CN102901969A - 用于检测车辆的车辆周围环境中的物体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测车辆的车辆周围环境中的物体的方法，其中在类似的特征方面分析多个适于信号处理的信号、尤其是电信号以及在存在车辆与所检测的物体的可能碰撞时向驾驶员发出警告和/或主动干预车辆动态性和/或激活用于减轻或避免事故严重程度的功能，其中所述信号借助至少一个用于车辆周围环境监控的传感器（20）由声学信号产生，其中为了检测车辆周围环境中的至少一个第一物体，使用来自车辆周围环境的声学信号，所述声学信号从至少一个第一预定义的方向射到车辆上并且包括由功能决定地由车辆产生的固有声和/或来自车辆周围环境的外部声。

Description

用于检测车辆的车辆周围环境中的物体的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于检测车辆的车辆周围环境中的物体的方法和装置。本发明也涉及一种具有根据本发明的装置的车辆辅助系统。

背景技术

为了车辆的声学周围环境检测，目前通常使用脉冲式地进行测量的超声系统，其中发射0.3ms的短信号脉冲，其中根据所述脉冲在周围环境的物体上的反射的传播时间和声速来确定物体的距离。

对于声学周围环境监控使用超声波频率范围，因为通常周围环境的干扰噪声的强度随着频率的升高而减小。但由于空间衰减随着信号频率的升高而增大，主要使用通常48kHz的超声频带的下部区域。因此，频率选择是一种折衷。由于所述折衷往往存在以下情形：由于过强的干扰或者过强的空间衰减而仅仅实现不足的测量有效距离。

现有技术中已知的是，借助于提高脉冲持续时间尽管发射功率有限但能够略微地提高每个回波循环发射的能量并且在适当接收的情况下也能够略微地提高有效距离。然而在声学周围环境监控方面迄今使用的测量信号功率与在一些情形中在道路交通中出现的声功率相比完全可忽略。

在现有技术中也公开了用于进行定位的车辆间通信的方法。

由文献DE 10313331B4公开了一种用于确定声学信号源的信号的入射方向的方法和一种用于实施所述方法的装置。由同一文献公开了不同的方法，在这些方法中也确定信号源的距离。也描述了为了信号分析而进行不同长度的、延迟的麦克风信号之间的相关分析。在那里介绍的声学场景分析尤其涉及助听设备，即确定头部的周围环境。

由文献DE 102007034054A1公开了一种至少用于被动地确定发射声的目标的距离的方法以及一种声纳设备。描述了可以确定天线的接收范围中的发射声的目标的距离估计值和水平方位角。在此，分别对由不同的天线系统获得的信号进行谱分析并且随后在频率范围中进行相互比较。如果存在谱特征的一致性，则在相应的显示装置上或者在显示屏上输出具有水平方位角和距离估计值的目标标志。

文献DE69903171T2描述了用于借助于麦克风自动地控制视频摄像机的方法和装置，其中视频摄像机可以对准被定位的声源。在此，确定声波前到达所选择的麦克风对的延迟时间并且据此计算声源的空间坐标以及时间坐标，并且使一个或多个摄像机对准所述源。作为信号处理方法说明两个麦克风的信号的互相关。

综上所述，由在前面介绍的现有技术文献公开了通过外部产生的声学信号实施周围环境检测。也公开了不同的信号处理方法，例如信号的自相关和互相关。

通过外部产生的声学信号实施周围环境检测的基本前提条件是待检测的周围环境中的外部声的连续可用性。使用道路交通中这种仅仅基于外部声的周围环境检测可能是非常不可靠的，因为行驶情况和（因此）待行驶的周围环境中的外部声的存在是不可预见的。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于检测车辆的车辆周围环境中的物体的方法，其中在类似（vergleichbar）的特征方面分析多个适于信号处理的信号、尤其是电信号并且在存在车辆与所检测的物体的可能碰撞时向驾驶员发出警告和/或主动地干预车辆动态性（Fahrzeugdynamik）和/或激活用于减轻或避免事故严重程度的功能，所述信号由声学信号产生。在根据本发明的方法中，为了检测车辆周围环境中的至少一个第一物体，使用来自车辆周围环境的声学信号，所述声学信号从至少一个第一预定义的方向射到车辆上并且包括由功能决定地（funktionsbedingt）由车辆产生的固有声（Eigenschall）和/或来自车辆周围环境的外部声（Fremdschall）。

此外，根据本发明提供了一种用于检测车辆的车辆周围环境中的物体的装置，所述装置被构造用于实施根据本发明的方法并且包括至少一个用于车辆周围环境监控的传感器，其被构造用于由声学信号产生适于信号处理的信号、尤其是电信号。根据本发明的装置包括信号处理装置，其被构造成为了检测车辆周围环境中的至少一个物体在类似的特征方面分析多个由车辆周围环境中的声学信号产生的信号并且在存在车辆与所检测的物体的可能碰撞的情况下产生警告信号和/或控制信号。此外，根据本发明的装置包括警告单元和/或控制装置，所述警告单元被构造用于在存在由信号处理装置产生的警告信号的情况下向驾驶员发出警告，所述控制装置被构造用于在存在由信号处理装置产生的控制信号的情况下干预车辆动态性和/或激活用于减轻或避免事故严重程度的功能。

从属权利要求示出本发明的优选改进方案。

根据本发明，提出了一种方法和一种装置，借助所述方法和所述装置在音量高（laut）的周围环境中也可以实现声学的周围环境监控，其中利用总归存在的外部声和/或车辆的由功能决定的固有声作为测量信号。由此至少在音量高的周围环境中降低了用于产生和发射测量信号的开销。

根据本发明，尤其是提供了一种用于声学地检测车辆的周围环境中的物体的装置，其中在车辆上存在至少一个用于将来自车辆周围环境的声学信号转换成适于信号处理的形式——例如电信号的传感器。在此，至少部分地、优选在车辆周围环境已经充满外部声或车辆的由功能决定的固有声的情形中不发射专门用于周围环境测量的由车辆自身产生的声学信号，例如目前常用的超声脉冲。根据由传感器接收的来自车辆周围环境的声学信号例如为车辆的操作人员生成关于车辆周围环境中的情况的信息和/或警告。根据由传感器接收的来自车辆周围环境的声学信号，也可以在其行驶运动方面——例如通过转向、加速和/或制动来影响车辆和/或参数化或者激活用于避免损伤和/或减轻事故严重程度的装置，例如安全带张紧器、窗玻璃升降器、可竖立的头枕、安全气囊等等。

超声测量脉冲的决定源自恰恰能够借助一些当时出现的电子器件在窄频率范围中接收更高频率的电信号、即超声并且以合理的成本进行模拟处理的时间。

在随后的30年中，技术进一步发展，目前能够借助于价格便宜的模拟数字转换器——例如Sigma-Delta转换器尤其在直至20kHz、即尤其是超声频带以下的信号频率范围中将具有14比特至16比特以及更多的高得多的动态性的声学信号转换成数字格式，并且在那里借助可同时价格便宜地制造的信号处理技术滤波和不同地处理所述声学信号。

尤其是在音量高的情形中，即在充满高声功率的周围环境中，例如通过发射更高的声功率或者通过使用具有更高的方向特性的声电转换器在超声范围中尽管潜力仍未完全耗尽而有效距离增加也是有限的。

尤其是，借助于自相关和/或互相关在类似的特征方面分析由来自车辆周围环境的声学信号产生的、具有适于信号处理的形式的信号。

工作原理基于：替代在不安静时在至少一个第一测量方向上发射自己的声学信号，在类似的特征方面分析从一个方向射到至少一个传感器（例如优选声电转换器和包围该声电转换器的壳体的联合体）上的信号。这例如借助于信号的自相关和互相关来实现。在从一个传播方向到达车辆上的每个声学信号中存储了关于其传播路径（Laufweg）的信息。例如，从所求得的由于在物体上以一定的反射强度反射而引起的传播路径延长中可以获得信息。这样，传播路径延长中的自相关函数的结果已经包含关于声源与所接收的传感器之间的多个物体的空间关系、关于其在信号强度方面的反射性、关于其在信号变形方面的伸展以及关于其在信号的多普勒偏移方面的相对运动的信息。

借助于互相关中其他传感器的信息的分析得到传感器对的众所周知的等价结果。

对于本领域技术人员而言，已知了用于实现自相关计算和/或互相关计算和信号分析的不同方式，例如通过变换至频率范围中的测量信号的合适的乘法。因此，在这里没有详细地介绍这些细节。

已知的是，通过使用多个传感器根据传播路径差来实施定位。

根据本发明，作为测量信号源优选使用如下源：所述源由功能决定地总归产生声。由功能决定地总归存在的声的优点是与脉冲式发射的超声信号相比的显著更高的功率和连续可用性。

自身车辆的这种由功能决定的声源例如是发动机噪声和变速器噪声、车轮或者链条的滚动噪声、车辆部件的咯咯响声（Klappern）/自然谐振、由车辆发出的音响系统的音乐娱乐的声响等等以及围绕车辆流动的介质（大多是空气以及雨水、雪，等等）的与自身速度以及风速相关的噪声。例如也存在其他声源，例如以车辆周围环境中的其他车辆或者以位置固定的能量转换装置或者以脚步声、车轮链条的嘎吱声（Quietschen）、有轨车辆等等的形式存在。尤其是以下信号也适合于自动地分析自身车辆和/或其他车辆的由功能决定的声：所述信号目前仅仅用于交通参与者的声学信息，例如马丁喇叭

汽笛、钟和/或警告信号，其替代迄今常用的发动机噪声例如由电动车辆发出，以便使行人注意到车辆。

如此产生的声进行传播并且在其到达传感器之前与由于车辆周围环境中的物体上的反射引起的声叠加。在车辆上的不同位置处安装的传感器越多，可以越精确地声学分析车辆周围环境。

一种可能的应用是探测车辆的侧向碰撞。由于车身中的很多侧向间隙，许多测量点可以以较大的基本间距来实现。自身车辆的滚动噪声在其射回到施加在自身车辆的侧面上的传感器上之前部分在侧向靠近的物体上被反射。传播时间关系、由于多普勒偏移的信号变化、信号强度比和/或由于不同的表面比引起的信号变形至少包含在信号中。优选地，连续地并且非脉冲式地进行测量，以便获得相应当前的连续的信息流。在自身车辆处于完全安静的情形中，侧向靠近的物体通常至少产生滚动噪声，其在没有进一步反射或者根据其传播路径与物体上的反射叠加的情况下到达施加在车辆侧面上的传感器。

等同地，也可以在车辆后面和前面实施优选无测量信号的声学周围环境传感机构，其中除自己噪声的反射以外也使用从旁驶过的以及跟随的车辆的信号作为测量信号。

无测量信号的声学周围环境传感机构的非常典型的情形是侧视辅助功能，其中根据所接收的声学信号推断出车辆的周围环境中车辆和其他物体的存在。目前，所述功能由于有限的链路预算（Link-Budget）而限于确定的应用位置和最高速度，尤其是每个传感器分别仅仅监听由其发出的测量信号并且在此受到流动噪声、自己的滚动噪声和其他物体的滚动噪声干扰。根据本发明，劈啪声（Krach）原则上不视为干扰而是转换成有用信号。

在本发明的一个特别有利的实施方式中，为了检测车辆周围环境中的第一物体和/或至少一个第二物体，使用来自车辆周围环境的声学信号，其从至少一个第二预定义的方向射到车辆上并且包括由至少一个位于车辆上的声学传感器产生的测量声，所述测量声不同于车辆的由功能决定的固有声。

根据本发明，在外部声以及由功能决定的固有声消失的情况中，即在安静的车辆周围环境中，由车辆在至少一个测量方向上发射测量声，没有声在所述至少一个测量方向上射到车辆上。

在整个接近场景无声地发生并且附近也没有其他声源的特殊情形中优选从自身车辆尤其是在车辆侧面的方向上发射声学的测量信号。

根据本发明也可考虑超声范围中的运行和/或与测量信号发射系统的共存，优选在安静的场景中。

尤其是，为了检测车辆周围环境中的至少一个第一物体和/或至少一个第二物体，使用来自车辆周围环境的声学信号或者由自身车辆发出的声学信号，其位于不大于20kHz的频率范围中。

由于总归存在的外部声或由功能决定的固有声形式的往往可用的“自然”声源的较小空间衰减以及由于声电耦合器和优选设计用于直至20kHz的频率范围的其他部件的高可用性，优选使用超声频带以下的频率范围，尤其是车辆周围环境中的常见物体具有大于0.85cm的伸展，这相应于20kHz的半波长。

优选地，这种测量信号位于3kHz至20kHz的频率范围中，因为在所述范围中信号的半波长位于尤其是在根据本发明的装置中出现的5.7cm至0.85cm的物体尺寸的范围中，因为人的听力和潜在干扰已经减小，并且因为通常干扰功率密度已经减小并且小的麦克风可供使用。在此，没有明确排除邻接的声学频率范围，如目前常用的超声范围或人习惯的3kHz以下的声学范围。

根据本发明，特别优选的是将传感器安置在被遮盖的遮蔽物中，例如散热器格栅中或散热器格栅后面或者车辆中的总归存在的间隙和开口中。

由于其较小的结构以及其在市场上非常高的可用性，驻极体麦克风盒（Elektretmikrofonkapseln）特别适合作为声学传感器中的电声转换器，尤其是适于车辆上的被遮盖的遮蔽物。这种驻极体麦克风盒目前优选设计用于直至20kHz的频率范围。

在本发明的一个特别有利的实施方式中，至少一个用于车辆周围环境监控的传感器被构造成根据车辆的控制数据来确定至少一个由车辆发射的声信号并且将所述声信号以合适的形式提供给信号处理装置，所述控制数据尤其包括关于车辆速度和/或发动机转速的信息并且尤其适于借助数据总线进行交换。

作为用于声学周围环境监控的传感器，尤其是也用于借助于控制信息来确定至少一个所发射的声信号，如其例如作为数据在数据总线上进行交换那样。

相关的简单形式是根据控制信号或者测量信号确定由自身车辆发射的声的类型，例如根据数据总线上的信息。例如可以由速度信号推断出围绕车辆流动的介质的速度或者由转速信息推断出发动机的重复频率。这样可以基于控制信号开销较低地推断出由功能决定地发射的声信号并且在没有专门测量所发射的信号的情况下价格便宜地实施互相关。

尤其是，至少一个用于车辆周围环境监控的传感器包括一个电声转换器，其由比转换器膜片更重的芯壳体包围，所述芯壳体嵌在声衰减介质中并且尤其由一个壳体包围。

优选地，传感器为此被构造用于通过芯壳体形状的变化来调节其方向特性。这尤其是通过被构造用于实施芯壳体形状的合适变化的装置实现。

优选地，传感器的壳体在声入射侧上至少通过刚性的格栅和/或通过可运动的保护装置和/或定向装置来保护，所述定向装置尤其可根据行驶情况变化。

声学周围环境传感机构必须是全天候稳健的。这目前通过机械上非常硬的膜片来实现，所述膜片也可以经受飞来的石块、污物以及高压清洁器的射束。电声转换器的目前常用的结构——例如驻极体麦克风以及其他电声转换器对于这样的影响是非常敏感的。因此，至少通过附加的格栅来保护麦克风。替代地，可考虑可调节的装置，例如其方式是，在膜片与格栅之间设置隔板，所述隔板仅仅在行驶时例如通过施加电流来释放。替代地，这种隔板可以取代格栅或者设置在格栅前面。

根据本发明也提供了一种具有根据本发明的装置的车辆辅助系统。

附图说明

以下参照附图详细地描述本发明的实施例。附图示出：

图1：用于在根据本发明的具有集成的声电转换器的装置中进行声学车辆周围环境监控的传感器的剖面图，以及

图2：电声转换器的目前使用的结构的立体视图，例如实现为驻极体麦克风盒。

具体实施方式

在图1中示出了应用于根据本发明的装置（未示出）中的用于声学车辆周围环境监控的传感器20的剖面图。

这种传感器20根据本发明尤其相对于车辆（未示出）的由功能决定的固有声的直接耦入稳健地构造。

传感器20包含电声转换器10。图1中的电声转换器10包括膜片11以及连接到所述电声转换器上的线缆12，所述膜片11是真正的转换器面。

可选地，电声转换器可以实施为纯无源的部件，但或者也可以作为有源部件包含放大器。

所述电声转换器10在传感器20中由重（massereich）的芯壳体14包围。优选地，电声转换器10在其中借助于支架13来保持，所述支架的特征在于小的声学传导能力。至少一个另外的、较差地传导固体声的层15将所述芯壳体14与外壳体16分离，所述外壳体此外用于将传感器20固定在车辆上。优选地，整个构造或其部件具有在测量方向上定向的、传导声的组件，例如芯壳体14上的喇叭口（Trichter）17。优选地，借助于设置在其前面的保护装置18（例如格栅）保护膜片11以免受异物的影响，其中保护装置优选如此设置，使得异物会掉出。根据图1，这借助于斜面来实现。也可考虑省去单独的支架13，优选芯壳体14与转换器10的壳体16组合。

在图2中示出了驻极体麦克风盒30的立体视图，所述驻极体麦克风盒可以示例性地用作用于车辆周围环境监控的传感器20中的电声转换器。在图2中此外也可以看到声入射侧40和连接元件50，所述连接元件用于驻极体麦克风盒30电连接到根据本发明的装置上。

除本发明的文字公开以外，为此明确地参考本发明的图1和图2中的绘图表示。

Claims (11)

1.用于检测车辆的车辆周围环境中的物体的方法，在所述方法中在类似的特征方面分析多个适于信号处理的信号、尤其是电信号以及在存在所述车辆与所检测的物体的可能碰撞时向驾驶员发出警告和/或主动地干预车辆动态性和/或激活用于减轻或避免事故严重程度的功能，其中借助于至少一个用于车辆周围环境监控的传感器（20）由声学信号产生所述信号，其特征在于，为了检测所述车辆周围环境中的至少一个第一物体，使用来自所述车辆周围环境的声学信号，所述声学信号从至少一个第一预定义的方向射到所述车辆上并且包括由功能决定地由所述车辆产生的固有声和/或来自所述车辆周围环境的外部声。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于自相关和/或互相关在类似的特征方面分析由来自所述车辆周围环境的声学信号产生的、具有适于信号处理的形式的信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了检测所述车辆周围环境中的第一物体和/或至少一个第二物体，使用来自所述车辆周围环境的声学信号，所述声学信号从至少一个第二预定义的方向射到所述车辆上并且包括由至少一个位于所述车辆上的声学传感器产生的测量声，所述测量声不同于所述车辆的由功能决定的固有声。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了检测所述车辆周围环境中的至少一个第一物体和/或所述第二物体，使用来自所述车辆周围环境的声学信号或者从自身车辆发出的声学信号，这些声学信号位于所述车辆的不大于20kHz的频率范围中。

5.用于实施根据以上权利要求中任一项所述的方法的用于检测车辆的车辆周围环境中的物体的装置，其特征在于，所述装置包括：

至少一个用于车辆周围环境监控的传感器（20），其被构造用于由来自所述车辆周围环境的声学信号产生适于信号处理的信号、尤其是电信号，

一个信号处理装置，其被构造成为了检测所述车辆周围环境中的至少一个物体在类似的特征方面分析多个由来自所述车辆周围环境的声学信号产生的信号以及在存在所述车辆与所检测的物体的可能碰撞时产生警告信号和/或控制信号，

一个警告单元，其被构造成在存在由所述信号处理装置产生的警告信号的情况下向驾驶员发出警告，和/或

一个控制装置，其被构造成在存在由所述信号处理装置产生的控制信号的情况下干预车辆动态性和/或激活用于减轻或避免事故严重程度的功能。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于产生测量声的声学传感器。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，至少一个用于车辆周围环境监控的传感器被构造成根据所述车辆的控制数据来确定至少一个由所述车辆发出的声信号以及以合适的形式将所述声信号提供给所述信号处理装置，所述控制数据尤其包括关于车辆速度和/或发动机转速的信息并且尤其适于借助于数据总线进行交换。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个用于车辆周围环境监控的传感器（20）包括电声转换器（10），所述电声转换器由比转换器膜片（11）更重的芯壳体（14）包围，所述芯壳体嵌在声衰减介质（15）中并且尤其由壳体（16）包围。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电声转换器（10）被构造用于通过芯壳体形状的变化来调节其方向特性。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述电声转换器（10）包括至少一个刚性的格栅（18）和/或可运动的保护装置和/或尤其可根据行驶情况变化的定向装置，它们为了保护所述壳体（16）设置在所述壳体（16）的声入射侧上。

11.车辆辅助系统，其具有根据权利要求5至10中任一项所述的装置。

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