分散式同步的多传感器系统的制作方法

本发明涉及一种用于车辆用于求取不同的传感器数据的多传感器系统。

背景技术：

由现有技术已知一种传感器系统，所述传感器系统例如由多个应该产生时间上同步的图像的摄像机构成。在us2006/0204038中提出一种相应的系统，在所述系统的情况下记录两个摄像机的图像。图像的时间信息在此借助中央时钟提供。

在us2011/0187861中描述一种摄像机系统，所述摄像机系统一旦通过加速度传感器探测到碰撞就记录图像。所记录的图像借助安装在系统中的时钟设有时间信息。安装的时钟的所述时钟时间通过周期性接收的无线电信号自动地修正。

技术实现要素：

根据本发明的用于车辆的多传感器系统由至少两个传感器单元构成。本发明的核心在于，传感器单元分别包括至少一个传感器、内部时钟和控制单元。所述控制单元构造用于基于内部时钟的时钟时间匹配至少一个传感器的测量时刻。此外，所述控制单元能够接收同步信号并且基于所述同步信号使内部时钟同步。

通过所述分散化得出多个优点。一方面不再需要控制同步、监视不同传感器单元的测量时刻并且修正可能存在的偏差的中央控制单元。此外，不必须通过连接线路或连接路径发送分开的控制信号，由此，使数据流降低并且使传输不易受错误影响。此外，传感器单元中的分散式控制机制提供如下优点：可以由在已经存在的车辆系统中的另外的同步时钟动用已经存在的同步信号。

各个传感器的测量时刻与预给定的目标时刻的偏差可以在根据本发明的多传感器系统中分散式地、直接在各个传感器单元中匹配或者修正。因为不必须中央地计算并且发送修正，所述修正明显更快并且此外相对于信号中断更稳健。

此外，多传感器系统可以无问题地扩大到任意传感器数量，而不必需要开销高的硬件或软件改变，因为在各个系统中将测量时刻分配给相应测量可以自主地运行。如果将各个传感器单元关断，则所述传感器单元可以在重启后自主地根据其内部时钟使传感器的测量匹配于预给定的目标时刻，其中，所述目标时刻相应于固定的时钟时间。固定的时钟时间在此不强制性地意味着，所述时钟时间必须以常用的时钟时间格式(例如基于时、分和秒)表示。传感器的数量在运行期间可以动态地变化，而不必须在运行启动前配置。

此外，内部安装的时钟的时间上的漂移通常非常小，由此传感器单元在开始同步后相对于信号中断是非常稳健的。“时间漂移”在此可以理解为当前的时钟时间与真实的时钟时间的随时间变化的偏差。

在多传感器系统的另一种实施方式中，同步信号可以由同步源发送，其中，传感器单元中的至少一个和/或控制设备充当同步源。如果将控制设备作为同步源使用，则所述控制设备必须同样具有内部时钟。

所述多传感器系统能够接收不同的源的同步信号。因此，可以要么借助中央控制设备使时钟时间同步，要么传感器单元中的一个承担所述任务并且因此用作传感器单元和同步源。也可以选择多个同步源，所述同步源例如首先自同步并且紧接着两个同步源发送经协调的同步信号。视所使用的同步方法而定，同步信号可以是单向或双向的。这意味着，可以要么仅在一个方向上要么在两个方向上发送信号。

“同步信号”在此理解为可以传递时钟时间信息的信号。在此可考虑同步信号的编码的不同类型。

例如，首先可以由发送器发送空信号。接收器单元在接收所述空信号的时刻确立时间标志。以一定的时间错位由发送器发送具有时钟时间信息的另外的信号。所述时钟时间信息例如可以包含在发送空信号的时刻的时钟时间。接收单元接收所述信号并且给在其处设置有时间标志的时刻分配相应的时钟时间。所述时钟时间在此可以以同步信号的发送器的时钟时间(即同步源的时钟时间)为依据，其中，所述时钟时间而且可以由另外的单元传递到同步源。

此外，同步源可以包含另外的信息，例如关于信号的来源的信息、关于中间连接的接收器和发送器的信息、关于同步源的位置和/或距离的信息、关于基于所使用的硬件的信号延迟、距离、发送路径或发送类型。其他信息是可考虑的。

在多传感器系统的一种有利的实施方案中，所述多传感器系统具有分析处理单元，借助所述分析处理单元可以处理由传感器单元产生的数据。

由此，可以在共同的单元中处理传感器信息并且将所述数据相应于对于多传感器系统的要求分析处理。此外，在分析处理单元中可以实现驾驶员辅助功能的算法，所述算法处理多传感器系统的数据。

在多传感器系统的另一种实施方式中，同步信息也可以由分析处理单元发送。在这种情况下分析处理单元同样必须具有内部时钟。

所述实施方式提供如下优点：给分析处理单元分配多个有意义的特性。所述分析处理单元在这种情况下同时用作同步源和用于接收传感器数据的分析处理单元。因此所述分析处理单元基于其内部时钟能够将内部执行的运行的时间与传感器数据的测量时刻进行比较，其中，确保所述时刻涉及相同的时间基准、即先前同步的时钟时间。

在多传感器系统的另一实施方式中，多传感器系统的所有传感器单元能够借助相同的同步信号同步。

这意味着，必须在技术上给定可能性，所有传感器单元可以接收由同步信号构成的信息。同步信号的传输在此不必须在相同的路径上并且以相同的方式发生。例如可以使中间连接的接收器的和发送器的信号的变换。如果同步信号通过无线电由同步源发送，则可以通过中间站也通过电缆线路传播到另外的传感器单元。

在所述多传感器系统的另一种实施方式中，多传感器系统的所有传感器直接接收共同的同步源的同步信号。

在所述实施方式中，多传感器系统如此构型，使得所有传感器单元可以直接接收同步信号，由此，必须给定与同步源的直接连接。这具有如下优点：每个传感器单元的同步源可以发送个体化的同步信号。如果同步信号例如仅包含关于同步源的时钟时间的信息并且至各个传感器单元的传输时间不同，则可能产生异步性。如果已知，至各个传感器元件的传输时间不同，则同步源可以使同步信号中的时钟时间信息在发送前单独地匹配于每个传感器单元。

由此，控制单元的功能范围可以在传感器单元中低地保持，由此在制造传感器单元的情况下可以再次节省成本。

在多传感器系统的另一实施方式中，至少一个传感器的测量能够以预给定的测量频率在测量时刻触发，其中，所述测量时刻借助内部时钟的时钟时间可以匹配于预给定的目标时钟时间。

在所述实施方式中以预给定的测量频率触发测量。为此，传感器单元例如可以具有脉冲计数器，所述脉冲计数器要么在控制单元中要么作为附加的构件在传感器单元中实现。通过所述启动时刻和测量频率得出相应的测量时刻。所述测量时刻不必须强制性地与预给定的目标时刻相一致，所述目标时刻可以任意选择。然而多传感器系统或各个传感器单元在此如此构型，使得借助内部时钟可以使所述测量时刻匹配于预给定的目标时刻。在没有内部时钟的情况下能够仅借助由外部源发送的信号实现所述匹配。

在所述多传感器系统的优选的实施方式中，至少一个传感器单元包括成像传感器。

通过使用在多传感器系统的传感器单元中的成像传感器，所述多传感器系统能够记录图像并且设有时间信息。如果使用多个成像传感器，则可以共同地处理传感器的测量数据并且以附加的时间信息、由测量数据构成的另外的信息获取传感器的测量数据。因此可以将具有不同的视野的传感器的近似同时记录的图像合并，以便产生车辆的环境的全景图或360°视图。在准确知道记录时刻的情况下例如可以正确地解释多个成像传感器的重叠区域，并且由此执行图像的精确连接。

此外，根据本发明提出一种用于车辆的多传感器系统的方法，所述传感器系统由至少两个传感器单元组成。传感器单元分别包括至少一个传感器、内部时钟和控制单元。所述控制单元构造用于基于内部时钟的时钟时间使至少一个传感器的测量时刻匹配于预给定的目标时刻以及接收同步信号以及基于所述同步信号使内部时钟同步。

根据本发明的方法包含以下步骤：

·借助控制单元接收同步信号。

·借助控制单元基于在同步信号中包含的信息使内部时钟同步。

·借助控制单元基于内部时钟的时钟时间使至少一个传感器的测量时刻匹配于预给定的目标时刻。

所述方法可以使用在多传感器系统的所有传感器单元上。在此，所述同步可以同时地或时间错位地发生，由此能够实现，单个传感器单元基于其分散式的内部时钟在没有中央控制的情况下能够在预给定的目标时刻执行测量。所述预给定的目标时刻可以要么静态地确定要么动态在运行模式的情况下确定。在这种情况下，所述预给定的目标时刻在所述运行模式的情况下要么已经存储在控制单元中要么直接在启动后确定。

在此提出的方法提供如下优点：基于预给定的目标时刻和传感器单元的内部时钟的时钟时间可以自主地在传感器单元中使测量时刻匹配于预给定的目标时刻。由此，多传感器系统的传感器单元可以在没有有规律的中央控制信号——所述中央控制信号包含关于预给定的目标时刻的信息或引起测量的触发——的情况下运行，其中，在不同的传感器单元中可以保证不同的传感器的测量时刻的精确同步。所述方法的另一个优点在于，预给定的目标时刻不受到限制。预给定的目标时刻可以具有有规律的间距，这相应于以确定的测量频率测量，所述目标时刻但是也可以完全没有规律地选择。此外，所述时刻是可任意选择的。所述时刻要么处于不久的将来要么处于遥远的将来。因此可以确定在接下来的几纳秒内的时刻和在几年内的时刻。如果不同的传感器单元的时钟相对于相应的预给定的目标时刻同步地运行，则基于一次性确定的预给定的目标时刻可以保证多传感器系统的不同传感器的在未来若干年的记录同步。

如果将新的传感器单元添加至存在的多传感器系统，则仅仅必须将相同的预给定的目标时刻通知所述传感器单元。在内部时钟一次性同步并且使测量时刻匹配于预给定的目标时刻后，在相同的测量时刻执行所有测量。

在所述方法的另一实施方式中，通过通过控制单元触发至少一个传感器的测量实现使测量时刻匹配于预给定的目标时刻。所述控制单元在此借助内部时钟的时钟时间在确定的测量时刻触发至少一个传感器的每次测量，其中，将所述测量时刻置于预给定的目标时刻上。

所述方法的优点在于，直接在预给定的目标时刻触发测量。测量时刻的匹配在这种情况下通过以下方式发生：将测量时刻借助内部时钟的时钟时间直接置于预给定的目标时刻上。由此，只要内部时钟相对于另外的传感器单元的另外的内部时钟同步地运行，则所述测量在预给定目标时刻后就一直在正确的时刻发生。

此外，所述方法提供如下优点：以确定的频率触发测量的时钟周期发生器是不需要。由此可以保证，在预给定的目标时刻精确地记录所有传感器数据。借助时钟同步可以将总的多传感系统中的测量的时间偏差理论上降低到纳秒的范围。

在所述方法的另一实施方式中，以预给定的测量频率触发所述测量。借助内部时钟的时钟时间使测量时刻匹配于预给定的目标时刻。

所述方法的优点在于，不是每次测量必须单独地借助预给定的目标时刻触发，由此可能出现时间上的限制。所述测量在所述方法中以确定的测量频率执行，所述测量频率例如由时钟周期发生器——例如在控制单元中的或单独安装的石英——预给定。借助控制单元监控并且必要时改变仅仅频率和/或测量的开始时刻，从而使测量时刻匹配于预给定的目标时刻。

在所述方法的另一实施方式中，在所述方法的情况下以预给定的测量频率触发测量，通过改变测量频率实现使测量时刻匹配于预给定的目标时刻。

所述方法的实施方式提供如下优点：在以测量频率执行测量的情况下，为了使测量时刻匹配于给定的目标时刻，必须改变仅仅一个参数——频率。测量频率的改变在此可以对于一个和/或多个和/或所有随后的测量产生影响。也可以考虑，在每次测量后重新匹配测量频率。

在所述方法的另一实施中，在所述方法的情况下以预给定的测量频率触发测量，通过至少一个测量时刻的时间延迟或时间提前实现使测量时刻匹配于预给定的目标时刻。

所述方法提供如下优点：如果所述测量时刻和预给定的目标时刻仅仅具有相位错位，也就是说，如果测量时刻相对于目标时刻推延一定的时间，则可以使通过测量频率和测量的启动时刻而确定的测量时刻非常简单地匹配于预给定的目标时刻。如果通过所述测量，频率测量的时间间距精确地相应于预给定的目标时刻的时间间距，则实现一次性地使测量时刻匹配于预给定的目标时刻，如果由此得出，所述新的测量时刻借助测量频率充当用于另外的测量的起点。

因为在普通情况下，预给定的目标时刻的间距与借助测量频率确定的测量时刻的间距之间的偏差占优势，因为例如所述频率具有轻微的波动或不精确地相应于预给定的目标时刻的间距的倒数，所以必须有规律地重复使测量时刻匹配于预给定的目标时刻。如果一次性地使传感器单元的内部时钟同步，则可以在任意时间在传感器单元中借助控制单元进行匹配。

此外，所述方法允许由两种所提及的匹配方法构成的组合。也就是说，使测量时刻匹配于预给定的目标时刻可以不仅通过测量频率的匹配而且通过至少一个测量点的时间延迟或时间提前发生。所述组合提供以下优点：可以情况匹配地决定，哪种匹配在当前时刻是有更意义的。如果例如测量时刻的时间间距与预给定的目标时刻的时间间距相一致，并且仅仅是有些时间错位，则可以就此使测量时刻的匹配比测量频率的匹配提前，因为所述匹配已经良好地与预给定的目标时刻相协调。如果反之所述间距不精确地相一致并且以每次测量进一步分散，则可以代替测量时刻的有规律的时间延迟或时间提前相应地匹配测量频率。因此，所述测量时刻在调节正确的频率后处于预给定的目标时刻上，可以附加地一次性地使测量时刻在时间上提前或在时间上延迟。

附图说明

基于本发明由从属权利要求以及本发明的优选的实施例的以下描述和由附图得出另外的细节、特征、特征组合、优点和效果。

附图示出：

图1示出一种示例性的具有四个摄像机的多传感器系统。

图2示出一种示例性的方法流程图。

图3示出一种替代的示例性的方法流程图。

具体实施方式

图1示出一种根据本发明的多传感器系统的示例性的实施方案。所述多传感器系统由四个传感器单元102、112、122、132和一个分析处理单元101构成。所述传感器单元102、112、122、132分别包括一个传感器104、114、124、134，所述传感器在实施例中通过成像传感器实现。替代地也可以将任意的在汽车领域中使用的传感器作为传感器使用，如雷达传感器、所有类型的摄像机、加速度传感器、转速传感器、压力传感器、固体声传感器、超声传感器、激光雷达(lidar)、激光器、湿度传感器、陀螺传感器、gps传感器、温度传感器、二氧化碳传感器、λ传感器、罗盘、地磁传感器和电罗盘，其中，所述列表不应该被看作是完整的。

此外所述传感器单元102、112、122、132分别包含一个控制单元105、113、125、135和一个内部时钟103、113、123、133。所述分析处理单元101同样包含内部时钟107。所述分析处理单元101直接与多传感器系统的传感器单元102、112、122、132连接。所述连接可以以电缆或无电缆地构型。在此可以考虑所有常用的传输方法，如通过电磁波传输的那样。

所述系统应该能够借助成像传感装置104、114、124、134用于产生车辆的全方位视野(rundumsicht)。因此，传感器单元102、112、122、132如此安装在车辆处和/或车辆中，使得所述传感器单元具有对于全方位视野必需的视野并且检测所述必需的区域。此外，各两个相邻的传感器104、114、124、134具有重叠的图像区域，从而所记录的图像的图像过渡尽可能好的描绘记录的时刻的当前场景。

为了产生高质量的全方位视野，所述示例性的多传感器系统能够用于在500μs的时间段内记录用于全方位视野的四个所需的图像。为此必须保证，使不同的传感器104、114、124、134的测量时刻非常精确地彼此协调。

在实施例中，为此，使用分散式的同步机理，所述同步机理既不需要触发线路又不需要中央控制单元。

所述同步机理由两个彼此分离的部分机理构成。所述机理的基本构思是，所有传感器104、114、124、134在固定预给定的目标时刻记录图像。每个传感器单元102、112、122、132这样自主地且完全分散式地如此调节其传感器104、114、124、134，使得图像记录与所述预给定的目标时刻相一致。为了保证这，使传感器单元102、112、122、132的内部时钟103、113、123、133借助标准化的机理同步。

为了保证将所有图像记录在期望的500μs的时间窗中，就此例如提出一种方法，所述方法可以使用在示例性的多传感器系统中。所述方法紧接着在步骤201中启动。

在下一个步骤202中，给各个传感器单元102、112、122、132预给定预给定的目标时刻。所述预给定的目标时刻的预给定可以通过预给定的目标时刻在传感器单元102、112、122、132的存储器中的存储实现。尤其可以将预给定的目标时刻存储在控制单元105、115、125、135中。由此所述预给定可以在工厂方面(即在制造的情况下)在传感器单元102、112、122、132中和/或其控制单元105、115、125、135中实现。同样可以在制造状态中对传感器单元102、112、122、132进行编程。同样可考虑在车辆中的安装状态中例如借助分析评估装置101和/或控制设备117编程。如果应该以预给定的目标频率记录图像——如在所述实施例中是这种情况，则预给定的目标时刻例如可以由预给定的目标频率推导出。

可以例如定义如下预给定的目标时刻的量t：

借助目标频率和启动点(所述启动点在此例如置于0:00:00点)得出预给定的目标时刻。

由于技术上的原因可能发生，实际的测量频率不精确地相应于预给定的目标频率。由此，在以测量频率有规律地触发测量的情况下得出预给定的目标时刻的偏差，如果所述测量同时以预给定的时刻中的一个启动。

在实际测量时刻偏离预给定的目标时刻的情况下给所述测量分配目标时刻。预给定的时刻从所有预给定的目标时刻的集合中选择如下目标时刻作为测量的目标时刻：所述目标时刻具有相对于测量的实际测量时刻的最小的时间间距。

为了修正出现的偏差，使用传感器单元102、112、122、132的内部时钟103、113、123、133。因为每个传感器单元102、112、122、132和分析处理单元101具有分开的内部时钟103、113、123、133、107，在其基础上执行计算，或者解释和/或配属记录时刻，必须首先使所述时钟103、113、123、133、107同步。由此避免在多传感器系统的各个部件之间的异步。

在所述实施例中，使所有时钟103、113、123、133、107基于分析处理单元101的时钟同步，所述分析处理单元将相应的同步信号发送到所有传感器单元102、112、122、132。所述同步信号替代地也可以来自车辆中的任意的控制设备117或者由外部源例如通过无线电发送。所述同步也可以通过无线电波或gps信号实现。

在步骤203中，传感器单元102、112、122、132接收分析处理单元101的同步信号。同步信号的接收在此借助传感器单元102、112、122、132的控制单元105、115、125、135实现。

在步骤204中，基于同步信号中的时间信息使所有内部时钟103、113、123、133匹配于时钟107的相应时钟时间，由此使多传感器系统的所有时钟103、113、123、133、107同步。可以借助控制单元105、115、125、135执行所述匹配，所述控制单元与内部时钟103、113、123、133耦合。

可以将不同的传输协议用于多传感器系统的同步。为此可以考虑标准化的协议例如ntp(网络时间协议)或ptp(精确时间协议)或者类似的协议类型。在所述实施例中，分析处理单元101的时钟107是主时钟(也命名为大师时钟(grandmasterclock))。

在一种替代的实施方式中，但是也可以将在多传感器系统中存在的所有其他时钟103、113、123、133用作大师时钟或者另外的时钟。仅仅必须保证，具有用于与所述另外的时钟的同步的所需信息的相应同步信号可以由各个传感器单元102、112、122、132接收，并且必要时可以由多传感器系统的分析处理单元101接收。

与使用哪种同步源无关，单个传感器单元102、112、122、132在多传感器系统的所执行的同步后在步骤205中启动其测量。

为了测量时刻尽可能地靠近预给定的目标时刻，在步骤206中检查：当前的测量时刻是否与预给定的目标时刻相一致。所述调整(abgleich)不必须强制性地在每次测量的情况下执行，而是也可以在先前定义的数量的测量后才实现。也可以定义匹配区间并且从控制单元105、115、125、135方面预给定。

如果所述检查得出结论：测量时刻足够精确地处于预给定的目标时刻，其中，同样可以情况限定地和/或匹配于多传感器系统地定义最大偏差，则所述方法跳至步骤210并且实施下一次测量或必要时多次另外的测量。

在步骤211中，紧接着检查：是否需要另外的传感器数据。例如是否应该建立另外的全方位视野或者当前是否不存在对于另外的传感器数据的需求。如果应该进一步测量，则所述方法必要时再次跳回至步骤206，在所述步骤中再次检查：当前的测量时刻是否足够精确地处于预给定的目标时刻。在多少次测量后重新检查测量时刻与预给定的目标时刻的一致性，如已经描述的那样可以改变或者必要时也仅一次性实现。

如果不需要另外的测量，例如如果关断车辆，则所述方法在步骤212中结束。

如果反之在步骤206中确定所述测量时刻与预给定的目标时刻偏离太远，则在步骤207中实现问题的分析，因此存在测量时刻与预给定的目标时刻的偏差。为此，可以要么仅观察所述测量的当前时间错位，要么在分析中考虑多个参量，如先前的测量时刻与预给定的目标时刻偏离和/或目标频率与测量频率偏离的那样。

视步骤207中的分析结果而定，可以使用两种方法用于使以下的测量时刻匹配于预给定的目标时刻。如果在步骤207中确定：测量时刻与目标时刻偏离，则在步骤208中可以相应地提高或降低测量频率。如果例如基于所使用的硬件决不可以调节所述精确的目标频率，则可以通过频率的有规律的匹配使偏差最小化。

如果在步骤207中确定，虽然所述测量频率非常靠近目标频率，然而在测量时刻与预给定的目标时刻之间已经出现小的、必要时有规律的时间错位，则这也可以在步骤208中通过匹配测量频率被补偿。例如可以如此调节频率，使得以更高的频率执行随后的两个测量并且紧接着再次调节最初的、靠近目标频率的测量频率。由此例如实施测量时刻的时间提前。为了实现测量时刻的时间延迟，可以相应短时地降低测量频率。

替代地，在测量频率和目标频率良好一致以及在测量时刻与预给定的目标时刻之间存在时间错位的情况下，在步骤209中，可以简单地借助控制单元使下一个测量时刻在时间上提前或在时间上延迟，而不短时地匹配所述频率。

也可以将两种方法208、209组合，并且不仅使单个测量时刻移动，而且执行测量频率的匹配。可以根据步骤207中的分析的输出决定，应用哪种方法最有意义。

在成功地使测量时刻匹配于预给定的目标时刻后，以步骤210继续所述方法，在所述步骤中——如描述的那样——在经匹配的测量时刻执行一次或多次测量。

在图3中示例性地描述一种用于同步地记录多传感器系统中的传感器数据的最简单的方法。所述方法基本上与先前提出的图2中的方法相似。所述方法以步骤301启动。在步骤302中，相应于步骤202预给定目标时刻。所述目标时刻可以任意地选择并且丝毫不必须具有规律性。

在步骤303中，相应于步骤203，由传感器单元102、112、122、132接收同步信号，并且在步骤304中，使所有时钟103、113、123、133、107基于同步信号的时钟时间信息同步。

在步骤305中，实现使测量时刻匹配于预给定的目标时刻。在所述方法例中，通过以下方式实现所述匹配：借助同步的内部时钟103、113、123、133将测量时刻置于预给定的目标时刻上。这意味着，控制单元105、115、125、135引起或触发传感器104、114、124、134的每次单次测量。

在步骤306中，由控制单元105、115、125、135触发先前定义的数量的测量，并且将相应的测量值发送到分析处理单元101。

在步骤307中决定：是否需要另外的测量数据，或由多传感器系统或传感器系统的部件中的一个需求。如果情况不是这样，则所述方法在步骤308中结束。

如果在先前确定的数据的测量或预给定的时间后执行另外的测量，则所述方法可以在步骤307中再次跳至步骤303，在所述步骤中重新接收同步信号。在此，重新使各个传感器单元102、112、122、132同步，由此，可以将多传感器系统的不同传感器104、114、124、134置于预给定的时间窗中，并且能够实现图像的相应精确的同步。

时钟103、113、123、133的重新同步也可以在任意时刻或几乎连续地借助连续的同步信号执行。在图2的方法中，也能够实现有规律的同步，所述同步可以要么由一定数量的测量和/或在有规律的时间间距中和/或在任意的时刻发生。视同步源而定可以任意改变所述时刻。