技术领域
[0001] 本
发明涉及用于获知车辆的环境中的物体的高度信息的设备以及对应的方法。此外，本发明涉及用于获知物体的高度信息的系统。
背景技术
[0002] 现代车辆(
汽车、运输车、
卡车、摩托车等)包括多个驾驶员辅助系统，所述驾驶员辅助系统为驾驶员提供信息并且部分自动化或全自动化地控制车辆的各个功能。
传感器检测车辆的环境以及另外的交通参与者。基于检测到的数据可以产生车辆环境的模型。通过在自动或部分自动行驶的车辆的领域内的进步的发展，驾驶员辅助系统的影响和作用范围越来越大。通过开发越来越精确的传感器，可以检测环境和交通并且完全地或部分地控制车辆的功能而无驾驶员干预。驾驶员辅助系统在此可以特别地有助于提高交通中的安全性以用于改进行驶舒适性。
[0003] 在此，关键的前提条件是检测和识别本车的环境。通过例如雷达传感器、
激光雷达传感器、
超声波传感器和相机传感器的
环境传感器检测具有关于环境的信息的
传感器数据。基于所检测的数据以及如可能通过附加地考虑在车辆中可供使用的数据，可以识别并且分类车辆的环境中的物体。基于识别的物体，可以例如将自动或部分自动的车辆的行为与当前的情况匹配。
[0004] 在环境检测中的挑战是估计环境传感器的观察范围内的地面或路面(道路平面)。车辆上的传感器在与本车相关的相对
坐标系或相对车辆固定的坐标系(EGO坐标系)中显示数据。在此坐标系中不能获知物体相对于地面或车道的高度，以做出关于在物体上方或下方的可行驶性的决定。在全局坐标系或
位置固定的坐标系(世界坐标系)内对于环境的显示和处理要求往往是计算昂贵的变换。但是在许多行驶情况中关于在物体上方或下方的可行驶性的决定是关键的，并且必须或多或少地实时进行。
发明内容
[0005] 由此出发，本发明要解决的问题是提供用于获知车辆的环境中的静态和动态的物体的高度信息的措施。特别地，应可靠地并且能高效计算地实现物体高度的获知和自由高度的获知，即障碍物(例如
桥梁等)下方的自由区域的高度的获知。
[0006] 为解决此任务，本发明涉及用于获知车辆的环境中的物体的高度信息的设备，所述设备具有：
[0007] 输入
接口，所述输入接口用于接收环境传感器的环境传感器数据以及车辆传感器的车辆传感器数据，环境传感器数据具有关于车辆的环境中的物体的信息，车辆传感器数据具有关于车辆相对于环境的运动的信息；
[0008] 网格单元，所述网格单元用于基于环境传感器数据和车辆传感器数据产生车辆的环境的
三维网格显示；
[0009] 评估单元，所述评估单元用于探测在三维网格显示中的参考面；和[0010] 配属单元，所述配属单元用于基于三维网格显示和参考面计算车辆的环境的二维高度网格显示，其中，所述二维高度网格显示的网格单格包括物体相对于参考面的高度信息。
[0011] 此外，本发明的方面涉及用于获知车辆的环境中的物体的高度信息的系统，所述系统具有：
[0012] 如前所述的设备；
[0013] 用于探测车辆的环境中的物体的环境传感器；和
[0014] 用于探测车辆相对于其环境的运动的车辆传感器。
[0015] 本发明的另一方面涉及对应于设备构造的方法；并且涉及具有计算机代码的
计算机程序产品，当所述程序代码在计算机上实施时所述程序代码用于执行方法的步骤；以及涉及存储介质，在所述存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序当在计算机上实施时导致在此所述的方法的实施。
[0016] 本发明的优选的构造在从属
权利要求中描述。应理解的是前文所述的并且在下文中还将解释的特征不仅能以分别给出的组合来使用，而且也能以另外的组合或单独地来使用，而不偏离本发明的范围。特别地，系统和方法以及计算机程序产品可以对应于在
从属权利要求中对于设备描述的构造实施。
[0017] 根据本发明规定，处理环境传感器的传感器数据和车辆传感器的传感器数据。首先将环境传感器的传感器数据与三维网格显示进行配属。在产生三维网格显示时考虑车辆传感器数据，使得即使车辆在收集数据期间已继续运动，也可以使用和可以正确地配属较长的时间段内的环境传感器数据。基于所产生的三维网格显示确定参考面。参考面在此是地面，特别地是路面(道路平面估计)。从所获知的参考面出发，通过重新考虑三维网格显示得到高度网格显示，在所述高度网格显示中标记车辆的环境中的物体的相对于参考面的高度信息。高度信息可以特别地包括物体高度和/或自由高度。物体高度对应于地面或路面上方的高度。自由高度理解为例如桥梁的自由区域的高度，即在下方可驶过的高度。
[0018] 因此使用存在于车辆的坐标系(EGO坐标系)内的环境传感器的数据，以获知绝对坐标系(世界坐标系)内的高度信息。此高度信息可以在此是用于控制部分自动或自动车辆的
基础。特别地可以识别车辆的环境中的物体是否是在上方或在下方可驶过的物体。例如，可以确定：是否取决于道路或路面的走向可以在上方驶过已觉察的障碍物。
[0019] 与目前的措施相比，本发明是用于获知参考面和用于导出车辆的环境中的物体的高度信息的替代的措施。可以可靠且精确地识别车辆的静态环境的部分。通过获知二维高度网格保证了高效的可计算性。计算昂贵的三维网格显示可以以较低的
频率被更新。能以高效方式计算的二维高度网格显示可以以较高的频率被更新。以此，可以近似实时地进行车辆的环境中的物体的高度信息的精确估计。
[0020] 在优选的设计方案中，评估单元被构造成用于探测路面作为参考面。特别地，可以通过平面来近似路面的走向。平面可以被有效地建模。平面的使用导致在近场区域内的充分精确的预测结果。通过作为平面的简化的建模，可以实现高更新率。
[0021] 在另外的有利的设计方案中，配属单元被构造成用于计算具有两个平面的二维高度网格显示。第一平面的网格单格包括相对于参考面的自由高度。第二平面的网格单格包括相对于参考面的物体高度。高度网格显示包括用于每个网格单格的两个信息。一方面给出物体在参考面上的高度(物体高度)，另一方面特别地在参考面上不存在物体时给出自由高度。实现了车辆的环境中的物体的改进的获知。
[0022] 在另一有利的设计方案中，网格单元被构造成用于基于车辆传感器数据和环境传感器数据来估计车辆的运动。此外，网格单元被构造成用于基于对所估计的运动的补偿将环境传感器数据与三维网格显示的网格单格进行配属。车辆运动可以借助车辆传感器检测。为能够概要地使用在车辆运动期间由车辆上的环境传感器检测的环境传感器数据，在将探测与三维网格显示进行配属时补偿车辆的运动。以此，可以产生具有更高的信息内容的三维网格显示。分析更长的时间区段内的数据。在获知高度信息时的
精度得以改进。
[0023] 在另一有利的设计方案中，输入接口被构造成用于接收雷达传感器的雷达数据和/或激光雷达传感器的激光雷达数据。此外，将网格单元构造成用于基于雷达数据和/或激光雷达数据产生三维网格显示。为产生三维网格显示，有利的是使用雷达数据和/或激光雷达数据。通过使用此类数据可以精确地产生车辆的环境的三维网格。可以检测直至数百米的距离的区域内的充分精确的信息。应理解的是也可以将两个或另外的数据源组合。实现了对于环境的精确的描述。以此可以进行对于车辆的环境中的物体的高度的精确的预估。
[0024] 在另一有利的设计方案中，评估单元和/或配属单元的计算频率高于网格单元的计算频率。计算频率就此而言对应于更新率。用于计算三维网格显示的成本明显高于用于计算二维高度网格显示的成本和/或用于探测参考面的成本。通过使用更高的计算频率可以在评估特别是车辆的较近的环境中的高度信息时实现更高的精度。避免必须每次完整地新计算三维网格显示。这节约了资源并且提高了更新频率。
[0025] 在另一有利的设计方案中，网格单元被构造成用于在三维网格显示中估计动态的物体的轨迹。此外，评估单元被构造成用于基于所估计的轨迹来探测参考面。动态的物体，例如另一车辆或也例如行人，通常在参考面上运动。通过观察和
跟踪动态的物体，可以因此获得关于参考面的走向的另外的信息。评估或跟踪轨迹，即动态的物体的运动。经评估的轨迹被用于探测参考面。以此可以改进计算时的精度并且提高计算速度。
[0026] 在另一有利的设计方案中，评估单元被构造成用于基于环境传感器数据来探测参考面。除考虑三维网格显示之外也可以在计算参考面中包括当前环境传感器数据。以此，又可以提高参考面探测的更新频率。在计算物体的高度信息时的精度得以改进。
[0027] 在另一有利的设计方案中，输入接口被构造成用于接收环境的地图信息。此外，评估单元被构造成用于基于地图信息来探测参考面。除环境的地图信息之外，因此可以考虑环境的预先限定的模型。以此，可以进一步提高在探测参考面时的精度。例如，地图信息可以通过
通信接口从对应的
云系统接收。通过附加地考虑另外的预先限定的地图信息，可以进一步改进在高度计算时的精度。
[0028] 在另一设计方案中，输入接口被构造成用于接收二维参考网格，所述二维参考网格基于另外的车辆的环境传感器数据来产生。此外，评估单元被构造成用于基于参考网格来探测参考面。考虑到由另外的车辆获知的附加数据。二维参考网格对应于针对另外的车辆并且基于另外的环境传感器数据计算的二维高度网格显示。以此，可以进一步改进在计算高度信息时的精度。特别地有利的是，另外的车辆的环境传感器数据也存在于绝对坐标系中。当然，也可以执行对应的变换。
[0029] 此外有利地，评估单元被构造成用于计算在三维网格显示之内的自身的位置。此外，评估单元被构造成用于基于自身的位置来探测参考面。附加地可以利用如下事实，即自身的位置通常对应于参考面上的位置，即道路上的位置。通过附加地考虑此模型获知，可以改进在计算高度信息时的精度。
[0030] 根据本发明的系统可以例如整合到车辆内。可选地并且有利地，根据本发明的系统可以包括雷达传感器、激光雷达传感器、
超声波传感器和/或相机作为环境传感器。此外，系统可以包括惯性传感器优选地是具有
加速度传感器和
转速传感器的惯性传感器单元来作为车辆传感器，和/或可以包括
位置传感器优选地是GPS接收器、Galileo接收器或GLONASS接收器来作为车辆传感器。应理解的是环境传感器可以包括不同的传感器，使得可以进行数据融合。
[0031] 物体在此被理解为静态或动态的物体。例如物体是树木、房屋、另外的车辆、行人、动物、桥梁和道路。车辆的环境包括特别地来自安装在车辆上的环境传感器的在车辆的环境中的可见的范围。环境传感器也可以包括多个传感器，所述传感器例如实现了360°全景，并且因此可以描绘出完整的环境图像。通常，在环境传感器的测量循环期间生成多个扫描点。测量循环被理解为一次通过可见的范围。在测量循环中检测的传感器数据可以被称为目标列表(目标名单)。网格显示被理解为作为栅格地显示，其中，特别地将不同的扫描点根据其探测位置与栅格的单格进行配属。三维网格或三维网格显示就此而言对应于环境的
三维建模。三维网格显示在此是参考相对于车辆固定的坐标系的显示。二维高度网格显示对应于车辆的环境的二维建模，其中，每个网格单格包括关于物体高度和/或物体的自由高度的信息，所述物体处在二维显示内的对应的位置中。二维高度网格显示在此对应于相对于路面或地面的优选地位置固定的坐标系(世界坐标系)。参考面的探测被理解为基于不同的
算法的计算。从在三维网格显示中检测的车辆的环境的传感器点出发，计算或估计地面，特别是路面。
附图说明
[0032] 在下文中根据所选择的
实施例与附图结合详细描述和解释本发明。其中：
[0033] 图1示出在示例的环境中的具有根据本发明的系统的车辆的示意图；
[0034] 图2示出根据本发明的用于获知高度信息的设备的示意图；
[0035] 图3在侧视图中示出车辆的环境的示意图；
[0036] 图4在侧视图中示出车辆的环境的
修改的示意图；
[0037] 图5示出检测自由高度的示意图；
[0038] 图6示出具有根据本发明的系统和不同的传感器的车辆的示意图；和[0039] 图7示出根据本发明的方法的示意图。
具体实施方式
[0040] 图1示出根据本发明的系统10的示意图。系统10包括用于获知车辆16的环境中的物体14的高度信息的设备12。通过环境传感器18检测环境。环境包括不同的物体(树木、房屋、交通标志、另外的交通参与者、
骑车人、动物、街道等)。可以通过环境传感器18检测这些不同的物体。例如，物体反射雷达传感器的雷达波，或通过激光雷达传感器能检测物体。
[0041] 根据本发明的系统10允许获知车辆的环境中的物体的高度信息。对物体14的检测首先在环境传感器的相对车辆固定的坐标系中进行。为基于此来获知高度信息，例如物体14的高度h，要求首先确定作为高度h的参考的参考面19(对应于地面或路面)。为能够获知高度信息，要求识别参考面19的
姿态或走向。
[0042] 在图示的实施例中，将设备12以及环境传感器18整合到车辆16内。应理解的是在另外的实施例中也可构思设备和环境传感器的另外的布置。特别地，设备12也可以部分地或完全地布置在车辆外部，例如作为云服务或作为具有对应的应用
软件的移动装置。
[0043] 在图2中示意性地图示了根据本发明的设备12。设备12包括输入接口20、网格单元22、评估单元24以及配属单元26。不同的单元可以在此特别地构造为处理器、处理器模
块或用于处理器的软件。根据本发明的设备可以部分地或完全地实施为软件和/或
硬件。例如，设备12可以被整合在车辆控制装置内或也作为分开的模块实施。
[0044] 通过输入接口20接收环境传感器的传感器数据和车辆传感器的传感器数据。输入接口20可以例如被实施为硬件式的插接连接。但是也可以将输入接口20构造为对应的软件接口以用于接收数据。环境传感器数据包括关于车辆的环境中的物体的信息。特别地，接收关于不同的物体的位置的信息。优选地，接收和进一步处理雷达传感器和/或激光雷达传感器的探测。此类传感器的探测包括关于被探测的目标或
电磁波被反射的地点的空间位置。特别地，接收各个扫描点。在环境传感器的测量循环中，可以例如生成数百直至数千个扫描点。通常，每秒执行多个测量循环。测量频率可以例如为16Hz至18Hz。
[0045] 在网格单元22中首先产生在相对车辆固定的坐标系中的车辆的环境中的三维网格显示。环境传感器的各个扫描点与离散的三维网格(也可以成为栅格)相关。特别地，可以使用如下网格，其具有各个单格的恒定边长。随后，在每个单格内实现一定数量的扫描点作为记入，针对这个单格或针对这个单格的区域记录这些扫描点。
[0046] 在检测环境传感器数据期间车辆进一步运动。以此，环境传感器数据的参考改变，因为环境传感器与车辆固定连接。相同的物体在另外的地点被记录。为能够将传感器数据与车辆或车辆传感器的不同位置处的多个测量周期进行配属，必须补偿车辆的运动。为此，使用通过输入接口20接收到的车辆传感器数据。特别地，可以使用惯性传感器数据，即加速度、转速等。但是也可以使用位置传感器的数据。
[0047] 通过考虑到环境传感器数据和车辆传感器数据，可以在更长的时间段上产生环境的三维网格显示。特别地，可以通过对于车辆的运动的预估将网格显示的目前的内容传递到另外的网格单格内。
[0048] 在评估单元24中，从先前产生的三维网格显示探测或预估参考面的走向。存在不同的标准措施，以基于不同的环境传感器的数据探测路面或地面的走向(道路平面估计)。为此，可以在评估单元24内除三维网格显示外也考虑环境传感器和/或车辆传感器的传感器数据，以实现更高的精度。参考面就此而言在三维网格显示中探测。
[0049] 配属单元26的功能方式在图3和图4中示意性地图示。两个图示出了检测的环境以及三维网格显示27的对应的单格的示意性侧视图。在图示中，三维网格显示的延展沿X方向(车辆的行驶方向)以及沿Z方向(高度)显示。应理解的是，网格显示也具有沿Y方向(未图示，对应于垂直于图3和图4中的显示平面的方向)的延展。三维网格显示27在此通常具有固定的并且分别相等的沿X、Y和Z方向的
分辨率。三维网格显示27对应于环境的离散的显示。基于对于车辆运动的估计，将环境传感器的新添加的数据总是记入到正确的单格内。
[0050] 车辆16借助环境传感器18记录环境中的物体14。此外，获知参考面19。优选地，将三维空间内的平面用作参考面19的模型(例如，通过控制点和法向量描述)。基于参考面以及基于三维网格显示，然后可以确定物体相对于参考面19的高度。
[0051] 在配属单元26中产生车辆的环境的二维高度网格显示，其中，二维栅格的每个单格包括配属于对应的位置的高度信息。这些高度信息(物体高度或自由高度)对应于物体相对于参考面19的高度。二维网格显示的X轴和Y轴就此而言优选地对应于三维网格显示的X轴和Y轴。
[0052] 关于各个物体的高度的信息被组合为一个值。以此，可以将三维网格显示的维度降低。通过使用二维网格显示，实现可计算性的明显改进。这允许更高的更新率，使得可以几乎实时地检测车辆16的环境中的物体的高度。在车辆接近所涉及的区域时，参考面19的估计由于传感器精度被改进。根据本发明，此改进的计算
迭代地用于改进物体高度的估计或下方和/或上方可行驶性的估计。通过使用二维网格显示，可以实现改进的估计，而不必新计算三维网格显示。节约了计算时间。特别地，通过二维网格显示的计算的更新，不超过环境传感器和车辆传感器的循环时间，使得在每个时间步中可以使用新的传感器数据。
[0053] 作为计算和估计车辆的环境中的物体的替代或补充，也可以计算自由高度作为高度信息。在图5中图示车辆16接近桥梁28。如前文所阐述，首先对于桥梁的支柱获知物体高度b1，并且在二维高度网格显示的对应的网格单格中进行标记。现在可行的是，作为获知各个物体的物体高度的补充或替代地获知自由高度b2，并且在二维网格显示的第二平面内进行标记。在所图示的示例中，桥下方为相当于通行高度的自由高度b2。此自由高度b2在此也涉及参考面19，并且就此而言等于下方行驶的高度信息，这类似于物体高度b1被计算。根据本发明，可以在二维网格显示中标记物体高度和/或自由高度。可以因此对于每个二维位置，即每个网格单格计算两个值(物体高度和自由高度)。
[0054] 基于自由高度的信息，自动或部分自动的车辆实现了是否可以在桥梁或树木的低垂枝丫下方行驶的决定。
[0055] 针对物体高度获知的精度和针对自由高度获知的精度在理想情况中相当于单格尺寸。当然，可能由于在估计本车的运动时的不精确性产生误差传播，由此形成了更大的误差。
[0056] 在估计参考面19时，可以使用附加的信息。例如，可以从轨迹的观察或动态的物体的运动的估计来估计参考面的走向。所基于的模型获知就此而言是动态的物体通常在地面上的运动的信息。此外，可以实现使用地图信息。也可使用来自云系统(例如，基于互联网的服务)的信息。特别地，可以使用基于另外的交通参与者，例如另外的车辆的传感器数据的信息。交换可以通过对应的通信系统和对应的云
服务器进行。此外，可以使用本车的
定位，例如通过同时的定位方法和制图方法，以用于改进参考面的评估。
[0057] 在图6中示意性地图示了车辆16，将根据本发明的系统整合到所述车辆16中。根据本发明的系统10包括环境传感器18、设备12、具有内部传感器30和位置传感器32的车辆传感器。车辆传感器也可以仅包括两个传感器之一。位置传感器可以例如是GPS传感器、Galileo传感器或GLONASS传感器。设备12可以例如整合到车辆控制装置内。特别地，可以在设备12内处理总是存在于车辆上的传感器的数据。
[0058] 在图7中示意性地图示了根据本发明的用于获知车辆的环境中的物体的高度信息的方法。方法包括如下步骤：接收S10环境传感器数据，产生S12三维网格显示，探测S14参考面，以及计算S16二维高度网格显示。根据本发明的方法可以例如实施为智能手机
应用软件或用于车辆控制装置的软件。首先实施的产生S12步骤在此在绝对车辆坐标系中实施，其中，所产生的三维网格显示相对于此绝对车辆坐标系是稳定的。另外的探测S14和计算S16步骤在世界坐标系中实施，所述世界坐标系相对于通常在车辆内使用的传感器的整个有效范围不是稳定的。特别地，使用地面或路面作为参考点。
[0059] 根据本发明实现基于所获知的二维高度网格显示以及基于关于本车的高度的预先获知可以分别决定是否可以在上方或下方驶过由二维高度网格显示的网格单格所描绘的区域。特别地，如果物体高度为零，则可以在上方驶过网格单格或与之相关的环境区域。关于自由高度，可以在下方驶过其自由高度大于本车的高度的区域。
[0060] 本发明根据附图和
说明书被全面地描述和解释。描述和解释应被理解为示例性的，而非限制性的。本发明不限制于所公开的实施方案。对于本领域技术人员，在使用本发明时以及在精确地分析附图、公开和随后的权利要求时，得到了另外的实施方案或变体。
[0061] 在权利要求中，措辞“包括”和“具有”不排除另外的元件或步骤的存在。不定冠词“ein”或“eine”不排除存在复数。单独的元件或单独的单元可以实施其中多个在权利要求中提到的单元的功能。元件、单元、接口、设备和系统可以部分地或完全地实施在硬件和/或软件中。仅仅提及多个不同从属权利要求中的一些措施不应被理解为这些措施的组合不能同样有利地使用。计算机程序可以在非易失性数据载体上存储/运行，例如在光学
存储器或在固态
硬盘(SSD)上。计算机程序可以与硬件一起和/或作为硬件的部分运行，例如通过互联网或通过有线或无线通信系统。在权利要求中的附图标号不应限制性地理解。
[0062] 附图标号列表
[0063] 10 系统
[0064] 12 设备
[0065] 14 物体
[0066] 16 车辆
[0067] 18 环境传感器
[0068] 19 参考面
[0069] 20 输入接口
[0070] 22 网格单元
[0071] 24 评估单元
[0072] 26 配属单元
[0073] 27 三维的网格显示
[0074] 28 桥梁
[0075] 30 惯性传感器
[0076] 32 位置传感器
