sensordaten auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Recheneinheit dazu eingerichtet/programmiert ist, folgende Schritte auszuführen : aus einem eingelesenen 3D-Modell ein Kanal-Modell zu erzeugen, und dazu das 3D- Modell mit Rückstreufunktionen zu verknüpfen, wobei die Rückstreufunktionen die Rückstreucharakteristik des simulierten Umgebungsobjekts abbildet; Verfolgung des Abtaststrahls durch das Kanalmodell, wobei die Abtaststrahlen mit den Modellobjekten entsprechend der verknüpften Rückstreufunktion wechselwirken; Detektion von Abtaststrahlen, die zurück zum Umgebungssensor (SEN) reflektiert werden; Generierung einer Pfadliste, die die Pfade der zurück zum Umgebungssensor reflektierten Abtaststrahlen enthält; und Generierung von Sensordaten (DAT) zur Einspeisung in das zu testende Steuergerät aus der generierten Pfadliste.

Die Umgebungssensoren können dabei beispielsweise Radar-, Lidar-, Flash- Lidar-, (TOF)-Kameras oder Ultraschallsensoren sein. Alle diese Sensoren sind in ihrer Funktionsweise wohlbekannt, und Details zur Funktionsweise können der einschlägigen Fachliteratur entnommen werden. So sind Radarsensoren mit Sende- und Empfangsantennen ausgestattet und senden elektromagnetische Wellen in den Sichtbereich des Sensors, wo sie an Umgebungsobjekten reflektiert bzw. gestreut werden. Dabei können verschiedene Modulationstechniken angewendet werden, um die Auswertbarkeit der reflektierten Wellen abhängig vom Anwendungsfall zu optimieren. Im automotiven Bereich sind sogenannte„Frequency modulated Continous Wave"-Verfahren üblich, was auf Deutsch Dauerstrichradar genannt wird, oder andere Modulationsverfahren. Die so modulierten und an Umgebungsobjekten gestreuten Wellen können vom Radarsensor empfangen werden, und die interne Datenverarbeitung des angeschlossenen Steuergeräts ist in der Lage, basierend auf Einfallswinkel, Laufzeit und Dopplerfrequenz auf Abstand, Azimutwinkel, Elevation und Relativgeschwindigkeit der Umgebungsobjekte zu schließen. Bei dem Weg der elektromagnetischen Welle durch die Umgebung kann kommt außer zu einfachen Rückstreuereignissen zu Reflexionen nach dem Reflexionsgesetz und zu MehrfachReflexionen an Oberflächen und Ebenen, zum Beispiel Kühlerhauben oder dem Asphalt der Straße. Diese können durch einfache Rückstreufunktionen beschrieben werden. Zum Beispiel haben Messungen ergeben, dass verwinkelte Strukturen wie Radkästen unabhängig vom Einfallswinkel zur Empfangsantenne des Sensors - mit geringer Intensität- zurückreflektiert werden. Einfache Oberflächen erzeugen abhängig vom Einfallswinkel der elektromagnetischen Wellenfront ein Sensorsignal. Ist das Umgebungsobjekt komplexer strukturiert und hat eine interne Dynamik, wie zum Beispiel ein Fußgänger mit schwingenden Armen oder Blätter an einem Straßenbaum, hat das gestreute und von der Empfangsantenne empfangene Signal eine charakteristische Signatur, die auf Effekte wie den Mikrodopplereffekt zurückgehen. Dieser Effekt kommt zustande, wenn Teile eines einzelnen Objekts unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten aufweisen. Bei Objekten, die eine Mikrodoppler-Charakteristik aufweisen, kann man eine deterministische Rückstreufunktion verwenden. Vegetative Objekte wie Bäume und Sträucher kann durch eine stochastische Rückstreufunktion abgebildet werden.

Der Kern der Erfindung ist die Generierung eines Kanalmodells, welches die gewünschte Testszene einerseits realitätsnah abbildet und andererseits schnell berechenbar ist um Echtzeitanforderungen oder sonstigen Anforderungen an die Rechengeschwindigkeit gerecht zu werden.

Dafür wird ein 3D-Modell der gewünschten Szenerie erstellt. Das 3D-Modell enthält die simulierten Repräsentationen für die abzubildenden Umgebungsobjekte - im Weiteren Modellobjekte genannt - und für jedes Modellobjekt Zustandsdaten. Diese können beispielsweise in Form von Datenvektoren vorliegen und Position, Rotation, Geschwindigkeit, u.v.m. des betreffenden Modellobjekts enthalten. Das 3D-Modell wird auf einer elektronischen Recheneinheit berechnet, auch Simulator genannt. Das kann beispielsweise mittels eines speziellen Echtzeit- Betriebssystems oder ein Standard-Betriebssystem wie Windows oder UNIX-basierte Betriebssysteme sein. Ein geeignetes Datenformat für das 3D-Modell kann ein XML-basiertes Format sein. Die XML-Datei definiert die abgebildete Szene, sie enthält alle Modellobjekte (Fahrzeuge, Fußgänger, Leitplanken, Bäume, ...) in der Szenerie mit Position, Rotation, Skalierung und Referenz auf eine 3D- Darstellung des betreffenden Modellobjekts, die beispielsweise im COLLADA- Format vorliegen kann. Das 3D-Modell wird durch den Simulator periodisch aktualisiert und zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt. Dies kann unter anderem eine visuelle Darstellung durch Erzeugung eines Bildes durch eine GPU (Graphical Processing Unit) sein.

Damit aus dem 3D-Modell ein Kanalmodell wird, das die Kanal-Impuls- Antwort für den zu testenden Umgebungssensors liefert, muss die Rückstreucharakteristik der gesamten simulierten Umgebungsszene in das Modell integriert werden. Dafür werden für die Modellobjekte, die im 3D- Modell enthalten sind, charakteristische Rückstreufunktionen ausgewählt und an den Modellobjekten hinterlegt. Dies geschieht durch Verknüpfen der Rückstreufunktion mit der Texturkarte des 3D-Modells, die in anderen Anwendungen auch für die Darstellung von Farbe und Oberflächenbeschaffenheit genutzt werden kann. Nun liegt für jedes Modellobjekt eine passende Rückstreufunktion vor. Diese wird weiter verarbeitet, indem ein simulierter Abtaststrahl das so generierte Kanalmodell abtastet und Reflexion bzw. Rückstreuung des Strahls an den Modellobjekten jeweils gemäß der hinterlegten Rückstreufunktion durchführen kann. Die zurück zum Umgebungssensor gestreuten Anteile des Abtaststrahls werden zur Generierung der Sensordaten verwendet. Dazu wird eine Liste der Abtaststrahlen erzeugt, vorbei diese die Amplitude, und/oder die Dopplerfrequenz, und/oder die Pfadlänge, und/oder den Sende- /Empfangswinkel des Abtaststrahls und/oder eine Auflistung der Interaktionspunkte des Abtaststrahls mit den Modellobjekten enthalten kann. Die Pfade in der Pfadliste sind also genau die Rückstreuungen, die ein Signal auf dem Umgebungssensor erzeugen, und sie enthalten genau die Informationen die der Umgebungssensor zur Positions- und Relativgeschwindigkeitsbestimmung der Umgebungsobjekte benötigt. Daraus und aus Informationen über das gesendete Signal können also digitale Sensordaten errechnet werden, die zur Einspeisung in die Signalverarbeitung des Umgebungssensors geeignet sind.

Der Vorteil dieses Vorgehens ist, dass auch Mehrfach-Reflexionen betrachtet werden können. Außerdem ist die Simulation detailliert und realitätsnah, kann aber auch mit kurzen Rechenzeiten bewältigt werden. So kann mit diesem Simulationsverfahren zum Beispiel auch Echtzeitfähigkeit erzeugt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sieht die Erfindung vor, dass der Sichtbereich des Sensors fächerartig durch den Abtaststrahl abgedeckt wird. Dies hat den Vorteil, dass die gesamte simulierte Szene durch den Abtaststrahl erfasst wird. Zudem entspricht dieses Vorgehen der Funktionsweise von vielen echten Umgebungssensoren, zum Beispiel Radar- Sensoren oder Lidar-Sensoren. Arbeitet der Umgebungssensor nicht nach einem Abtastprinzip, zum Beispiel Flash-Lidar-Sensoren, kann die Simulation aber dennoch auf diese Weise durchgeführt werden. Wichtig ist nur, dass pro Simulationsschritt eine aktualisierte Version des der Kanal-Impulsantwort erzeugt wird.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Rückstreufunktion deterministisch oder stochastisch ist. Ein Beispiel für eine stochastische Rückstreufunktion ist die Simulation von Vegetation, beispielsweise Bäumen oder Sträuchern. Für die Abbildung solcher komplexer Objekte liefert die Erfindung eine einfache Möglichkeit, die Kanal-Impuls- Antwort zu erzeugen, indem das abzubildende Objekt durch eine einfache Hülle modelliert wird, wie sie aus dem 3D-Objekt bereits vorliegt und durch die Erfindung mit einer stochastischen Rückstreufunktion verknüpft wird, die dem Umgebungssensor den Anschein gibt, der Abtaststrahl wäre an einer Laubkrone oder ähnlichem reflektiert worden. Ein Beispiel für eine deterministische Funktion ist die Abbildung eines Fußgängers. Ein echter Fußgänger würde den Abtaststrahl entsprechenden seiner Relativgeschwindigkeit und -Position zurückstreuen, und außerdem würde eine charakteristische Mikro-Doppler-Signatur in den rückgestreuten Signalen zu erkennen sein, die durch die Arm- und/oder Beinbewegung zustande kommt. Im Kanalmodell kann der Fußgänger also so abgebildet werden, dass wieder mit einer einfachen Form aus dem 3D-Modell mit einem Ausrichtungsvektor, die den Fußgänger mit einer bestimmten Orientierung abbildet, bspw. einer Zylinderform gestartet wird und auf diesem 3D-Modell des Fußgängers eine Rückstreufunktion hinterlegt wird, die die gewünschte Antwort liefert. Das kann in diesem Beispiel eine Parametrierung anhand von Größe, Breite, Schrittfrequenz mit zugehörigen Anfangswerten sein und der Zuordnung einer charakteristischen Rückstreufunktion mit Mikro-Doppler- Charakteristik, die abhängig von den festgelegten Parametern und vom Einfallswinkel ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die

Rückstreufunktion eine Reflexion des Abtaststrahls an dem Modellobjekt mit dem er wechselwirkt abhängig vom Einfallswinkel bewirkt. Diesem Vorgehen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Reflexion des Abtaststrahls bspw. eines Radarsensors oder eines anderen Umgebungssensors an

Umgebungsobjekten gemäß des Reflexionsgesetzes abgebildet werden kann, wenn das Umgebungsobjekt einfache und glatte Oberflächen besitzt.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die

Rückstreufunktion eine Reflexion des Abtaststrahls an dem Modellobjekt mit dem er wechselwirkt unabhängig vom Einfallswinkel bewirkt. Diesem Vorgehen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Reflexion des Abtaststrahls eines Radarsensors oder eines anderen Umgebungssensors an

Umgebungsobjekten nicht mehr vom Einfallswinkel abhängt, wenn nach innen verwinkelte Strukturen vorliegen, weil der Abtaststrahl innerhalb der Struktur mehrfach reflektiert wird und auf diese Weise unabhängig vom Blickwinkel ein Signal erzeugt.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verfolgung des Abtaststrahls durch das Kanalmodell nach einer festgelegten Anzahl an Reflexionen, oder Unterschreiten einer bestimmten Schwelle der reflektierten Amplitude, abgebrochen wird. Dies hat den Vorteil, dass die Rechenzeit der Simulation begrenzt wird. Dies ist möglich weil bei Betrachtung von weiteren Reflexionen aufgrund der dann schon reduzierten reflektierten Amplitude sowieso keine beträchtliche Rückstreuung auf den Umgebungssensors mehr zu erwarten ist. Die Festlegung der Schwelle kann anhand der Komplexität des Gesamtmodells entschieden werden. Hier muss ein Abwägen zwischen gewünschtem Detailgrad der Simulation und Rechenkapazität durchgeführt werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zur Generierung einer zweidimensionalen Abbildung des Kanalmodells aus der Perspektive des zu testenden Umgebungssensors umfasst, wobei die zweidimensionale Abbildung eine graphische Darstellung der durch das Kanalmodell berechneten und zurück zum Umgebungssensor reflektierten Abtaststrahlen umfasst. Dies hat den Vorteil, dass vor tatsächlichem Durchführen der Simulation mit Erzeugung von Sensordaten und Einspeisung in den Umgebungssensor eine Überprüfung der Ergebnisse, die das Kanalmodell liefern wird, stattfinden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben auch keine ableitbare geometrische Relationen zueinander auf.

Darin zeigt:

Figur 1 Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform

Figur 2 Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines 3D-Modells

Figur 3 Eine schematische Darstellung eines Kanalmodells basierend auf einem 3D-Modell Figur 1 zeigt ein Beispiel für ein zu testendes Sensorsystem, umfassend eine Sendeeinheit TX und zwei Empfangseinheiten RX, eine Messdatenaufbereitungseinheit ECU_WAV und Signalverarbeitungseinheiten Sl, S2 und S3. Das Sensorsystem ist in diesem Beispiel ein Radarsensor mit Steuergerät, welches die Messdatenaufbereitungseinheit und die

Signalverarbeitungseinheiten umfasst, und tastet seine Umwelt durch Aussenden von Abtaststrahlen ausgehend vom Sensor SEN mittels einer Sendeeinheit TX ab. Die Abtaststrahlen werden an Umgebungsobjekten gestreut und zurück zum Sensor geworfen, wo sie durch die Empfangseinheiten RX registriert werden. Hier sind beispielhaft zwei Empfangseinheiten gezeigt, allerdings können auch mehr oder weniger Empfangseinheiten vorgesehen sein. Die durch die Empfangseinheit RX registrierten Messdaten werden dann durch die Messdatenaufbereitungseinheit ECU_WAV aufbereitet, wozu je nach zu testendem Sensorsystem Demodulation und/oder Digitalisierung zählen. Die digitalisierten Daten werden in Schritt Sl mittels geeigneter Methoden spektral analysiert, bspw. durch (Fast) Fourier Transformation. Aus diesen Daten DAT wird nun für jedes gemessene Signal festgestellt, in welcher Distanz und in welchem azimutalen Winkel sich das betreffende Objekt befindet, und welche Relativgeschwindigkeit es hat. Zusätzlich kann auch ein Elevationswinkel bestimmt werden, also in welcher Höhe sich das Umgebungsobjekt befindet. Weitere Verarbeitungsschritte können beispielsweise ein Tracking dieser festgestellten Werte über einen gewissen Zeitraum sein, sodass sichergestellt ist, dass die Werte tatsächlich durch ein physikalisch vorhandenes Umgebungsobjekt verursacht wurden (Schritt S2), oder eine Objektklassifizierung (Schritt S3), bei dem aus den gemessenen und getrackten Werten erkannt wird, welcher Objekttypus, also Auto, Fußgänger, Gebäude, oder ..., die Messwerte verursacht hat. In Figur 1 gestrichelt dargestellt ist der durch die Simulation abgedeckte Teil des Systems. In diesem Beispiel werden die physikalische im Sensorsystem vorhandenen Sende- und Empfangseinheiten durch eine Simulation ersetzt. Das Ergebnis der Simulation ist die Erzeugung von Sensordaten DAT, die vor Schritt S1 in die Signalverarbeitungseinheit des Sensorsystems eingespeist werden kann und die dem Steuergerät vermitteln, es sähe eine bestimmte, virtuell erzeugte Umgebungsszene. Um die passenden rückgestreuten Signale zu erzeugen wird ein dreidimensionales Modell dieser Umgebungsszene erstellt und mit Rückstreufunktionen verknüpft, um ein Kanalmodell RAD-MOD zu erhalten, das die erwarteten Messdaten erzeugt. Das Kanalmodell enthält Modellobjekte OBJ und die verknüpften Rückstreufunktionen (nicht in Figur 1 dargestellt), so dass auf das Abtasten mittels des Abtaststrahls hin eine realistische Kanal-Impuls-Antwort als Simulationsergebnis vorliegt.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines 3D-Modells 3D-MOD, in diesem Beispiel sind darin vier Modellobjekte enthalten; ein Fahrzeug AUTOl, ein Baum Bl und zwei Fußgänger FG1 und FG2 enthalten, welche sich auf einer Straßenszene befinden. Die Grundstruktur des 3D-Modell kann beispielsweise eine XML-Datei sein, wobei diese XML-Datei für jedes Modellobjekt und Simulationszeitschritt Koordinaten innerhalb der Umgebungsszene enthalten, die periodisch von elektronischen Recheneinheit RT-PC im Simulator (Recheneinheit nicht in Figur 2 abgebildet) aktualisiert werden. Die XML-Datei enthält zusätzlich für jedes dieser Modellobjekte einen Verweis auf ein in einem 3D-Datenformat (bspw. COLLADA) vorliegendes 3D- Modell des betreffenden Modellobjekts. Außerdem kann eine Texturkarte enthalten sein, welche Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit/- farbe der Modellobjekte enthalten kann. Die Texturkarte kann auch für andere Informationen genutzt werden, zum Beispiel zum Ablegen von Rückstreufunktionen für die betreffenden Modellobjekte. Mittels einer GPU kann aus den vorliegenden Daten eine zweidimensionale Darstellung des 3D- Modell berechnet werden, das periodisch aktualisiert wird.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kanalmodells RAD-MOD, welches aufbauend auf dem 3D-Modell aus Figur 2 generiert wurde. Hier sind wieder die vier Modellobjekte Fahrzeug AUTOl, ein Baum Bl und zwei Fußgänger FG1 und FG2 enthalten, welche sich in einer Straßenszene befinden. Das 3D-Modell wurde durch Rückstreufunktionen angereichert, die die Rückstreueigenschaften des betreffenden Modellobjekts abbilden. Das Fellow-Fahrzeug AUTOl wurde mit zwei geometrischen und stark vereinfachten Reflexionseigenschaften modelliert. Die Radkästen haben eine verwinkelte Struktur und werfen unabhängig vom Einfallswinkel zumindest einen Teil des Abtaststrahls zurück zum Sensor - in der Figur mit (1) bezeichnet. Die glatten Flächen des Fellow-Fahrzeugs erzeugen abhängig vom Einfallswinkel ein Echo auf dem Sensor - in der Figur mit (2) bezeichnet. Unter den Rückstreufunktionen FKT 1 und FKT 2 sind deterministische Funktionen zu verstehen, die aus Sicht des Umgebungssensors typischerweise als von einem mit den Armen schwingenden Fußgänger reflektiertes Rückstreuprofil erkannt wird. Die FKT 3 ist eine stochastische Funktion, welche dem typischen Rückstreuprofil eines Baums Bl entspricht.