DE102021113853A1 - Transmission of sensor information from an environmental sensor to a controller using a trained neural network - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Sensorinformation von einem Umgebungssensor (14), insbesondere einem Ultraschallsensor (14) eines Fahrzeugs (10), über eine Datenverbindung (18) an ein Steuergerät (16), wobei der Umgebungssensor (14) die Sensorinformation als Messsignal (34) mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte erfasst, unter Verwendung eines trainierten neuronalen Netzwerks (44), insbesondere eines Autoencoders (44), umfassend die Schritte Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu einer Eingangsschicht (46) des neuronalen Netzwerks (44), Prozessieren des Übertragungssignals durch einen Enkodierer (66) des neuronalen Netzwerks (44) zur Erzeugung eines Codes in einer Datenausgabeschicht (58), Übertragen des erzeugten Codes von dem Umgebungssensor (14) über die Datenverbindung (18) an das Steuergerät (16), Zuführen des Codes zu einer Dateneingabeschicht (62) und Prozessieren des Codes durch einen Dekodierer (68) des neuronalen Netzwerks (44) in dem Steuergerät (16) zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Übereinstimmung mit dem Übertragungssignal, und Ausgeben des Ausgangssignals über eine Ausgangsschicht (54) des neuronalen Netzwerks (44).The invention relates to a method for transmitting sensor information from an environment sensor (14), in particular an ultrasonic sensor (14) of a vehicle (10), via a data connection (18) to a control unit (16), the environment sensor (14) receiving the sensor information as a Measurement signal (34) with quantized amplitude values is recorded for a plurality of points in time using a trained neural network (44), in particular an autoencoder (44), comprising the steps of supplying a transmission signal with the sensor information to an input layer (46) of the neural network (44 ), processing of the transmission signal by an encoder (66) of the neural network (44) to generate a code in a data output layer (58), transmission of the generated code from the environmental sensor (14) via the data connection (18) to the control unit (16) , supplying the code to a data input layer (62) and processing the code by a decoder (68) of a neural network (44) in the controller (16) for generating an output signal in accordance with the transmission signal, and outputting the output signal via an output layer (54) of the neural network (44).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Sensorinformation von einem Umgebungssensor, insbesondere einem Ultraschallsensor eines Fahrzeugs, über eine Datenverbindung an ein Steuergerät, wobei der Umgebungssensor die Sensorinformation als Messsignal mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte erfasst.The present invention relates to a method for transmitting sensor information from an environment sensor, in particular an ultrasonic sensor of a vehicle, via a data connection to a control unit, the environment sensor acquiring the sensor information as a measurement signal with quantized amplitude values for a plurality of points in time.

Auch betrifft die vorliegende Erfindung einen Umgebungssensor, insbesondere Ultraschallsensor, zur Bereitstellung von Sensorinformation für ein Umgebungserfassungssystem eines Fahrzeugs, mit einer Sensoreinheit zum Erfassen der Sensorinformation als Messsignal mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte.The present invention also relates to an environment sensor, in particular an ultrasonic sensor, for providing sensor information for an environment detection system of a vehicle, with a sensor unit for detecting the sensor information as a measurement signal with quantized amplitude values for a plurality of points in time.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Umgebungserfassungssystem mit wenigstens einem Umgebungssensor, insbesondere einem Ultraschallsensor, zur Bereitstellung von Sensorinformation und einem Steuergerät, die über eine Datenverbindung miteinander verbunden sind, wobei das Steuergerät ausgeführt ist, die Sensorinformation von dem wenigstens einen Umgebungssensor zu empfangen und zu verarbeiten, um die Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen, wobei der wenigstens eine Umgebungssensor eine Sensoreinheit zum Erfassen der Sensorinformation als Messsignal mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte aufweist.Furthermore, the present invention relates to an environment detection system with at least one environment sensor, in particular an ultrasonic sensor, for providing sensor information and a control unit, which are connected to one another via a data connection, the control unit being designed to receive the sensor information from the at least one environment sensor and to process in order to detect the environment of the vehicle, wherein the at least one environment sensor has a sensor unit for detecting the sensor information as a measurement signal with quantized amplitude values for a plurality of points in time.

Umgebungssensoren werden in aktuellen Fahrzeugen in unterschiedlichen Ausführungsformen zur Überwachung einer Umgebung des Fahrzeugs eingesetzt. Zu Umgebungssensoren gehören LiDAR-basierte Umgebungssensoren, Radarsensoren und Ultraschallsensoren.Surrounding sensors are used in current vehicles in different embodiments to monitor the surroundings of the vehicle. Environmental sensors include LiDAR-based environmental sensors, radar sensors, and ultrasonic sensors.

Insbesondere Ultraschallsensoren sind heutzutage an fast allen Fahrzeugen zu finden, da sie kostengünstig sind und wertvolle Sensorinformation in Bezug auf Objekte in einer Umgebung um das Fahrzeug mit Abständen von bis zu fünf bis zehn Metern liefern. Dabei werden die Ultraschallsensoren immer leistungsfähiger. Die Ultraschallsensoren wurden ursprünglich überwiegend in Park-Anwendungen eingesetzt. Mit steigender Automatisierung der Fahrzeuge und immer höheren Ansprüchen an die Fahrzeugsicherheit kommen jedoch stets neue Funktionen, wie zum Beispiel autonomes Notfallbremsen, hinzu.In particular, ultrasonic sensors can be found on almost all vehicles today, as they are inexpensive and provide valuable sensor information related to objects in an environment around the vehicle at distances of up to five to ten meters. The ultrasonic sensors are becoming more and more powerful. Originally, the ultrasonic sensors were mainly used in parking applications. With increasing automation of vehicles and ever higher demands on vehicle safety, however, new functions, such as autonomous emergency braking, are constantly being added.

Mit der steigenden Leistungsfähigkeit und den zunehmenden Anforderungen an die Ultraschallsensoren wächst auch die Datenmenge der Sensorinformation, die von den Ultraschallsensoren bereitgestellt und an ein Steuergerät übertragen werden muss. Für Park-Anwendungen ist es oftmals ausreichend, wenn von den Ultraschallsensoren Echoinformationen in Bezug auf empfangene Ultraschallechos und daraus resultierende Erfassungen von Objekten bereitgestellt werden. Unter Berücksichtigung von Signallaufzeiten vom Aussenden der Ultraschallpulse bis zum Empfang von daraus resultierenden Ultraschallechos können Abstände zu den Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs ermittelt werden. Demgegenüber ist es beispielsweise für Bremsanwendungen oftmals erforderlich, die Objekte, welche die Ultraschallechos erzeugen, zusätzlich zu klassifizieren. Dafür ist oftmals ein Messsignal mit einer Hüllkurve der empfangenen Ultraschallsignale zu untersuchen.With the increasing performance and the increasing demands on the ultrasonic sensors, the amount of sensor information that must be provided by the ultrasonic sensors and transmitted to a control unit also increases. For parking applications, it is often sufficient if the ultrasonic sensors provide echo information in relation to received ultrasonic echoes and the object detections resulting therefrom. Distances to the objects in the vicinity of the vehicle can be determined by taking into account the signal propagation times from the transmission of the ultrasonic pulses to the receipt of the resulting ultrasonic echoes. In contrast, for braking applications, for example, it is often necessary to additionally classify the objects that generate the ultrasonic echoes. For this, a measurement signal with an envelope curve of the received ultrasonic signals is often to be examined.

Die notwendigen Daten zur Durchzuführung dieser Aufgaben liegen typischerweise bereits heute im jeweiligen Ultraschallsensor vor und können aufgezeichnet werden. Problematisch ist jedoch die Übertragung der Messsignale von dem jeweiligen Ultraschallsensor an das Steuergerät. Aufgrund der Menge der Daten und der begrenzten Übertragungsbandbreite der Datenverbindung zwischen den Ultraschallsensoren und dem Steuergerät sind diese Daten bei aktuell verwendeten Datenverbindungen nur schwer zu übertragen. Während die Ultraschallsensoren kostengünstig herzustellen sind, bedeutet jede Erhöhung der Datenrate der Datenverbindung eine deutliche Erhöhung der Kosten.The data required to carry out these tasks is typically already present in the respective ultrasonic sensor and can be recorded. However, the transmission of the measurement signals from the respective ultrasonic sensor to the control unit is problematic. Due to the amount of data and the limited transmission bandwidth of the data connection between the ultrasonic sensors and the control unit, this data is difficult to transmit with the data connections currently in use. While the ultrasonic sensors are inexpensive to manufacture, any increase in the data rate of the data link means a significant increase in cost.

Um die Kosten von Fahrunterstützungssystemen mit Ultraschallsensoren nicht zu erhöhen, aber trotzdem mehr Informationen von den Ultraschallsensoren an das Steuergerät zu übertragen, werden bereits heute Kompressionsverfahren eingesetzt. Diese Kompressionsverfahren können verlustlos arbeiten (z.B. Huffman Coding) oder verlustbehaftet sein.In order not to increase the costs of driving support systems with ultrasonic sensors, but still transmit more information from the ultrasonic sensors to the control unit, compression processes are already being used today. These compression methods can be lossless (e.g. Huffman coding) or lossy.

Bei einer Übertragung der Echoinformationen in Bezug auf empfangene Ultraschallechos sind für den Ultraschallsensor typischerweise für jede Messung wenige Datensätze zu übertragen, oftmals in einstelligen Bereich. Demgegenüber entstehen bei einer Abtastung einer Hüllkurve mehrere 100 bis zu über 1000 Abtastwerte, die entsprechend zu übertragen sind.When the echo information relating to received ultrasonic echoes is transmitted, typically a few data sets, often in the single-digit range, have to be transmitted for the ultrasonic sensor for each measurement. In contrast, when an envelope is sampled, several 100 to over 1000 sampled values are produced, which are to be transmitted accordingly.

Typischerweise sind daher bei aktuell verfügbaren Bandbreiten der Datenverbindung hohe Kompressionsraten erforderlich, die im Stand der Technik nur mit verlustbehafteten Kompressionsverfahren erzielt werden können. Dabei werden beispielsweise spezielle Quantisierungs-Algorithmen verwendet, die eine Anzahl der Quantisierungsbits für die Übertragung an das Steuergerät reduzieren. Damit gehen jedoch hohe Informationsverluste einher, die im Steuergerät nicht wieder rekonstruiert werden können. Beispielsweise wird im Stand der Technik bei einer Abtastung des Ultraschallsignals mit zwölf Quantisierung-Bits eine Reduktion auf drei Quantisierung-Bits durchgeführt.Therefore, given the currently available bandwidths of the data connection, high compression rates are typically required, which in the prior art can only be achieved with lossy compression methods. In this case, special quantization algorithms are used, for example, which reduce the number of quantization bits for transmission to the control unit. However, this is accompanied by a high loss of information that cannot be reconstructed in the control unit. For example, in the prior art a sampling of the ultrasonic signal with twelve quantization bits, a reduction to three quantization bits is carried out.

Entsprechendes kann für LiDAR-basierte Umgebungssensoren oder Radarsensoren gelten, die ebenfalls Reflektionen von ausgesendeten Laser- bzw. Radarpulsen empfangen.The same can apply to LiDAR-based environmental sensors or radar sensors, which also receive reflections from emitted laser or radar pulses.

In diesem Zusammenhang ist aus der DE 10 2010 041 424 A1 ein Verfahren zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs mit einer Anzahl Sensoren bekannt, bei dem von mindestens einem Sensor während zumindest eines Echo-Zyklus mindestens eine Echo-Information zu dem Umfeld erfasst und mit einem Algorithmus komprimiert wird, und bei dem die mindestens eine komprimierte Echo-Information an mindestens eine Verarbeitungseinheit übertragen wird.In this context, from the DE 10 2010 041 424 A1 a method for detecting an environment of a vehicle with a number of sensors is known, in which at least one sensor during at least one echo cycle detects at least one piece of echo information about the environment and compresses it with an algorithm, and in which the at least one compressed echo - Information is transmitted to at least one processing unit.

Weiter ist aus der DE 10 2018 010 258 A1 ein Verfahren zur Übertragung von Sensordaten eines Ultraschallsensors von einem Sensor zu einem Rechnersystem in einem Fahrzeug bekannt. Das Verfahren umfasst die Schritte a) des Aussendens eines Ultraschall-Bursts und b) des Empfangens eines Ultraschallsignals und des Bildens eines Empfangssignals und c) das Bilden eines Feature-Vektor-Signals aus dem Empfangssignal und d) das Erkennen von Signalobjekten und das Klassifizieren dieser Signalobjekten in erkannte Signalobjektklassen innerhalb des Empfangssignals, wobei jedem somit erkannten und klassifizierten Signalobjekt zumindest ein zugeordneter Signalobjektparameter und ein Symbol entsprechend der diesem Signalobjekt zuerkannten Signalobjektklasse zugeordnet werden oder wobei jedem somit erkannten und klassifizierten Signalobjekt zumindest ein zugeordneter Signalobjektparameter und ein Symbol für dieses Signalobjekt bestimmt werden, und e) das Übertragen zumindest des Symbols einer erkannten Signalobjektklasse und zumindest des einen zugeordneten Signalobjektparameters dieser erkannten Signalobjektklasse an das Rechnersystem.Next is from the DE 10 2018 010 258 A1 a method for transmitting sensor data from an ultrasonic sensor from a sensor to a computer system in a vehicle is known. The method comprises the steps of a) emitting an ultrasonic burst and b) receiving an ultrasonic signal and forming a received signal and c) forming a feature vector signal from the received signal and d) recognizing signal objects and classifying them Signal objects in recognized signal object classes within the received signal, with each thus recognized and classified signal object being assigned at least one assigned signal object parameter and a symbol corresponding to the signal object class assigned to this signal object, or with each thus recognized and classified signal object at least one assigned signal object parameter and a symbol for this signal object being determined , and e) the transmission of at least the symbol of a recognized signal object class and at least one associated signal object parameter of this recognized signal object class to the computer system.

Aus der EP 3 528 230 A1 ist ein Verfahren zur Verarbeitung von Sensordaten in einer Anzahl von Steuergeräten eines Steuergeräteverbundes bekannt. Die Steuergeräte werden über wenigstens einen Kommunikationsbus mit mindestens einem Sensor verbunden sind, wobei die Sensordaten des wenigstens einen Sensors, von wenigstens zwei verschiedenen Steuergeräten stufenweise verarbeitet werden. Dabei ist es so, dass wenigstens eine Verarbeitungsstufe in beiden Steuergeräten übereinstimmt oder zumindest soweit äquivalent ist zu der anderen Stufe, dass die Ergebnisse der Verarbeitung durch eine Umrechnung ineinander übergeführt werden können. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Vorverarbeitungseinheit vorgesehen wird, der die Sensordaten des wenigstens einen Sensors zugeführt werden, wobei in der Vorverarbeitungseinheit die Verarbeitung der Sensordaten in der wenigstens einen übereinstimmenden Verarbeitungsstufe durchgeführt wird, und die bearbeiteten Sensordaten an die wenigstens zwei verschiedenen Steuergeräte zur individuellen Weiterverarbeitung weitergeleitet werden.From the EP 3 528 230 A1 a method for processing sensor data in a number of control units of a control unit network is known. The control units are connected to at least one sensor via at least one communication bus, with the sensor data of the at least one sensor being processed in stages by at least two different control units. It is the case that at least one processing stage in the two control units corresponds or is at least equivalent to the other stage to the extent that the results of the processing can be transferred to one another by a conversion. The invention is characterized in that a pre-processing unit is provided, to which the sensor data of the at least one sensor is supplied, with the processing of the sensor data being carried out in the pre-processing unit in the at least one matching processing stage, and the processed sensor data being sent to the at least two different control units forwarded for individual further processing.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Übertragung von Sensorinformation von einem Umgebungssensor über eine Datenverbindung an ein Steuergerät, einen Umgebungssensor zur Bereitstellung von Sensorinformation für ein Umgebungserfassungssystem eines Fahrzeugs und ein Umgebungserfassungssystem mit wenigstens einem Umgebungssensor zur Bereitstellung von Sensorinformation und einem Steuergerät, die über eine Datenverbindung miteinander verbunden sind, anzugeben, die eine effektive Übertragung von Sensorinformation mit einem hohen Informationsgehalt von dem Umgebungssensor zu dem Steuergerät unter Inanspruchnahme einer geringen Bandbreite ermöglichen.Proceeding from the prior art mentioned above, the invention is therefore based on the object of providing a method for transmitting sensor information from an environment sensor via a data connection to a control unit, an environment sensor for providing sensor information for an environment detection system of a vehicle and an environment detection system with at least one environment sensor for providing sensor information and a control unit, which are connected to one another via a data connection, which enable effective transmission of sensor information with a high information content from the environmental sensor to the control unit using a small bandwidth.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. Advantageous refinements of the invention are specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zur Übertragung von Sensorinformation von einem Umgebungssensor, insbesondere einem Ultraschallsensor eines Fahrzeugs, über eine Datenverbindung an ein Steuergerät, wobei der Umgebungssensor die Sensorinformation als Messsignal mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte erfasst, unter Verwendung eines trainierten neuronalen Netzwerks, insbesondere eines Autoencoders, angegeben, umfassend die Schritte Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu einer Eingangsschicht des neuronalen Netzwerks, Prozessieren des Übertragungssignals durch einen Enkodierer des neuronalen Netzwerks zur Erzeugung eines Codes in einer Datenausgabeschicht, Übertragen des erzeugten Codes von dem Umgebungssensor über die Datenverbindung an das Steuergerät, Zuführen des Codes zu einer Dateneingabeschicht und Prozessieren des Codes durch einen Dekodierer des neuronalen Netzwerks in dem Steuergerät zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Übereinstimmung mit dem Übertragungssignal, und Ausgeben des Ausgangssignals über eine Ausgangsschicht des neuronalen Netzwerks.According to the invention, therefore, is a method for transmitting sensor information from an environment sensor, in particular an ultrasonic sensor of a vehicle, via a data connection to a control unit, with the environment sensor acquiring the sensor information as a measurement signal with quantized amplitude values for a plurality of points in time, using a trained neural network, in particular an autoencoder, specified, comprising the steps of supplying a transmission signal with the sensor information to an input layer of the neural network, processing the transmission signal by an encoder of the neural network to generate a code in a data output layer, transmitting the generated code from the environment sensor via the data connection to the controller, supplying the code to a data input layer and processing the code by a decoder of the neural network in the controller to generate an output signal in Ü agreeing with the transmission signal, and outputting the output signal via an output layer of the neural network.

Erfindungsgemäß ist außerdem ein Umgebungssensor, insbesondere Ultraschallsensor, zur Bereitstellung von Sensorinformation für ein Umgebungserfassungssystem eines Fahrzeugs angegeben, mit einer Sensoreinheit zum Erfassen der Sensorinformation als Messsignal mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte, einer Verarbeitungseinheit zum Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu einer Eingangsschicht eines trainierten neuronalen Netzwerks, insbesondere eines Autoencoders, und zum Prozessieren des Übertragungssignals durch einen Enkodierer des neuronalen Netzwerks zur Erzeugung eines Codes in einer Datenausgabeschicht, und einer Kommunikationseinheit zum Übertragen des erzeugten Codes von dem Umgebungssensor über die Datenverbindung an ein Steuergerät des Umgebungserfassungssystems.According to the invention, an environment sensor, in particular an ultrasonic sensor, is also provided for providing sensor information for an environment detection system of a vehicle ben, with a sensor unit for detecting the sensor information as a measurement signal with quantized amplitude values for a plurality of points in time, a processing unit for supplying a transmission signal with the sensor information to an input layer of a trained neural network, in particular an autoencoder, and for processing the transmission signal by an encoder of the neural network Network for generating a code in a data output layer, and a communication unit for transmitting the generated code from the environment sensor via the data connection to a control unit of the environment detection system.

Weiter ist erfindungsgemäß ein Umgebungserfassungssystem mit wenigstens einem Umgebungssensor, insbesondere einem Ultraschallsensor, zur Bereitstellung von Sensorinformation und einem Steuergerät, die über eine Datenverbindung miteinander verbunden sind, angegeben, wobei das Steuergerät ausgeführt ist, die Sensorinformation von dem wenigstens einen Umgebungssensor zu empfangen und zu verarbeiten, um die Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen, wobei der wenigstens eine Umgebungssensor eine Sensoreinheit zum Erfassen der Sensorinformation als Messsignal mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte aufweist, der wenigstens eine Umgebungssensor eine Verarbeitungseinheit zum Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu einer Eingangsschicht eines trainierten neuronalen Netzwerks, insbesondere eines Autoencoders, und zum Prozessieren des Übertragungssignals durch einen Enkodierer des neuronalen Netzwerks zur Erzeugung eines Codes in einer Datenausgabeschicht aufweist, der wenigstens eine Umgebungssensor und das Steuergerät Kommunikationseinheiten aufweisen und ausgeführt sind, den von dem Umgebungssensor erzeugten Code über die Datenverbindung an das Steuergerät zu übertragen, und das Steuergerät eine Prozessierungseinheit zum Zuführen des Codes zu einer Dateneingabeschicht, zum Prozessieren des Codes durch einen Dekodierer des neuronalen Netzwerks in dem Steuergerät zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Übereinstimmung mit dem Übertragungssignal und zum Ausgeben des Ausgangssignals über eine Ausgangsschicht des neuronalen Netzwerks aufweist.Furthermore, according to the invention, an environment detection system with at least one environment sensor, in particular an ultrasonic sensor, for providing sensor information and a control unit, which are connected to one another via a data connection, is specified, the control unit being designed to receive and process the sensor information from the at least one environment sensor to detect the environment of the vehicle, wherein the at least one environment sensor has a sensor unit for acquiring the sensor information as a measurement signal with quantized amplitude values for a plurality of points in time, the at least one environment sensor has a processing unit for supplying a transmission signal with the sensor information to an input layer of a trained neuronal Network, in particular an autoencoder, and for processing the transmission signal by an encoder of the neural network to generate a code in a data output layer has at least one environment sensor and the control unit have communication units and are designed to transmit the code generated by the environment sensor to the control unit via the data connection, and the control unit has a processing unit for supplying the code to a data input layer, for processing the code by a decoder of the neural network in the controller for generating an output signal in accordance with the transmission signal and outputting the output signal via an output layer of the neural network.

Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, das Übertragungssignal mit der Sensorinformation unter Verwendung eines neuronalen Netzwerks für die Datenübertragung zu komprimieren und im Anschluss an die Datenübertragung das Übertragungssignal mit der Sensorinformation wieder herzustellen. Dabei hat sich herausgestellt, dass insbesondere als Autoencoder bekannte neuronale Netzwerke gut geeignet für die erfindungsgemäße Verwendung sind. Dabei wird das neuronale Netzwerk hier nicht verwendet, um Information aus dem Übertragungssignal zu extrahieren. Die Verarbeitung in einem solchen neuronalen Netzwerk wird vielmehr ausgenutzt, um eine Repräsentation des Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu erzeugen, die mit einer geringen Datenmenge von dem Umgebungssensor übertragen werden kann und im Anschluss eine möglichst exakte Wiederherstellung des Übertragungssignals mit der Sensorinformation in dem Steuergerät ermöglicht. Dazu wird die Implementierung des neuronalen Netzwerkes nach dem Training aufgeteilt, so dass auf Seite des Umgebungssensors der Enkodierer implementiert ist, und auf Seite des Steuergeräts der Dekodierer. Im Gegensatz zu einer integralen Ausführung des neuronalen Netzes ist es lediglich erforderlich, eine zusätzliche Schicht bereitzustellen, da der Code zwischen dem Umgebungssensor und dem Steuergerät übertragen werden muss, wodurch gegenüber der integralen Ausführung des neuronalen Netzes eine Aufteilung einer Zwischenschicht zwischen Enkodierer und Dekodierer erfolgt.The basic idea of the present invention is therefore to compress the transmission signal with the sensor information using a neural network for the data transmission and to restore the transmission signal with the sensor information following the data transmission. It has been found that neural networks known as autoencoders in particular are well suited for use according to the invention. Here, the neural network is not used to extract information from the transmission signal. Rather, the processing in such a neural network is used to generate a representation of the transmission signal with the sensor information, which can be transmitted with a small amount of data from the environmental sensor and then enables the transmission signal with the sensor information to be restored as precisely as possible in the control unit. For this purpose, the implementation of the neural network is divided after the training, so that the encoder is implemented on the environmental sensor side and the decoder on the control unit side. In contrast to an integral implementation of the neural network, it is only necessary to provide an additional layer, since the code has to be transmitted between the environmental sensor and the control unit, which results in a division of an intermediate layer between encoder and decoder compared to the integral implementation of the neural network.

Das neuronale Netzwerk hat außerdem den Vorteil, dass die Datenkompression durchgeführt werden kann, ohne dass Vorwissen des Fachmanns erforderlich ist. Dadurch wird eine Verfälschung der Sensorinformation durch möglicherweise „falsches“ oder fehlerhaftes Vorwissen vermieden. Durch ein entsprechendes Training des neuronalen Netzwerks kann eine gute Leistung erzielt werden, d.h. eine geringe erforderliche Datenmenge für den erzeugten Code bei gleichzeitig einem geringen Informationsverlust der Sensorinformation. Dabei kann das Training einfach durchgeführt werden, da die zum Training bereitgestellten Übertragungssignale unmittelbar zum Vergleich mit dem Ausgangssignal und zum Training des neuronalen Netzes verwendet werden können. Das Trainieren des neuronalen Netzes erfolgt somit zur Erzeugung des Ausgangssignals mit einer möglichst hohen Übereinstimmung mit dem Übertragungssignal. Das Training des neuronalen Netzes erfolgt über einen Trainingsdatensatz mir eine Vielzahl verschiedener Übertragungssignale. Um optimale Ergebnisse zu erhalten erfolgt das Training für das ganze neuronale Netz von der Eingangsschicht über alle Schichten des Enkodierers zu der Erzeugung des Codes weiter über alle Schichten des Dekodierers bis zu der Ausgangsschicht. Das Training kann basierend auf einem Rekonstruktionsverlust des Ausgangssignals gegenüber dem Übertragungssignal erfolgen.The neural network also has the advantage that data compression can be performed without prior knowledge of the person skilled in the art being required. This prevents the sensor information from being falsified by possibly “incorrect” or faulty prior knowledge. By appropriate training of the neural network, good performance can be achieved, i.e. a small amount of data required for the generated code with at the same time a small loss of information from the sensor. In this case, the training can be carried out easily, since the transmission signals provided for the training can be used directly for comparison with the output signal and for training the neural network. The neural network is thus trained in order to generate the output signal with the greatest possible correspondence with the transmission signal. The neural network is trained using a training data set with a large number of different transmission signals. In order to obtain optimal results, the training for the entire neural network takes place from the input layer through all layers of the encoder to the generation of the code further through all layers of the decoder to the output layer. The training can be based on a reconstruction loss of the output signal compared to the transmission signal.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit einerseits ein Informationsverlust im Vergleich zu heutigen Kompressionsverfahren reduziert werden. Andererseits können auch höhere Kompressionsraten angewendet werden, um die Datenverbindung weniger stark auszulasten oder ggf. eine erhöhte Anzahl von Umgebungssensoren über dieselbe Datenverbindung anschließen zu können.With the method according to the invention, information loss can thus be reduced in comparison to today's compression methods. On the other hand, higher compression rates can also be used in order to load the data connection less heavily or, if necessary, to to be able to connect an increased number of environmental sensors via the same data connection.

Das Messsignal wird von dem Umgebungssensor aufgenommen. Das Messsignal ist typischerweise ein zeitlich begrenztes Signal, wie es beispielsweise aufgenommen wird, wenn mit einem Ultraschallsensor Reflektionen von ausgesendeten Ultraschallpulsen empfangen werden, wobei die Reflektionen nach einer endlichen Zeitdauer im Hintergrundrauschen untergehen. Ein solches Messsignal ist auch als Hüllkurve bekannt. Im digitalen Bereich wird das Messsignal mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte erfasst. Die Sensoreinheit des Umgebungssensors ist entsprechend zum Erfassen des Messsignals mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte ausgeführt. Die Sensoreinheit umfasst typischerweise einen Wandler, um eine analoge Messgröße in ein elektrisches Signal zu wandeln, das dann durch die Abtastung quantisiert wird.The measurement signal is recorded by the environmental sensor. The measurement signal is typically a time-limited signal, such as is recorded, for example, when reflections of transmitted ultrasonic pulses are received with an ultrasonic sensor, the reflections being lost in the background noise after a finite period of time. Such a measurement signal is also known as an envelope. In the digital domain, the measurement signal is recorded with quantized amplitude values for a number of points in time. The sensor unit of the environmental sensor is designed accordingly for detecting the measurement signal with quantized amplitude values for a plurality of points in time. The sensor unit typically includes a converter to convert an analog measurand into an electrical signal, which is then quantized by the sampling.

Der Umgebungssensor kann unterschiedlich ausgeführt und an dem Fahrzeug angeordnet sein. Der Umgebungssensor kann als Ultraschallsensor ausgeführt sein. Auch andere Umgebungssensoren, nach einem ähnlichen Messprinzip wie die Ultraschallsensoren arbeiten, können verwendet werden, beispielsweise LiDAR-basierte Umgebungssensoren oder Radarsensoren.The environment sensor can be designed and arranged on the vehicle in different ways. The environment sensor can be designed as an ultrasonic sensor. Other environmental sensors that work according to a measurement principle similar to that of the ultrasonic sensors can also be used, for example LiDAR-based environmental sensors or radar sensors.

Die Datenverbindung verbindet einen oder mehrere Umgebungssensoren mit dem Steuergerät. Die Datenverbindung ist vorzugsweise als Datenbus ausgeführt, an den alle Umgebungssensoren und das Steuergerät angeschlossen sind. Dabei können unterschiedliche Protokolle und Topologien verwendet werden. Im Automobilbereich verbreitete Datenbussysteme sind als CAN, FlexRay, LIN oder andere bekannt.The data link connects one or more environmental sensors to the controller. The data connection is preferably designed as a data bus to which all environmental sensors and the control unit are connected. Different protocols and topologies can be used. Data bus systems that are widespread in the automotive sector are known as CAN, FlexRay, LIN or others.

Die Verarbeitungseinheit ist vorzugsweise als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, application-specific integrated circuit) ausgeführt. Entsprechendes gilt für die Prozessierungseinheit des Steuergeräts.The processing unit is preferably embodied as an application-specific integrated circuit (ASIC). The same applies to the processing unit of the control device.

Das Übertragen des Codes von dem Umgebungssensor über die Datenverbindung an das Steuergerät erfolgt abhängig von der Art der Datenverbindung. Dabei können Methoden zur Fehlererkennung oder -vermeidung angewendet werden. Die Kommunikationseinheiten sind auf Seite des Umgebungssensors zum Übertragen des Codes über die Datenverbindung an das Steuergerät und auf Seite des Steuergeräts zum Empfangen des Codes ausgeführt. Die Kommunikationseinheiten kommunizieren in Übereinstimmung mit der Ausgestaltung der Datenverbindung nach diesem Standard. Die Kommunikationseinheit kann jeweils integral mit der Verarbeitungseinheit bzw. der Prozessierungseinheit ausgeführt sein.The code is transmitted from the environmental sensor to the control unit via the data connection depending on the type of data connection. Methods for error detection or avoidance can be used. The communication units are designed to transmit the code via the data connection to the control unit on the environmental sensor side and to receive the code on the control unit side. The communication units communicate in accordance with the design of the data link according to this standard. The communication unit can in each case be embodied integrally with the processing unit or the processing unit.

Das Umgebungserfassungssystem kann mit einem Umgebungssensor oder mit mehreren Umgebungssensoren ausgeführt sein. Bei der Verwendung von Ultraschallsensoren ist eine Anordnung von mehreren Ultraschallsensoren an einer Vorderseite des Fahrzeugs wie auch an einer Rückseite des Fahrzeugs verbreitet. Darüber hinaus werden Ultraschallsensoren zunehmend seitlich an den Fahrzeugen angebracht.The environment detection system can be implemented with an environment sensor or with multiple environment sensors. When using ultrasonic sensors, an arrangement of a plurality of ultrasonic sensors on a front of the vehicle as well as on a rear of the vehicle is common. In addition, ultrasonic sensors are increasingly being attached to the side of vehicles.

Das Steuergerät ist eine Datenverarbeitungseinheit mit einem Prozessor und einem Speicher, um ein darin gespeichertes Programm auszuführen. Solche Steuergeräte sind im Automobilbereich auch als „electronic control unit“ (ECU) bekannt. Das Steuergerät empfängt die Sensorinformation von allen Umgebungssensoren und verarbeitet diese zur Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs.The control unit is a data processing unit with a processor and a memory in order to execute a program stored therein. Such control devices are also known in the automotive sector as “electronic control units” (ECU). The control unit receives the sensor information from all environment sensors and processes it to record the environment around the vehicle.

Das Übertragungssignal enthält die Sensorinformation, wie nachstehend im Detail beschrieben ist. Das Ausgangssignal ist eine Repräsentation der Sensorinformation in dem Steuergerät nach dem Prozessieren des Codes in der Prozessierungseinheit.The transmission signal contains the sensor information, as described in detail below. The output signal is a representation of the sensor information in the controller after processing the code in the processing unit.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu einer Eingangsschicht des neuronalen Netzwerks ein Zuführen des Messsignals als Übertragungssignal. Als Übertragungssignal wird als das Messsignal als Zeitsignal verwendet und durch den Code kodiert. Eine zusätzliche Verarbeitung des von dem Umgebungssensor erfassten Messsignals ist nicht erforderlich.In an advantageous embodiment of the invention, the supply of a transmission signal with the sensor information to an input layer of the neural network includes supplying the measurement signal as a transmission signal. As the transmission signal, the measurement signal is used as a time signal and encoded by the code. Additional processing of the measurement signal detected by the environmental sensor is not required.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren einen Schritt zum Erzeugen eines Transformationssignals mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Frequenzen durch Transformation des Messsignals in den Frequenzbereich, und das Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu einer Eingangsschicht des neuronalen Netzwerks umfasst ein Zuführen des Transformationssignals als Übertragungssignal. Als Übertragungssignal wird also das Transformationssignal als Frequenzsignal verwendet und durch den Code kodiert. Das Erzeugen des Transformationssignals erfolgt durch eine Frequenztransformation. Solche Verfahren sind beispielsweise als FFT (Fast Fourier Transformation) als solche bekannt. Das Erzeugen des Transformationssignals als Transformation des Messsignals in den Frequenzbereich umfasst vorzugweise eine Frequenzverschiebung des Transformationssignals. Dadurch können beispielsweise bei der Verwendung von Ultraschallsensoren Frequenzanteile der verwendeten Ultraschallfrequenzen eliminiert werden.In an advantageous embodiment of the invention, the method includes a step for generating a transformation signal with quantized amplitude values for a plurality of frequencies by transforming the measurement signal into the frequency domain, and supplying a transmission signal with the sensor information to an input layer of the neural network includes supplying the transformation signal as a transmission signal . The transformation signal is used as a frequency signal and encoded by the code as the transmission signal. The transformation signal is generated by a frequency transformation. Such methods are known as such, for example as FFT (Fast Fourier Transformation). Generating the transformation signal as a transformation of the measurement signal into the frequency domain preferably includes a frequency shift of the transformation signal. As a result, for example, when using ultrasounds sor frequency components of the ultrasonic frequencies used are eliminated.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit ausgeführt, das Messsignal als Übertragungssignal der Eingangsschicht des neuronalen Netzwerks zuzuführen, oder die Verarbeitungseinheit ist ausgeführt, ein Transformationssignal mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Frequenzen durch Transformation des Messsignals in den Frequenzbereich zu erzeugen und das Transformationssignal als Übertragungssignal der Eingangsschicht des neuronalen Netzwerks zuzuführen. Das Ausgangssignal kann somit entsprechend als Zeitsignal oder als Frequenzsignal erzeugt und ausgegeben werden. Die obigen Ausführungen gelten entsprechend.In an advantageous embodiment of the invention, the processing unit is designed to supply the measurement signal as a transmission signal to the input layer of the neural network, or the processing unit is designed to generate a transformation signal with quantized amplitude values for a plurality of frequencies by transforming the measurement signal into the frequency range and generating the transformation signal as a transmission signal to the input layer of the neural network. The output signal can thus be generated and output as a time signal or as a frequency signal. The above statements apply accordingly.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit des jeweiligen Umgebungssensors ausgeführt, das Messsignal als Übertragungssignal der Eingangsschicht des neuronalen Netzwerks zuzuführen, oder die Verarbeitungseinheit des jeweiligen Umgebungssensors ist ausgeführt, ein Transformationssignal mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Frequenzen durch Transformation des Messsignals in den Frequenzbereich zu erzeugen und das Transformationssignal als Übertragungssignal der Eingangsschicht des neuronalen Netzwerks zuzuführen. Das Ausgangssignal kann somit entsprechend als Zeitsignal oder als Frequenzsignal erzeugt und ausgegeben werden. Die obigen Ausführungen gelten entsprechend. Für das Ausgangssignal im Frequenzbereich kann das Steuergerät dieses Ausgangssignal unmittelbar verarbeiten, um die Umgebung zu erfassen. Alternativ kann das Ausgangssignal in ein Zeitsignal, das entsprechend mit dem Messsignal korrespondiert, zurücktransformiert werden vor der Weiterverarbeitung in dem Steuergerät. Entsprechende Verfahren sind beispielsweise als IFFT (Invers Fast Fourier Transformation) als solche bekannt.In an advantageous embodiment of the invention, the processing unit of the respective environment sensor is designed to supply the measurement signal as a transmission signal to the input layer of the neural network, or the processing unit of the respective environment sensor is designed to supply a transformation signal with quantized amplitude values for a plurality of frequencies by transforming the measurement signal into the frequency range generate and supply the transformation signal as a transmission signal to the input layer of the neural network. The output signal can thus be generated and output as a time signal or as a frequency signal. The above statements apply accordingly. For the output signal in the frequency domain, the control unit can process this output signal directly in order to detect the environment. Alternatively, the output signal can be transformed back into a time signal, which corresponds to the measurement signal, before further processing in the control unit. Corresponding methods are known as such, for example as IFFT (Inverse Fast Fourier Transformation).

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Dekodierer in der Prozessierungseinheit als inverse Realisierung des Enkodierers der Verarbeitungseinheit implementiert. Durch die inverse Implementierung kann das Ausganssignal eine hohe Übereinstimmung mit dem Übertragungssignal erreichen.In an advantageous embodiment of the invention, the decoder in the processing unit is implemented as an inverse implementation of the encoder in the processing unit. The inverse implementation allows the output signal to achieve a high degree of agreement with the transmission signal.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen der Dekodierer und der Enkodierer eine Mehrzahl versteckte Schichten auf, vorzugsweise vier bis fünf versteckte Schichten. Die versteckten Schichten bewirken gemeinsam die Enkodierung des Übertragungssignals bzw. die Dekodierung zum Erzeugen des Ausgangssignals. Die versteckten Schichten umfassen typischerweise eine Mehrzahl versteckte Knoten, wobei die versteckten Knoten jeder der Schichten mit versteckten Knoten anderer, benachbarter Schichten über Gewichte verbunden sind. Entsprechendes gilt für versteckte Schichten, die benachbart zu der Eingangsschicht, der Ausgangsschicht, der Datenausgabeschicht oder der Dateneingabeschicht angeordnet sind. Typischerweise reduziert sich dabei die Anzahl der versteckten Knoten stetig von der Eingangsschicht zu der Datenausgabeschicht. Typischerweise erhöht sich die Anzahl der versteckten Knoten stetig von der Dateneingabeschicht zu der Ausgangsschicht. Die Anzahl der versteckten Schichten, die Anzahl der versteckten Knoten der einzelnen versteckten Schichten sowie die Struktur der Verbindungen zwischen den versteckten Knoten werden während des Trainingsprozesses im Detail bestimmt.In an advantageous embodiment of the invention, the decoder and the encoder have a plurality of hidden layers, preferably four to five hidden layers. The hidden layers work together to encode the transmission signal and decode it to generate the output signal. The hidden layers typically include a plurality of hidden nodes, with the hidden nodes of each of the layers being connected to hidden nodes of other adjacent layers via weights. The same applies to hidden layers that are arranged adjacent to the input layer, the output layer, the data output layer or the data input layer. Typically, the number of hidden nodes is steadily reduced from the input layer to the data output layer. Typically, the number of hidden nodes increases steadily from the data input layer to the output layer. The number of hidden layers, the number of hidden nodes of each hidden layer, as well as the structure of the connections between the hidden nodes are determined in detail during the training process.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Umgebungserfassungssystem eine Mehrzahl Umgebungssensoren auf, die Umgebungssensoren weisen zumindest teilweise unterschiedliche Implementierungen der Verarbeitungseinheit mit dem Enkodierer auf, und das Steuergerät weist für jede der unterschiedlichen Implementierungen der Verarbeitungseinheit mit dem Enkodierer eine Implementierung mit einem korrespondierenden Dekodierer auf. Somit kann die Sensorinformation verschiedener Umgebungssensoren mit unterschiedlichen neuronalen Netzen verarbeitet werden, so dass beispielsweise strukturelle Unterschiede der Sensorinformation für verschiedene der Umgebungssensoren berücksichtigt werden können. Solche strukturellen Unterschiede können sich beispielsweise abhängig von unterschiedlichen Positionen der Umgebungssensoren an dem Fahrzeug ergeben, beispielsweise für seitlich an dem Fahrzeug angebrachte Umgebungssensoren und an einer Vorderseite bzw. eine Rückseite des Fahrzeugs angebrachte Umgebungssensoren. So können beispielsweise bei Ultraschallsensoren an der Vorderseite des Fahrzeugs stärkere Störungen durch Fahrtwind auftreten, die bei Ultraschallsensoren an der Rückseite des Fahrzeugs nicht oder weniger stark auftreten.In an advantageous embodiment of the invention, the environment detection system has a plurality of environment sensors, the environment sensors have at least partially different implementations of the processing unit with the encoder, and the control unit has an implementation with a corresponding decoder for each of the different implementations of the processing unit with the encoder. The sensor information from different environmental sensors can thus be processed with different neural networks, so that, for example, structural differences in the sensor information for various environmental sensors can be taken into account. Such structural differences can arise, for example, depending on different positions of the environment sensors on the vehicle, for example for environment sensors attached to the side of the vehicle and environment sensors attached to a front or a rear of the vehicle. For example, in the case of ultrasonic sensors on the front of the vehicle, stronger disturbances can occur due to airflow, which do not occur or occur to a lesser extent in the case of ultrasonic sensors on the rear of the vehicle.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Eingangsschicht eine Anzahl Eingangsknoten in Übereinstimmung mit einer Anzahl Zeitpunkte des Messsignals oder in Übereinstimmung mit einer Anzahl Frequenzen des Transformationssignals auf, und die Ausgangsschicht weist eine Anzahl Ausgangsknoten in Übereinstimmung mit einer Anzahl Zeitpunkte des Messsignals oder in Übereinstimmung mit einer Anzahl Frequenzen des Transformationssignals auf. Dadurch wird ermöglicht, dass dasIn an advantageous embodiment of the invention, the input layer has a number of input nodes in accordance with a number of times of the measurement signal or in accordance with a number of frequencies of the transformation signal, and the output layer has a number of output nodes in accordance with a number of times of the measurement signal or in accordance with one number of frequencies of the transformation signal. This enables that

Übertragungssignal vollständig übertragen und zu dem Ausgangssignal dekodiert werden kann.Transmission signal can be fully transmitted and decoded into the output signal.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist weisen die Eingangsschicht eine Anzahl Eingangsknoten und die Ausgangsschicht eine identische Anzahl Ausgangsknoten auf, und die Datenausgabeschicht und die Dateneingabeschicht weisen eine identische Anzahl Datenausgabeknoten bzw. Dateneingabeknoten auf, wobei die Anzahl der Datenausgabeknoten bzw. Dateneingabeknoten weniger als 50% der Anzahl der Eingangsknoten und der Ausgangsknoten beträgt, vorzugsweise weniger als 25%, besonders bevorzugt weniger als 10%. Eine typische Größenordnung sind wenige zehn Datenausgabeknoten bzw. Dateneingabeknoten bei einer typischen Anzahl von mehreren hundert bis zu etwa eintausend Eingangsknoten und Ausgangsknoten. Dadurch kann eine starke Datenreduktion zur Übertragung der Sensorinformation über die Datenverbindung erreicht werden.In an advantageous embodiment of the invention, the input layer has a number of ones input nodes and the output layer have an identical number of output nodes, and the data output layer and the data input layer have an identical number of data output nodes or data input nodes, the number of data output nodes or data input nodes being less than 50% of the number of input nodes and output nodes, preferably less than 25%, more preferably less than 10%. A typical order of magnitude is a few tens of data output nodes or data input nodes with a typical number of several hundred to around one thousand input nodes and output nodes. As a result, a strong data reduction can be achieved for the transmission of the sensor information via the data connection.

Die oben in Bezug auf das Verfahren, den Umgebungssensor oder das Umgebungserfassungssystem beschriebenen Merkmale gelten jeweils nicht nur für das Verfahren, den Umgebungssensor oder das Umgebungserfassungssystem, sondern können entsprechend auf alle anderen Ausführungsformen übertragen werden.The features described above in relation to the method, the environment sensor or the environment detection system do not only apply to the method, the environment sensor or the environment detection system, but can be transferred accordingly to all other embodiments.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind übertragbar von einem Ausführungsbeispiel auf ein anderes.The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing based on preferred embodiments. The features shown can represent an aspect of the invention both individually and in combination. Features of different exemplary embodiments can be transferred from one exemplary embodiment to another.

Figurenlistecharacter list

  • 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Umgebungserfassungssystem, das Ultraschallsensoren und ein Steuergerät umfasst, die über eine Datenverbindung verbunden sind, gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform, 1 a schematic view of a vehicle with an environment detection system that includes ultrasonic sensors and a control unit that are connected via a data link, according to a first preferred embodiment,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Ultraschallsensors aus 1 mit einem topfförmigen Membrangehäuse, einem daran angebrachten Piezoelement, einer Sensoreinheit, einer Verarbeitungseinheit, und einer Kommunikationseinheit, 2 a schematic representation of an ultrasonic sensor 1 with a pot-shaped membrane housing, a piezo element attached thereto, a sensor unit, a processing unit, and a communication unit,
  • 3 eine schematische Darstellung eines einteiligen neuronalen Netzes, das hier als Autoencoder ausgeführt ist, mit einer Eingangsschicht, einer Ausgangsschicht, und einer dazwischen angeordneten Zwischenschicht, gemäß der ersten Ausführungsform, 3 a schematic representation of a one-part neural network, which is designed here as an autoencoder, with an input layer, an output layer, and an intermediate layer arranged in between, according to the first embodiment,
  • 4 eine schematische Darstellung des neuronalen Netzes aus 3, mit einer verteilten Implementierung auf eine Verarbeitungseinheit des Ultraschallsensors aus 2 und eine Prozessierungseinheit des Steuergeräts aus 1, 4 a schematic representation of the neural network 3 , with a distributed implementation on a processing unit of the ultrasonic sensor 2 and a processing unit of the control device 1 ,
  • 5 ein Ablaufdiagram eines Verfahrens zur Übertragung von Sensorinformation von dem Ultraschallsensor aus 2 über die in 1 dargestellte Datenverbindung an das dortige Steuergerät (16) in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform, 5 a flowchart of a method for transmitting sensor information from the ultrasonic sensor 2 about the in 1 shown data connection to the local control unit (16) in accordance with the first embodiment,
  • 6 eine schematische Darstellung eines einteiligen neuronalen Netzes mit einer Eingangsschicht, einer Ausgangsschicht, einem Enkodierer, einem Dekodierer und einer Zwischenschicht gemäß einer zweiten Ausführungsform, 6 a schematic representation of a one-part neural network with an input layer, an output layer, an encoder, a decoder and an intermediate layer according to a second embodiment,
  • 7 eine schematische Darstellung eines einteiligen neuronalen Netzes mit einer Eingangsschicht, einer Ausgangsschicht, einem Enkodierer, einem Dekodierer und einer Zwischenschicht gemäß einer dritten Ausführungsform, 7 a schematic representation of a one-part neural network with an input layer, an output layer, an encoder, a decoder and an intermediate layer according to a third embodiment,
  • 8 ein beispielhafter Amplitudenverlauf eines Messsignals im Zeitbereich mit einem Ultraschallecho bei etwa 7 ms, und 8th an exemplary amplitude curve of a measurement signal in the time domain with an ultrasonic echo at about 7 ms, and
  • 9 ein beispielhafter Amplitudenverlauf eines Transformationssignals als Transformation des Messsignals aus 8 im Zeitbereich in den Frequenzbereich. 9 an exemplary amplitude profile of a transformation signal as a transformation of the measurement signal 8th in the time domain to the frequency domain.

Die 1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Umgebungserfassungssystem 12 gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform.the 1 1 shows a vehicle 10 with an environment detection system 12 according to a first preferred embodiment.

Das Umgebungserfassungssystem 12 umfasst eine Mehrzahl Umgebungssensoren 14, die hier als Ultraschallsensoren 14 ausgeführt sind, und ein Steuergerät 14, wobei die Ultraschallsensoren 14 und das Steuergerät 16 über eine Datenverbindung 18 miteinander verbunden sind. Das Steuergerät 16 ist eine Datenverarbeitungseinheit mit einem Prozessor und einem Speicher, um ein darin gespeichertes Programm auszuführen. Solche Steuergeräte 16 sind im Automobilbereich auch als „electronic control unit“ (ECU) bekannt. Die Datenverbindung 18 ist hier als Datenbus 18 ausgeführt, an den alle Ultraschallsensoren 14 und das Steuergerät 16 angeschlossen sind. Dabei können unterschiedliche Protokolle und Topologien verwendet werden, die als solche im Stand der Technik bekannt sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Datenbus 18 nach einem der Standards CAN, FlexRay, oder LIN ausgeführt.The environment detection system 12 includes a plurality of environment sensors 14 which are embodied here as ultrasonic sensors 14 , and a control unit 14 , the ultrasonic sensors 14 and the control unit 16 being connected to one another via a data connection 18 . The controller 16 is a data processing unit having a processor and a memory for executing a program stored therein. Such control devices 16 are also known in the automotive sector as “electronic control units” (ECU). The data connection 18 is designed here as a data bus 18 to which all ultrasonic sensors 14 and the control unit 16 are connected. In this case, different protocols and topologies can be used, which are known as such in the prior art. In this exemplary embodiment, the data bus 18 is designed according to one of the standards CAN, FlexRay, or LIN.

Die Ultraschallsensoren 14 sind in zwei Gruppen zu jeweils sechs Ultraschallsensoren 14 entlang einer Vorderseite 20 und einer Rückseite 22 des Fahrzeugs 10 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 14 sind zum Überwachen einer Umgebung 24 des Fahrzeugs 10 ausgeführt und an dem Fahrzeug 10 angeordnet.The ultrasonic sensors 14 are arranged in two groups of six ultrasonic sensors 14 each along a front 20 and a rear 22 of the vehicle 10 . Ultrasonic sensors 14 are designed to monitor surroundings 24 of vehicle 10 and are arranged on vehicle 10 .

Ein Ultraschallsensor 14 ist beispielhaft in 2 dargestellt. Der Ultraschallsensor 14 umfasst ein topfförmiges Membrangehäuse 26 und ein Piezoelement 28, wobei das Piezoelement 14 an einer Innenseite 30 des topfförmigen Membrangehäuses 26 angebracht ist. Das Piezoelement 28 ist vorzugsweise durch Kleben an der Innenseite 30 des topfförmigen Membrangehäuses 26 befestigt. Der Ultraschallsensor 14 umfasst weiterhin eine Sensoreinheit 32 zum Erfassen von Sensorinformation. Die Sensorinformation wird vorliegend als Messsignal 34 mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte erfasst. Ein solches Messsignal ist beispielhaft in 8 dargestellt, wobei die Amplitude auf ‚1‘ normiert ist. Die Sensoreinheit 32 umfasst typischerweise einen Wandler, um eine analoge Messgröße in ein elektrisches Signal zu wandeln, das dann durch die Abtastung quantisiert wird. Das Messsignal 34 ist hier ein zeitlich begrenztes Signal mit Reflektionen von ausgesendeten Ultraschallpulsen. Ein solches Messsignal 34 ist auch als Hüllkurve bekannt. Im digitalen Bereich wird das Messsignal 34 mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte erfasst.An ultrasonic sensor 14 is shown by way of example in 2 shown. Ultrasonic sensor 14 includes a pot-shaped membrane housing 26 and a piezo element 28 , piezo element 14 being attached to an inner side 30 of pot-shaped membrane housing 26 . The piezoelectric element 28 is preferably attached to the inside 30 of the pot-shaped membrane housing 26 by gluing. The ultrasonic sensor 14 also includes a sensor unit 32 for acquiring sensor information. In the present case, the sensor information is recorded as a measurement signal 34 with quantized amplitude values for a plurality of points in time. Such a measurement signal is an example in 8th shown with the amplitude normalized to '1'. The sensor unit 32 typically includes a converter to convert an analog measurement variable into an electrical signal which is then quantized by the sampling. The measurement signal 34 is a time-limited signal with reflections of transmitted ultrasonic pulses. Such a measurement signal 34 is also known as an envelope. In the digital domain, the measurement signal 34 is recorded with quantized amplitude values for a plurality of points in time.

Der Ultraschallsensor 14 umfasst außerdem eine Verarbeitungseinheit 36. Die Verarbeitungseinheit 36 ist in diesem Ausführungsbeispiel als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, application-specific integrated circuit) ausgeführt. Details zur Verarbeitungseinheit 36 sind nachstehend angegeben.The ultrasonic sensor 14 also includes a processing unit 36. In this exemplary embodiment, the processing unit 36 is embodied as an application-specific integrated circuit (ASIC). Details of the processing unit 36 are given below.

Schließlich umfasst der Ultraschallsensor 14 in diesem Ausführungsbeispiel eine Kommunikationseinheit 40 zum Übertragen eines wie nachstehend beschrieben erzeugten Codes über die Datenverbindung 18 an das Steuergerät 16.Finally, in this exemplary embodiment, the ultrasonic sensor 14 includes a communication unit 40 for transmitting a code generated as described below via the data connection 18 to the control unit 16.

Das Steuergerät 16 umfasst eine entsprechende Kommunikationseinheit 40, um die Codes von den Ultraschallsensoren 14 zu empfangen. Das Steuergerät 16 umfasst zusätzlich eine im Detail nachstehend beschriebene Prozessierungseinheit 42, wie sich aus 1 ergibt.The control unit 16 includes a corresponding communication unit 40 in order to receive the codes from the ultrasonic sensors 14 . The control unit 16 additionally includes a processing unit 42, described in detail below, as can be seen from FIG 1 results.

Nachstehend wird ein Verfahren zur Übertragung von Sensorinformation von den Ultraschallsensoren 14 des Fahrzeugs 10 über die Datenverbindung 18 an das Steuergerät 16 beschrieben, wobei die Ultraschallsensoren 14 die Sensorinformation als Messsignale 34 mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte erfassen. Die Sensorinformation wird also von dem jeweiligen Ultraschallsensor 14 zunächst als Messsignal 34 bereitgestellt. Das Verfahren wird mit dem in 1 dargestellten Umgebungserfassungssystem 12 durchgeführt.A method for transmitting sensor information from ultrasonic sensors 14 of vehicle 10 via data connection 18 to control unit 16 is described below, ultrasonic sensors 14 acquiring the sensor information as measurement signals 34 with quantized amplitude values for a plurality of points in time. The sensor information is therefore initially provided by the respective ultrasonic sensor 14 as a measurement signal 34 . The procedure is carried out with the in 1 performed environment detection system 12 shown.

Das Verfahren wird unter Verwendung eines trainierten neuronalen Netzwerks 44, das hier als Autoencoder 44 ausgeführt ist, durchgeführt. Der Autoencoder 44 der ersten Ausführungsform ist in 3 in einteiliger Form schematisch dargestellt und umfasst eine Eingangsschicht 46 mit einer Mehrzahl Eingangsknoten 48, eine Zwischenschicht 50 mit einer Mehrzahl Zwischenknoten 52 und eine Ausgangsschicht 54 mit einer Mehrzahl Ausgangsknoten 56. Der Autoencoder 44 ist in diesem Ausführungsbeispiel verteilt ausgeführt, wie in 4 dargestellt ist. Entsprechend ist der Autoencoder 44 teilweise in der Verarbeitungseinheit 36 und teilweise in der Prozessierungseinheit 42 implementiert. Dazu wurde die Zwischenschicht 50 in eine Datenausgabeschicht 58 mit einer entsprechenden Anzahl Datenausgabeknoten 60 und eine Dateneingabeschicht 62 mit einer entsprechenden Anzahl Dateneingabeknoten 64 aufgeteilt. Die Anzahl der Datenausgabeknoten 60 und der Dateneingabeknoten 64 entspricht der Anzahl der Zwischenknoten 52 in 3.The method is carried out using a trained neural network 44 which is embodied here as an autoencoder 44 . The autoencoder 44 of the first embodiment is in 3 shown schematically in one-part form and comprises an input layer 46 with a plurality of input nodes 48, an intermediate layer 50 with a plurality of intermediate nodes 52 and an output layer 54 with a plurality of output nodes 56. The autoencoder 44 is distributed in this exemplary embodiment, as in 4 is shown. Correspondingly, the autoencoder 44 is implemented partly in the processing unit 36 and partly in the processing unit 42 . For this purpose, the intermediate layer 50 was divided into a data output layer 58 with a corresponding number of data output nodes 60 and a data input layer 62 with a corresponding number of data input nodes 64 . The number of data output nodes 60 and data input nodes 64 corresponds to the number of intermediate nodes 52 in 3 .

Die Anzahl der Eingangsknoten 48 ist in Übereinstimmung mit einer Anzahl Frequenzen des Transformationssignals 38 gewählt. Die Anzahl der Eingangsknoten 48 ist identisch zu der Anzahl der Ausgangsknoten 56. In der alternativen Ausführungsform, d.h. die Ausführungsform ohne Schritt S100, ist die Anzahl der Eingangsknoten 48 in Übereinstimmung mit einer Anzahl Zeitpunkte des Messsignals 34 gewählt. Die Anzahl der Eingangsknoten 48 entspricht jeweils der Anzahl der Ausgangsknoten 56.The number of input nodes 48 is chosen in accordance with a number of frequencies of the transform signal 38 . The number of input nodes 48 is identical to the number of output nodes 56. In the alternative embodiment, i.e. the embodiment without step S100, the number of input nodes 48 is chosen in accordance with a number of times of the measurement signal 34. The number of input nodes 48 corresponds to the number of output nodes 56.

Auch die Datenausgabeschicht 58 und die Dateneingabeschicht 62 weisen eine identische Anzahl Datenausgabeknoten 60 bzw. Dateneingabeknoten 64, die den Zwischenknoten 52 bei der integralen Darstellung in 3 entsprechen, auf. In diesem Ausführungsbeispiel soll die Anzahl der Datenausgabeknoten 60 bzw. Dateneingabeknoten 64 weniger als 10% der Anzahl der Eingangsknoten und der Ausgangsknoten betragen. Eine typische Größenordnung sind wenige zehn Datenausgabeknoten 60 bzw. Dateneingabeknoten 64 bei einer typischen Anzahl von mehreren hundert bis zu etwa eintausend Eingangsknoten 48 und Ausgangsknoten 56.The data output layer 58 and the data input layer 62 also have an identical number of data output nodes 60 or data input nodes 64, which the intermediate node 52 in the integral representation in 3 correspond, on. In this exemplary embodiment, the number of data output nodes 60 and data input nodes 64 should be less than 10% of the number of input nodes and output nodes. A typical order of magnitude is a few tens of data output nodes 60 or data input nodes 64 with a typical number of several hundred to about one thousand input nodes 48 and output nodes 56.

Der Autoencoder 44 umfasst zusätzlich einen Enkodierer 66 und einen Dekodierer 68, wobei der Enkodierer 66 in der Verarbeitungseinheit 36 implementiert ist und der Dekodierer 68 in der Prozessierungseinheit 42 implementiert ist. Enkodierer 66 und Dekodierer 68 sind für die Autoencoder 44 der zweiten und dritten Ausführungsform in den 6 und 7 explizit dargestellt. In den 3 und 4 sind der Enkodierer 66 und der Dekodierer 68 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Der Dekodierer 68 ist in der Prozessierungseinheit 42 als inverse Realisierung des Enkodierers 66 der Verarbeitungseinheit 36 implementiert. Dies bedeutet, dass der Dekodierer 68 und der Enkodiererer in Bezug auf die Darstellungen in den 4, 6 und 7 jeweils gespiegelt sind und ansonsten eine identische Struktur mit der gleichen Anzahl versteckter Schichten 70, der gleichen Anzahl und Anordnung versteckter Knoten 72 in den versteckten Schichten 70 und den gleichen Verbindungen 74 mit den gleichen Gewichten zwischen den versteckten Knoten 72 aufweisen.The autoencoder 44 additionally includes an encoder 66 and a decoder 68 , the encoder 66 being implemented in the processing unit 36 and the decoder 68 being implemented in the processing unit 42 . Encoder 66 and decoder 68 are for the autoencoders 44 of the second and third embodiments in FIGS 6 and 7 shown explicitly. In the 3 and 4 the encoder 66 and the decoder 68 are not shown for the sake of clarity. The decoder 68 is in the processing unit 42 as an inverse realization of the encoder 66 of the Verar processing unit 36 implemented. This means that the decoder 68 and the encoder with respect to what is shown in FIGS 4 , 6 and 7 are each mirrored and otherwise have an identical structure with the same number of hidden layers 70, the same number and arrangement of hidden nodes 72 in the hidden layers 70, and the same connections 74 with the same weights between the hidden nodes 72.

Der Enkodierer 66 und der Dekodierer 68 weisen jeweils eine Mehrzahl versteckte Schichten 70 auf. In dem ersten Ausführungsbeispiel weisen der Enkodierer 66 und der Dekodierer 68 vier bis fünf versteckte Schichten 70 auf. Die versteckten Schichten 70 umfassen jeweils eine Mehrzahl versteckte Knoten 72, wobei die versteckten Knoten 72 jeder der versteckten Schichten 70 mit versteckten Knoten 72 anderer, benachbarter versteckter Schichten 70 über Gewichte verbunden sind. Die Anzahl der versteckten Knoten 72 reduziert sich dabei stetig von der Eingangsschicht 46 zu der Datenausgabeschicht 58 und erhöht sich entsprechend von der Dateneingabeschicht 62 zu der Ausgangsschicht 54. Die Anzahl der versteckten Schichten 70, die Anzahl der versteckten Knoten 72 der einzelnen versteckten Schichten 70 sowie die Struktur der Verbindungen zwischen den versteckten Knoten 72 werden während des Trainingsprozesses im Detail bestimmt.The encoder 66 and the decoder 68 each have a plurality of hidden layers 70 . In the first embodiment, the encoder 66 and the decoder 68 have four to five hidden layers 70 . The hidden layers 70 each include a plurality of hidden nodes 72, the hidden nodes 72 of each of the hidden layers 70 being connected to hidden nodes 72 of other adjacent hidden layers 70 via weights. The number of hidden nodes 72 decreases steadily from the input layer 46 to the data output layer 58 and increases accordingly from the data input layer 62 to the output layer 54. The number of hidden layers 70, the number of hidden nodes 72 of the individual hidden layers 70 as well as the structure of the connections between the hidden nodes 72 are determined in detail during the training process.

6 zeigt einen Autoencoder 44 eines zweiten Ausführungsbeispiels. Der prinzipielle Aufbau des Autoencoders 44 des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht dem Aufbau des Autoencoders 44 des ersten Ausführungsbeispiels. Entsprechend umfasst der Autoencoder 44 des zweiten Ausführungsbeispiels eine Eingangsschicht 46, an die sich ein Enkodierer 66 mit zwei versteckten Schichten 70 anschließt. Daran schließt sich einer Zwischenschicht 50 an, worauf sich ein Dekodierer 68 mit ebenfalls zwei versteckten Schichten 70 anschließt. Wie in 6 gezeigt ist, sind in diesem Ausführungsbeispiel die versteckten Knoten 72 der beiden versteckten Schichten 70 des Enkodierers 66 bzw. des Dekodierers 68 vollständig verbunden, so dass eine große Anzahl Verbindungen 74 vorliegt 6 12 shows an autoencoder 44 of a second embodiment. The basic structure of the autoencoder 44 of the second exemplary embodiment corresponds to the structure of the autoencoder 44 of the first exemplary embodiment. Correspondingly, the autoencoder 44 of the second exemplary embodiment comprises an input layer 46 which is followed by an encoder 66 with two hidden layers 70 . This is followed by an intermediate layer 50, which is followed by a decoder 68, which also has two hidden layers 70. As in 6 is shown, the hidden nodes 72 of the two hidden layers 70 of the encoder 66 and the decoder 68 are completely connected in this exemplary embodiment, so that a large number of connections 74 are present

Es gelten die obigen Ausführungen in Bezug auf die verteilte Ausgestaltung des Autoencoders 44 des ersten Ausführungsbeispiels, wobei der Enkodierer 66 in der Verarbeitungseinheit 36 implementiert ist, der Dekodierer 68 in der Prozessierungseinheit 42 implementiert ist, und die Zwischenschicht 50 in eine Datenausgabeschicht 58 und eine Dateneingabeschicht 62 aufgeteilt ist.The above statements apply in relation to the distributed configuration of the autoencoder 44 of the first exemplary embodiment, with the encoder 66 being implemented in the processing unit 36, the decoder 68 being implemented in the processing unit 42, and the intermediate layer 50 being divided into a data output layer 58 and a data input layer 62 is divided.

7 zeigt einen Autoencoder 44 eines dritten Ausführungsbeispiels. Der prinzipielle Aufbau des Autoencoders 44 des dritten Ausführungsbeispiels entspricht dem Aufbau des Autoencoders 44 des ersten Ausführungsbeispiels. Entsprechend umfasst der Autoencoder 44 des dritten Ausführungsbeispiels eine Eingangsschicht 46, an die sich ein Enkodierer 66 mit drei versteckten Schichten 70 anschließt. Daran schließt sich einer Zwischenschicht 50 an, worauf sich ein Dekodierer 68 mit ebenfalls drei versteckten Schichten 70 anschließt. Wie in 7 gezeigt ist, sind in diesem Ausführungsbeispiel die versteckten Knoten 72 der versteckten Schichten 70 des Enkodierers 66 bzw. des Dekodierers 68 nur mit jeweils drei versteckten Knoten 72 einer nachfolgenden versteckte Schichten 70 verbunden, so dass gegenüber dem Autoencoder 44 des zweiten Ausführungsbeispiels weniger Verbindungen 74 zwischen den versteckten Schichten 70 vorliegen. 7 12 shows an autoencoder 44 of a third embodiment. The basic structure of the autoencoder 44 of the third exemplary embodiment corresponds to the structure of the autoencoder 44 of the first exemplary embodiment. Correspondingly, the autoencoder 44 of the third exemplary embodiment comprises an input layer 46 which is followed by an encoder 66 with three hidden layers 70 . This is followed by an intermediate layer 50, which is followed by a decoder 68 with three hidden layers 70 as well. As in 7 is shown, in this exemplary embodiment, the hidden nodes 72 of the hidden layers 70 of the encoder 66 and the decoder 68 are only connected to three hidden nodes 72 of a subsequent hidden layer 70, so that, compared to the autoencoder 44 of the second exemplary embodiment, there are fewer connections 74 between the hidden layers 70 are present.

Es gelten die obigen Ausführungen in Bezug auf die verteilte Ausgestaltung des Autoencoders 44 des ersten Ausführungsbeispiels, wobei der Enkodierer 66 in der Verarbeitungseinheit 36 implementiert ist, der Dekodierer 68 in der Prozessierungseinheit 42 implementiert ist, und die Zwischenschicht 50 in eine Datenausgabeschicht 58 und eine Dateneingabeschicht 62 aufgeteilt ist.The above statements apply in relation to the distributed configuration of the autoencoder 44 of the first exemplary embodiment, with the encoder 66 being implemented in the processing unit 36, the decoder 68 being implemented in the processing unit 42, and the intermediate layer 50 being divided into a data output layer 58 and a data input layer 62 is divided.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren kann gleichermaßen mit der Autoencodern 44 des ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiels durchgeführt werden.The method described below can be carried out equally with the autoencoders 44 of the first, second and third exemplary embodiment.

Das Verfahren beginnt in Schritt S100 mit einem Erzeugen eines Transformationssignals 38 mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Frequenzen durch Transformation des Messsignals 34 in den Frequenzbereich. Die Transformation erfolgt unter Verwendung einer FFT (Fast Fourier Transformation). Das Erzeugen des Transformationssignals 38 als Transformation des Messsignals 34 in den Frequenzbereich umfasst eine Frequenzverschiebung des Transformationssignals 38. Die Verarbeitungseinheit 36 des jeweiligen Umgebungssensors 14 ist ausgeführt, die Transformation des Messsignals 34 in den Frequenzbereich durchzuführen und das Transformationssignal 38 mit den quantisierten Amplitudenwerten für die Frequenzen zu erzeugen.The method starts in step S100 with generating a transformation signal 38 with quantized amplitude values for a plurality of frequencies by transforming the measurement signal 34 into the frequency domain. The transformation is performed using an FFT (Fast Fourier Transformation). The generation of the transformation signal 38 as a transformation of the measurement signal 34 into the frequency domain includes a frequency shift of the transformation signal 38. The processing unit 36 of the respective environmental sensor 14 is designed to transform the measurement signal 34 into the frequency domain and to carry out the transformation signal 38 with the quantized amplitude values for the frequencies to create.

Ein beispielhaftes Transformationssignal 38, das durch eine Frequenztransformation des Messsignals 34 aus 8 erzeugt wurde, ist in 9 dargestellt. Die Amplitude des Transformationssignals 38 ist in 9 auf ‚1‘ normiert.An exemplary transformation signal 38, which consists of a frequency transformation of the measurement signal 34 8th was generated is in 9 shown. The amplitude of the transformation signal 38 is in 9 normalized to '1'.

Schritt S110 betrifft ein Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu der Eingangsschicht 46 des Autoencoders 44. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Transformationssignal 38 als Übertragungssignal der Eingangsschicht 46 des Autoencoders 44 zugeführt.Step S110 relates to supplying a transmission signal with the sensor information to the input layer 46 of the autoencoder 44. In this embodiment, the transformation signal 38 fed as a transmission signal to the input layer 46 of the autoencoder 44.

In einer alternativen Ausführungsform beginnt das Verfahren mit Schritt S110, wobei das Messsignal 34 mit der Sensorinformation als Übertragungssignals zu der Eingangsschicht 46 des Autoencoders 44 zugeführt wird. Ansonsten kann das nachstehend beschriebene Verfahren für die Verwendung des Messsignals 34 als Übertragungssignal oder des Transformationssignals 38 als Übertragungssignal identisch durchgeführt werden.In an alternative embodiment, the method starts with step S110, wherein the measurement signal 34 with the sensor information is fed to the input layer 46 of the autoencoder 44 as a transmission signal. Otherwise, the method described below for using the measurement signal 34 as a transmission signal or the transformation signal 38 as a transmission signal can be carried out identically.

Schritt S120 betrifft ein Prozessieren des Übertragungssignals durch den Enkodierer 66 des Autoencoders 44 zur Erzeugung eines Codes in einer Datenausgabeschicht 58.Step S120 relates to the transmission signal being processed by the encoder 66 of the autoencoder 44 to generate a code in a data output layer 58.

Schritt S130 betrifft ein Übertragen des erzeugten Codes von dem jeweiligen Umgebungssensor 14 über die Datenverbindung 18 an das Steuergerät 16.Step S130 relates to the transmission of the generated code from the respective environmental sensor 14 to the control unit 16 via the data connection 18.

Das Übertragen des Codes erfolgt von dem Umgebungssensor 14 über die Datenverbindung 18 an das Steuergerät 16. Dabei können Methoden zur Fehlererkennung oder -vermeidung angewendet werden. Die Kommunikationseinheiten 40 sind zum Übertragen des Übertragungssignals über die Datenverbindung 18 an das Steuergerät 16 und auf Seiten des Steuergeräts 16 zum Empfangen des Codes ausgeführt. Die Kommunikationseinheit 40 kommuniziert in Übereinstimmung mit der Ausgestaltung der Datenverbindung nach diesem Standard.The code is transmitted from the environment sensor 14 via the data connection 18 to the control device 16. Methods for error detection or error avoidance can be used here. The communication units 40 are designed to transmit the transmission signal via the data connection 18 to the control unit 16 and on the part of the control unit 16 to receive the code. The communication unit 40 communicates in accordance with the design of the data link according to this standard.

Die vorherigen Schritte S100 bis S130 werden von der Verarbeitungseinheit 36 des Ultraschallsensors 14 durchgeführt.The previous steps S100 to S130 are performed by the processing unit 36 of the ultrasonic sensor 14 .

Schritt S140 betrifft ein Zuführen des Codes zu einer Dateneingabeschicht 62 und Prozessieren des Codes durch den Dekodierer 68 des Autoencoders 44 in dem Steuergerät 16 zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Übereinstimmung mit dem Übertragungssignal.Step S140 involves supplying the code to a data input layer 62 and processing the code by the decoder 68 of the autoencoder 44 in the controller 16 to generate an output signal in accordance with the transmission signal.

Schritt S150 betrifft ein Ausgeben des Ausgangssignals über eine Ausgangsschicht 54 des Autoencoders 44.Step S150 relates to outputting the output signal via an output layer 54 of the autoencoder 44.

Schritt S160 betrifft ein Erzeugen eines Rücktransformationssignals mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte durch Rücktransformation des Transformationssignals 38 in den Zeitbereich. Entsprechende Verfahren sind beispielsweise als IFFT (Invers Fast Fourier Transformation) als solche bekannt.Step S160 relates to generating an inverse transform signal with quantized amplitude values for a plurality of points in time by inverse transforming the transform signal 38 into the time domain. Corresponding methods are known as such, for example as IFFT (Inverse Fast Fourier Transformation).

Im Anschluss kann das Steuergerät 16 die Sensorinformation basierend auf den Rücktransformationssignalen verarbeiten, um eine Erfassung der Umgebung 24 des Fahrzeugs 10 durchzuführen.The control unit 16 can then process the sensor information based on the inverse transformation signals in order to detect the surroundings 24 of the vehicle 10 .

BezugszeichenlisteReference List

1010
Fahrzeugvehicle
1212
Umgebungserfassungssystemenvironment detection system
1414
Umgebungssensor, UltraschallsensorEnvironmental sensor, ultrasonic sensor
1616
Steuergerätcontrol unit
1818
Datenverbindung, DatenbusData connection, data bus
2020
Vorderseitefront
2222
Rückseiteback
2424
Umgebungvicinity
2626
Membrangehäusemembrane housing
2828
Piezoelementpiezo element
3030
Innenseiteinside
3232
Sensoreinheitsensor unit
3434
Messsignalmeasurement signal
3636
Verarbeitungseinheitprocessing unit
3838
Transformationssignaltransformation signal
4040
Kommunikationseinheitcommunication unit
4242
Prozessierungseinheitprocessing unit
4444
Neuronales Netzwerk, AutoencoderNeural network, autoencoder
4646
Eingangsschichtinput layer
4848
Eingangsknoteninput node
5050
Zwischenschichtintermediate layer
5252
Zwischenknotenintermediate node
5454
Ausgangsschichtbase layer
5656
Ausgangsknotenexit node
5858
Datenausgabeschichtdata output layer
6060
Datenausgabeknotendata output node
6262
Dateneingabeschichtdata entry layer
6464
Dateneingabeknotendata entry node
6666
Enkodiererencoder
6868
Dekodiererdecoder
7070
versteckte Schichthidden layer
7272
versteckter Knotenhidden knot
7474
Verbindungconnection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102010041424 A1 [0012]DE 102010041424 A1 [0012]
  • DE 102018010258 A1 [0013]DE 102018010258 A1 [0013]
  • EP 3528230 A1 [0014]EP 3528230 A1 [0014]

Claims (12)

Verfahren zur Übertragung von Sensorinformation von einem Umgebungssensor (14), insbesondere einem Ultraschallsensor (14) eines Fahrzeugs (10), über eine Datenverbindung (18) an ein Steuergerät (16), wobei der Umgebungssensor (14) die Sensorinformation als Messsignal (34) mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte erfasst, unter Verwendung eines trainierten neuronalen Netzwerks (44), insbesondere eines Autoencoders (44), umfassend die Schritte Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu einer Eingangsschicht (46) des neuronalen Netzwerks (44), Prozessieren des Übertragungssignals durch einen Enkodierer (66) des neuronalen Netzwerks (44) zur Erzeugung eines Codes in einer Datenausgabeschicht (58), Übertragen des erzeugten Codes von dem Umgebungssensor (14) über die Datenverbindung (18) an das Steuergerät (16), Zuführen des Codes zu einer Dateneingabeschicht (62) und Prozessieren des Codes durch einen Dekodierer (68) des neuronalen Netzwerks (44) in dem Steuergerät (16) zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Übereinstimmung mit dem Übertragungssignal, und Ausgeben des Ausgangssignals über eine Ausgangsschicht (54) des neuronalen Netzwerks (44).Method for transmitting sensor information from an environment sensor (14), in particular an ultrasonic sensor (14) of a vehicle (10), via a data connection (18) to a control unit (16), the environment sensor (14) sending the sensor information as a measurement signal (34) recorded with quantized amplitude values for a plurality of points in time, using a trained neural network (44), in particular an autoencoder (44), comprising the steps supplying a transmission signal with the sensor information to an input layer (46) of the neural network (44), Processing of the transmission signal by an encoder (66) of the neural network (44) to generate a code in a data output layer (58), Transmission of the generated code from the environmental sensor (14) via the data connection (18) to the control unit (16), supplying the code to a data input layer (62) and processing the code by a decoder (68) of the neural network (44) in the controller (16) to generate an output signal in accordance with the transmission signal, and outputting the output signal via an output layer (54) of the neural network (44). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu einer Eingangsschicht (46) des neuronalen Netzwerks (44) ein Zuführen des Messsignals (34) als Übertragungssignal umfasst.procedure after claim 1 , characterized in that the supplying of a transmission signal with the sensor information to an input layer (46) of the neural network (44) comprises supplying the measurement signal (34) as a transmission signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt zum Erzeugen eines Transformationssignals (38) mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Frequenzen durch Transformation des Messsignals (34) in den Frequenzbereich umfasst, und das Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu einer Eingangsschicht (46) des neuronalen Netzwerks (44) ein Zuführen des Transformationssignals (38) als Übertragungssignal umfasst.procedure after claim 1 , characterized in that the method comprises a step for generating a transformation signal (38) with quantized amplitude values for a plurality of frequencies by transforming the measurement signal (34) into the frequency domain, and supplying a transmission signal with the sensor information to an input layer (46) of the Neural network (44) includes supplying the transformation signal (38) as a transmission signal. Umgebungssensor (14), insbesondere Ultraschallsensor (14), zur Bereitstellung von Sensorinformation für ein Umgebungserfassungssystem (12) eines Fahrzeugs (10), mit einer Sensoreinheit (32) zum Erfassen der Sensorinformation als Messsignal (34) mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte, einer Verarbeitungseinheit (36) zum Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu einer Eingangsschicht (46) eines trainierten neuronalen Netzwerks (44), insbesondere eines Autoencoders (44), und zum Prozessieren des Übertragungssignals durch einen Enkodierer (66) des neuronalen Netzwerks (44) zur Erzeugung eines Codes in einer Datenausgabeschicht (58), und einer Kommunikationseinheit (40) zum Übertragen des erzeugten Codes von dem Umgebungssensor (14) über die Datenverbindung (18) an ein Steuergerät (16) des Umgebungserfassungssystems (12).Environment sensor (14), in particular an ultrasonic sensor (14), for providing sensor information for an environment detection system (12) of a vehicle (10). a sensor unit (32) for acquiring the sensor information as a measurement signal (34) with quantized amplitude values for a plurality of points in time, a processing unit (36) for supplying a transmission signal with the sensor information to an input layer (46) of a trained neural network (44), in particular an autoencoder (44), and for processing the transmission signal by an encoder (66) of the neural network (44) for generating a code in a data output layer (58), and a communication unit (40) for transmitting the generated code from the environment sensor (14) via the data connection (18) to a control unit (16) of the environment detection system (12). Umgebungssensor (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (36) ausgeführt ist, das Messsignal (34) als Übertragungssignal der Eingangsschicht (46) des neuronalen Netzwerks (44) zuzuführen, oder die Verarbeitungseinheit (36) ausgeführt ist, ein Transformationssignal (38) mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Frequenzen durch Transformation des Messsignals (34) in den Frequenzbereich zu erzeugen, und das Transformationssignal (38) als Übertragungssignal der Eingangsschicht (46) des neuronalen Netzwerks (44) zuzuführen.Ambient sensor (14) after claim 4 , characterized in that the processing unit (36) is designed to supply the measurement signal (34) as a transmission signal to the input layer (46) of the neural network (44), or the processing unit (36) is designed to supply a transformation signal (38) with quantized amplitude values to generate for a plurality of frequencies by transforming the measurement signal (34) into the frequency range, and to supply the transformation signal (38) as a transmission signal to the input layer (46) of the neural network (44). Umgebungserfassungssystem (12) mit wenigstens einem Umgebungssensor (14), insbesondere einem Ultraschallsensor (14), zur Bereitstellung von Sensorinformation und einem Steuergerät (16), die über eine Datenverbindung (18) miteinander verbunden sind, wobei das Steuergerät (16) ausgeführt ist, die Sensorinformation von dem wenigstens einen Umgebungssensor (14) zu empfangen und zu verarbeiten, um die Umgebung (24) des Fahrzeugs (10) zu erfassen, wobei der wenigstens eine Umgebungssensor (14) eine Sensoreinheit (32) zum Erfassen der Sensorinformation als Messsignal (34) mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Zeitpunkte aufweist, der wenigstens eine Umgebungssensor (14) eine Verarbeitungseinheit (36) zum Zuführen eines Übertragungssignals mit der Sensorinformation zu einer Eingangsschicht (46) eines trainierten neuronalen Netzwerks (44), insbesondere eines Autoencoders (44), und zum Prozessieren des Übertragungssignals durch einen Enkodierer (66) des neuronalen Netzwerks (44) zur Erzeugung eines Codes in einer Datenausgabeschicht (58) aufweist, der wenigstens eine Umgebungssensor (14) und das Steuergerät (16) Kommunikationseinheiten (40) aufweisen und ausgeführt sind, den von dem Umgebungssensor (14) erzeugten Code über die Datenverbindung (18) an das Steuergerät (16) zu übertragen, und das Steuergerät (16) eine Prozessierungseinheit (42) zum Zuführen des Codes zu einer Dateneingabeschicht (62), zum Prozessieren des Codes durch einen Dekodierer (68) des neuronalen Netzwerks (44) in dem Steuergerät (16) zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Übereinstimmung mit dem Übertragungssignal und zum Ausgeben des Ausgangssignals über eine Ausgangsschicht (54) des neuronalen Netzwerks (44) aufweist.Surroundings detection system (12) with at least one surroundings sensor (14), in particular an ultrasonic sensor (14), for providing sensor information and a control unit (16), which are connected to one another via a data connection (18), the control unit (16) being implemented receiving and processing the sensor information from the at least one environment sensor (14) in order to detect the environment (24) of the vehicle (10), the at least one environment sensor (14) having a sensor unit (32) for detecting the sensor information as a measurement signal ( 34) with quantized amplitude values for a plurality of times, the at least one environment sensor (14) has a processing unit (36) for supplying a transmission signal with the sensor information to an input layer (46) of a trained neural network (44), in particular an autoencoder (44) , and for processing the transmission signal by an encoder (66) of the neural network (44), e.g for generating a code in a data output layer (58), which has at least one environmental sensor (14) and the control unit (16) have communication units (40) and are designed to transmit the code generated by the environmental sensor (14) via the data connection (18). the controller (16) to transmit, and the controller (16) a processing unit (42) for supplying the code to a data input layer (62), for processing the code by a decoder (68) of the neural network (44) in the controller ( 16) to generate a output signal in accordance with the transmission signal and for outputting the output signal via an output layer (54) of the neural network (44). Umgebungserfassungssystem (12) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dekodierer (68) in der Prozessierungseinheit (42) als inverse Realisierung des Enkodierers (66) der Verarbeitungseinheit (36) implementiert ist.Environment detection system (12) according to claim 6 , characterized in that the decoder (68) in the processing unit (42) is implemented as an inverse realization of the encoder (66) of the processing unit (36). Umgebungserfassungssystem (12) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dekodierer (68) und der Enkodierer (66) eine Mehrzahl versteckte Schichten (70) aufweisen, vorzugsweise vier bis fünf versteckte Schichten (70).Environment detection system (12) according to one of Claims 6 or 7 , characterized in that the decoder (68) and the encoder (66) have a plurality of hidden layers (70), preferably four to five hidden layers (70). Umgebungserfassungssystem (12) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Umgebungserfassungssystem (12) eine Mehrzahl Umgebungssensoren (14) aufweist, die Umgebungssensoren (14) zumindest teilweise unterschiedliche Implementierungen der Verarbeitungseinheit (36) mit dem Enkodierer (66) aufweisen, und das Steuergerät (16) für jede der unterschiedlichen Implementierungen der Verarbeitungseinheit (36) mit dem Enkodierer (66) eine Implementierung mit einem korrespondierenden Dekodierer (68) aufweist.Environment detection system (12) according to one of Claims 6 until 8th , characterized in that the environment detection system (12) has a plurality of environment sensors (14), the environment sensors (14) have at least partially different implementations of the processing unit (36) with the encoder (66), and the control unit (16) for each of the different Implementations of the processing unit (36) with the encoder (66) has an implementation with a corresponding decoder (68). Umgebungserfassungssystem (12) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (36) des jeweiligen Umgebungssensors (14) ausgeführt ist, das Messsignal (34) als Übertragungssignal der Eingangsschicht (46) des neuronalen Netzwerks (44) zuzuführen, oder die Verarbeitungseinheit (36) des jeweiligen Umgebungssensors (14) ausgeführt ist, ein Transformationssignal (38) mit quantisierten Amplitudenwerten für eine Mehrzahl Frequenzen durch Transformation des Messsignals (34) in den Frequenzbereich zu erzeugen, und das Transformationssignal (38) als Übertragungssignal der Eingangsschicht (46) des neuronalen Netzwerks (44) zuzuführen.Environment detection system (12) according to one of Claims 6 until 9 , characterized in that the processing unit (36) of the respective environmental sensor (14) is designed to feed the measurement signal (34) as a transmission signal to the input layer (46) of the neural network (44), or the processing unit (36) of the respective environmental sensor (14 ) is designed to generate a transformation signal (38) with quantized amplitude values for a plurality of frequencies by transforming the measurement signal (34) into the frequency domain, and to supply the transformation signal (38) as a transmission signal to the input layer (46) of the neural network (44). Umgebungserfassungssystem (12) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschicht (46) eine Anzahl Eingangsknoten (48) in Übereinstimmung mit einer Anzahl Zeitpunkte des Messsignals (34) oder in Übereinstimmung mit einer Anzahl Frequenzen des Transformationssignals (38) aufweist, und die Ausgangsschicht (54) eine Anzahl Ausgangsknoten (56) in Übereinstimmung mit einer Anzahl Zeitpunkte des Messsignals (34) oder in Übereinstimmung mit einer Anzahl Frequenzen des Transformationssignals (38) aufweist.Environment detection system (12) according to claim 10 , characterized in that the input layer (46) has a number of input nodes (48) in accordance with a number of times of the measurement signal (34) or in accordance with a number of frequencies of the transformation signal (38), and the output layer (54) has a number of output nodes (56) in accordance with a number of times of the measurement signal (34) or in accordance with a number of frequencies of the transformation signal (38). Umgebungserfassungssystem (12) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschicht (46) eine Anzahl Eingangsknoten (48) und die Ausgangsschicht (54) eine identische Anzahl Ausgangsknoten (56) aufweisen, und die Datenausgabeschicht (58) und die Dateneingabeschicht (68) eine identische Anzahl Datenausgabeknoten (60) bzw. Dateneingabeknoten (64) aufweisen, wobei die Anzahl der Datenausgabeknoten (60) bzw. Dateneingabeknoten (64) weniger als 50% der Anzahl der Eingangsknoten (48) und der Ausgangsknoten (56) beträgt, vorzugsweise weniger als 25%, besonders bevorzugt weniger als 10%.Environment detection system (12) according to one of Claims 6 until 11 , characterized in that the input layer (46) has a number of input nodes (48) and the output layer (54) has an identical number of output nodes (56), and the data output layer (58) and the data input layer (68) have an identical number of data output nodes (60) or data input nodes (64), the number of data output nodes (60) or data input nodes (64) being less than 50% of the number of input nodes (48) and output nodes (56), preferably less than 25%, particularly preferably less than 10%.
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