CN103168250A - 用于物体检测的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆支持的物体检测的方法。借助设置在车辆上的变换器发送脉冲到周围环境中，以及借助变换器检测由周围环境中的物体反射回的脉冲。变换器和物体彼此相对运动。根据变换器的方向特性执行发送和/或检测，变换器的方向特性具有至少两个方向波束。根据频率偏移彼此分离被反射回的脉冲的信号分量或将其分别分配给方向波束中的一个，所述信号分量具有不同的频率偏移。对于不同的信号分量或所分配的方向波束分别实施物体检测。本发明还包括一种用于车辆支持的物体检测的装置。其具有变换器，所述变换器具有方向特性，所述方向特征具有至少两个方向波束。变换器被设置用于固定在车辆上。设有与变换器连接的频率选择性的信号分离装置，其被设置用于接收变换器的信号并且将所述信号分离成不同频率的信号分量。与信号分离装置连接的运行时间检测装置设置用于对于所述信号分量中的至少一个检测运行时间。

Description

用于物体检测的方法和装置
背景技术
在本发明的领域内——即基于脉冲回波的物体检测，已知尤其通过声学声波扫描车辆的周围环境的方法。尤其已知，将由多普勒效应产生的频率偏移用于检测物体的速度、特别是变换器和进行反射的物体之间的相对速度。
所述方法尤其用于泊车系统或一般性地用于驾驶员辅助系统，其中一个变换器分别覆盖一个对于所述变换器特定的区域。基本上存在以下问题：宽的区域虽然覆盖大的危险区，但不是特别方向选择性的，而窄的区域虽然是方向选择性的，但仅仅覆盖小的危险区。然而，多个排列成行的、具有窄的区域的变换器成本较高并且伴随着复杂的装配。
在出版文献WO07/147533中描述一种方法，其中将经调制的发送脉冲用于检测具有不同的多普勒频率偏移的物体，所述经调制的发送脉冲以方向波束（Richtkeule）发送。然而，调制是费事的并且需要精确的和同步的接收机制并且限制了作用距离（由于需保持的最小调制频率）。
因此，用于物体检测的已知方法不是方向选择性的或者要求高的耗费。因此，本发明的任务是提供一种方法和一种装置，借助所述方法和所述装置在使用简单手段的情况下提供允许高的方向分辨率或空间分辨率的周围环境扫描。
发明内容
所述任务通过根据独立权利要求的方法和装置解决。
本发明能够借助简单的手段实现物体的空间上分辨的区分或用于窄的角度范围的特定扫描。尤其相对于现有技术通过以下方式提高精度：宽的检测区域的不同频率偏移不相互重叠并且因此不干扰接收信号，而是被分开考虑。本发明相对于现有技术能够实现明显更特定的物体分离，而不需要费事的变换器装置或电路。主要是，变换器在本发明的实施中特别不显眼地集成到车辆外侧中，其中由装配决定的对声学系统的近场的影响不导致系统的更差性能，而是能够以简单的方式实现方向分离。尤其能够实现死角检测，其在不动用多个具有窄的传感器区的变换器的情况下借助常规的系统无法实现。主要是在与车辆相关的应用中，当车辆朝着障碍物运动时，根据本发明的高的方向选择性导致明显缩短的反应时间。同时借助根据本发明高的方向选择性避免由于臆想的障碍物的误警告。此外，与现有技术相比，能够在物体的扩展和运动方面明显更好地检测物体。
本发明基于根据不同多普勒偏移的不同传输方向（即方向波束）的分离。因为多普勒偏移仅仅取决于被反射的物体和变换器（或天线）之间的径向运动分量而不取决于切向运动分量，所以在不同的方向波束中（即不同的主方向或主角度）下形成不同的、强的多普勒偏移，尤其因为切向运动分量与径向运动分量的比例取决于物体和变换器的定向。
因此，当变换器设置在车辆上时，同一变换器的多个方向波束导致多个信号分量，所述变换器接收所述多个信号分量，并且所述多个信号分量由于多普勒效应具有不同强度的频率偏移。根据信号分量区分同一变换器的多个方向波束，所述信号分量在其频率偏移方面不同。通过所述区分，根据不同的方向波束产生更高的角度分辨率。因此，同一变换器不仅提供脉冲回波信息（以运行时间或距离或物体特定的其他特征的形式）而且对于每个方向波束提供脉冲回波信息。在物体检测的范畴内求得并且分析处理脉冲回波信息（例如关于运行时间或距离）。
本发明涉及一种用于车辆支持的物体检测的方法。尤其可以通过检测物体的存在或通过检测变换器和物体之间的距离或通过检测其他的物体特征来规定物体检测。借助变换器发送脉冲到环境中。变换器设置在车辆上、尤其在机动车——如PKW或LKW上并且从车辆向外定向。借助变换器检测由环境中的物体反射回的脉冲。所检测的脉冲相应于所发送的并且由物体反射回的脉冲。变换器（或车辆）与物体彼此相对运动。设有变换器的车辆例如可以在泊车过程范畴内在地面上运动，而位于地面上的其他车辆（或交通相关的其他物体）不运动，从而进行泊车的车辆的运动相应于变换器的相对运动。
根据变换器的方向特性执行发送和/或检测，所述变换器的方向特性具有至少两个方向波束。脉冲可以由具有这些方向波束的相同变换器检测，所述变换器也发送脉冲。替代地，脉冲由一个变换器发送，而另一变换器接收被反射回的脉冲。在此，进行发送的变换器具有或不具有包括多个方向波束的方向特性，而进行接收的变换器优选具有包括多个方向波束的方向特性。因此，当进行接收的变换器具有包括多个方向波束的方向特性时就足够了。
此外，根据频率偏移来分离被反射回的脉冲的、具有不同频率偏移的信号分量。根据信号分量的不同频率偏移相互分离或区分同一变换器的多个方向波束。对于不同的信号分量，分别实施一次物体检测，其中在方向波束之间进行区分。
此外，可以根据不同的频率偏移将被反射回的脉冲的、具有不同频率偏移的信号分量分别分配给所述方向波束中的一个。
对于方向波束中的每一个分别执行一次物体检测，由此将不同的方向波束分开地用于物体检测。信号分量的区别特征是相对于所发送的脉冲的频率偏移。根据所述特征将信号分量拆分到方向波束中。根据一个方面，所述方法可以视为频率复用方法，其中通过不同的多普勒偏移实现频率分离。根据另一方面，所述方法可以视为方向复用方法（或空间复用方法），其中方向波束的不同方向划分空间，并且其中可以通过选择确定的信号分量来访问不同的方向，所述信号分量根据频率偏移进行区分。
根据一种实施方式，当对于物体分量检测到相当的距离时，通过不同的方向波束（也就是说，不同的信号分量）检测的物体分量被分配给一个共同的物体。
此外，当对于物体分量检测到不同的距离时，通过不同的方向波束（也就是说，不同的信号分量）检测的物体分量被分配给不同的方向波束或信号分量中的不同物体。
最后，在方向波束中的仅仅一个方向波束或一组方向波束中检测到的物体分量被分配给一个物体，所述物体位于方向波束中的仅仅所述一个方向波束中或所述一组方向波束中。
由此，根据方向波束和与此相关的多普勒偏移将方向特性的根据本发明的分辨率用于周围环境中的物体的更高空间分辨率。可以区分多个物体并且更高地分辨物体的大小。
根据本发明的一种实施方式，基于方向波束的不同定向将物体的运动划分为径向运动分量，所述径向运动分量导致脉冲的不同频率偏移。对于每个方向波束，根据分配给相应方向波束的那些信号分量的脉冲运行时间产生位置信息（所述位置信息包括距离信息和角度信息或坐标点），或对于每个信号分量根据所述信号分量的脉冲运行时间产生位置信息（所述位置信息包括距离信息）。对于多个方向波束或对于每个方向波束或对于多个信号分量或对于每个信号分量，根据相关的信号分量的频率偏移或根据分配给相应的方向波束的那些信号分量的频率偏移产生径向速度信息。
方向波束和信号分量之间的分配可以包括物体相对于车辆的、角度有关的定向的求取，例如通过光学检测或通过基于脉冲回波的扫描、尤其是借助超声。
可以通过由脉冲运行时间得出的距离与所属的方向波束的定向的组合来产生位置信息。位置信息给出极坐标系或直角坐标系的坐标。
可以作为超声脉冲或电磁脉冲、特别是作为电磁微波脉冲来提供脉冲。进行发送的变换器或进行接收的变换器因此可以是声学变换器、尤其是压电元件或可以是天线（例如，贴片天线）。
所发送的脉冲设有预定义的频率变化、优选设有恒定的频率或设有通过具有恒定频率的激励产生的频率变化。将所检测的脉冲与所发送的脉冲进行比较，尤其用于检测频率偏移。
本方法尤其用于检测车辆的周围环境。脉冲从车辆发送和接收，其中至少一个变换器设置在车辆的外侧上并且向周围环境定向。
本发明的相关实施方式规定，车辆相对于物体在地面上运动，其中物体位置固定地设置在地面上。尤其将本方法用于泊车辅助系统，其中所述物体是停放的车辆。本发明设为泊车辅助方法，其（在视觉上或在听觉上）表示允许的行驶区域。所示允许的行驶区域基于物体检测。
脉冲被作为声学脉冲发送和/或借助方向特性检测，在所述方向特性中至少两个方向波束通过声传导元件——例如喇叭或喇叭状的保持装置构成，变换器凹进地设置在所述喇叭或喇叭状的保持装置中。此外，方向波束可以通过天线元件阵列产生，其中方向波束以已知的方式由沿着天线元件的辐射变化的傅里叶变换产生。
此外，本发明提供用于车辆支持的物体检测的装置。所述装置包括具有方向特性的变换器，所述方向特性具有至少两个方向波束。变换器被设置用于固定在机动车上。此外，所述装置还包括与变换器连接的、频率选择性的信号分离装置，所述信号分离装置被设置用于接收变换器的信号并且将所述信号分离成不同频率的信号分量。所述装置最后包括运行时间检测装置，其与信号分离装置连接。运行时间检测装置被设置用于对于所述信号分量中的至少一个、优选对于所述信号分量中的至少两个检测运行时间，所述信号分量关于其频率已经由信号分离装置分离。频率选择性的信号分离装置是将至少两个频率彼此分离的滤波器，即低通或高通。频率选择性的信号分离装置进一步被设置用于从所接收的信号中产生频谱并且区分以不同程度频率偏移的部分谱（包括零偏移）。信号分离装置被设置用于识别频谱中的相对最大值并且根据最大值区分不同频率偏移的信号分量。
此外，根据本发明的装置可以包括物体检测装置，所述物体检测装置与信号分离装置或所述信号分离装置的输出端连接。物体检测装置被设置用于将具有相当的运行时间和不同频率的信号分量分配给一个共同的物体，所述共同的物体位于所属的方向波束的延伸角中（并且因此可以分配给相应的信号分量）。为此，物体检测装置可以替代地或组合地被设置用于将具有不同运行时间和不同频率的信号分量分配给不同的物体。这些物体分别位于方向波束的至少一个延伸角中并且因此将相应于相应信号分量（也就是说，频率偏移）的脉冲反射回。为此，替代地或组合地，物体检测装置可以被设置用于将其一个或多个频率可以分配给方向波束中的仅仅一个方向波束或一组方向波束的信号分量分配给一个物体，所述物体位于方向波束中的仅仅所述一个方向波束中或所述一组方向波束中并且根据所属的一个或多个运行时间与变换器间隔开。
因此，物体检测装置相应于用于脉冲回波信号的分析处理装置，其中对于相同脉冲的信号分量彼此分离地在信号运行时间方面处理所述脉冲回波信号。因此，所述装置可以视为多通道装置，其能够同时处理多个信号分量并且将结果组合成更复杂的位置信息或物体信息（用于多个物体）。此外，可以设置显示装置，所述显示装置向驾驶员表示物体信息，或可以设置存储器，在所述存储器中存储物体信息，其中当在与碰撞探测器连接的存储器中存在物体数据时声学的或光学的告警装置由碰撞探测器控制，所述物体数据表示接近车辆的、尤其是在其行驶方向上的物体。
在一种特别优选的实施方式中，变换器具有方向特性，所述方向特性具有一个方向波束，当变换器通过变换器的保持装置固定在车辆上时，所述方向波束垂直于车辆的纵轴线或朝向纵轴线的方向。换言之，如此提供变换器和保持装置，使得变换器的方向波束与车辆垂直地或平行地定向。由此，随着物体和车辆之间的相对运动，在车辆旁平行地或垂直于车辆定向地，物体或者具有最大频率偏移或者具有0频率偏移。因为变换器的另一方向波束产生具有小于最大频率偏移的频率偏移或不等于0的频率偏移的信号分量，所以可以更简单地彼此分离信号分量。
以同样的方式，包括保持装置的变换器出于简化计算的原因具有以下方向波束：所述方向波束与车辆的纵轴线形成45°的角。
本发明尤其涉及一种被动的、半自动（也就是说仅仅转向的）或自动的（也就是说转向的和行驶速度控制的）、具有根据本发明的用于车辆支持的物体检测的装置的泊车辅助系统。
可以借助具有多个变换器和所属的检测部件的根据本发明的装置实现本发明，其中在组合装置中收集变换器的物体信息，所述组合装置将物体信息统一成共同的表示。此外，物体设有相对速度信息，所述相对速度信息根据频率偏移的数值和符号求得。
附图说明
图1示出在用于解释根据本发明的方法的情形下配备有根据本发明的装置的车辆；
图2示出用于解释根据本发明的方法的另一种情形。
具体实施方式
在图1中示出车辆30，其配备有变换器10，其中变换器10具有方向特性，所述方向特性具有两个方向波束。在图1中象征性地示出了方向波束20、22，其中在图1中不仅示出覆盖角度而且示出作用距离。作用距离以封闭线结束，所述封闭线连接所示的两条边。
变换器10作为所述装置的一部分与信号分离装置40连接并且向信号分离装置40提供经变换的电信号。所述经变换的电信号在信号分离装置40中根据频率被划分成显著频率偏移的不同信号分量，所述信号分量被输出给运行时间检测装置50。此外，根据本发明的装置包括频率偏移测量单元60。所述频率偏移测量单元被设置用于求得各个分量（相对于发射频率）的频率偏移。因此，频率偏移测量单元60与信号分离装置40连接。在一个未示出的变型方案中，频率偏移测量单元尤其可以与信号分离装置的输出端连接，在所述信号分离装置的输出端上施加信号分量。所述装置包括所有的检测组件10、40、50和60。所述装置本身不包括车辆30，而是所述装置仅仅设置用于固定在车辆30上。
在图1中示出的情形中，另一车辆70根据运动方向80从车辆30旁运动经过。如果另一车辆70（其表示多个可能的交通物体中的一个）位于如借助实线所示的位置上并且从车辆30旁运动经过，则由于方向波束20相对于运动方向80的垂线的倾斜产生由多普勒效应引起的朝着更高频率的频率偏移。方向波束22可能具有另一频率偏移（基本上没有），然而车辆70不位于方向波束22中。因此产生仅仅一个信号分量、即方向波束20的信号分量，而不产生来源于方向波束22的信号分量。因此，求得朝着更高频率的频率偏移，并且得出以下结论：物体位于方向波束20中，而不位于方向波束22中。因此产生更高的分辨率。此外，可以根据多普勒效应推断出车辆70的相对速度。由物体数据可以推断出：车辆70相对于车辆30错开地停留，然而不在车辆30旁。由频率偏移可以推断出：车辆开动并且运动到车辆30旁的区域中。
随后的情况用虚线表示。车辆70'在两个方向波束20、22中，从而产生两个信号分量。第一信号分量基本上不具有或仅仅具有小的朝着更低频率的多普勒偏移，其中第一信号分量来源于方向波束20。第二信号分量具有朝着更高频率的、相对较强的多普勒偏移，其中第二信号分量来源于方向波束22。这些频率偏移在强度和符号方面不同。第一和第二信号分量两者都示出相同的运行时间延迟，从而可以推断出相同的距离并且因此可以推断出通过信号分量探测到的同一物体。此外，可以直接推断出位于两个方向波束20、22中的物体。因此，本发明还允许借助两个方向波束的大小分辨率。
在图2中示出用于解释本发明的另一情形。根据本发明配备的车辆130配备有变换器110，所述变换器具有两个方向波束。首先第一其他车辆驶入变换器110的传感器区域中，随后跟着第二其他车辆172。在驶入期间，通过第一车辆进入方向波束120产生第一信号分量。在进一步驶入的情况下通过进入方向波束122中的车辆170产生附加的第二信号分量。在车辆继续在方向180上运动时，第一车辆离开方向波束170，并且车辆172进入方向波束122中。在车辆之间的距离足够（大于方向波束宽度）的情况下，探测到间隙并且两个车辆被检测为单个物体，尤其车辆172被检测为个体物体并且产生方向波束120上的信号分量，而车辆170产生方向波束122上的信号分量。在图2中示出的情形中，车辆170已经从方向波束120中驶出，从而能够实现以上描述的检测并且产生相应的信号分量。在方向180上的进一步运动中，车辆170离开方向波束122，并且两个车辆170、172之间的空隙通过方向波束122检测，其方式是，由所述方向波束产生的信号分量消失。在根据图2描述的所有情形中，仅仅产生朝着更小频率的、小的频率偏移——其表示方向波束122的信号分量，而方向波束120产生朝着更大频率的、较大的频率偏移。由此可以区分方向波束并且以更精细的角度分辨率检测物体。在没有频率偏移相关的区分的情况下，两个车辆仅仅被检测为一个单个物体。
如果两个车辆170、172（与图2的表示相反）与车辆130的距离不同，则根据类似的、所检测的运行时间的分组根据车辆170、172的位置（相对于车辆130）方面的信息可以区分车辆170、172，其中必要时可以给一个车辆分配一个所属的方向波束并且给更近或更远的另一车辆分配另一方向波束。此外明显看出，变换器的作用距离内的第一车辆没有阻断整个变换器，而是可以根据车辆之间的空隙根据不同的速度并且尤其根据信号分量的个体分析处理来个体地检测另一车辆。
在前下角处可以设有另一变换器，其优选依照根据本发明的方法扫描车辆的侧面周围环境。
通常，所述方法和装置尤其用于车道保持系统和泊车系统。

Claims (10)

1.一种用于车辆支持的物体检测的方法，所述方法包括：借助设置在车辆（30）上的变换器（10）发送脉冲到周围环境中，以及借助所述变换器检测由所述周围环境中的物体（70）反射回的脉冲，其中，所述变换器（10）和所述物体（70）彼此相对运动，其中，根据所述变换器的方向特性执行所述发送和/或所述检测，所述变换器的方向特性具有至少两个方向波束（20，22），其中，此外，根据频率偏移彼此分离被反射回的脉冲的信号分量或将其分别分配给所述方向波束中的一个，所述信号分量具有不同的频率偏移，以及对于不同的信号分量或所分配的方向波束分别实施物体检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当对于所述物体分量检测到相当的距离时，将通过不同的方向波束检测到的物体分量分配给一个共同的物体；当对于所述物体分量检测到不同的距离时，将通过不同的方向波束检测到的物体分量分配给不同的方向波束中的不同物体；以及将在所述方向波束中的仅仅一个方向波束或一组方向波束中检测到的物体分量分配给一个物体，所述物体仅仅位于所述方向波束中的所述一个方向波束中或所述一组方向波束中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于所述方向波束的不同定向将一个物体（70）的运动划分为径向运动分量，所述径向运动分量导致所述脉冲的不同频率偏移，其中，对于每个方向波束根据分配给相应的方向波束的那些信号分量的脉冲运行时间产生位置信息，并且对于每个方向波束根据分配给相应的方向波束的那些信号分量的频率偏移产生径向速度信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述位置信息的产生包括：将由所述脉冲运行时间得出的距离与所属的方向波束的定向组合，以及将所述位置信息设为极坐标系的坐标或直角坐标系的坐标。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，作为超声脉冲或作为电磁脉冲、特别是作为电磁微波脉冲发送所述脉冲，其具有预定义的频率变化，将所检测的脉冲与所述预定义的频率变化进行比较。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，从车辆（30）发送和接收所述脉冲，其中，所述至少一个变换器（10）设置在所述车辆的外侧上并且向所述周围环境定向。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述车辆（30）相对于所述物体（70）在地面上运动，所述物体位置固定地设置在所述地面上，其中，所述物体是停放的车辆，其中，所述方法设为泊车辅助方法，所述泊车辅助方法还表示允许的行驶区域，其中，允许的行驶区域的表示基于所述物体检测。
8.一种用于车辆支持的物体检测的装置，其包括：变换器（10）、与所述变换器连接的频率选择性的信号分离装置（40）以及运行时间检测装置（50），所述变换器具有方向特性，所述方向特征具有至少两个方向波束（20，22），并且所述变换器被设置用于固定在车辆（30）上，所述信号分离装置被设置用于接收所述变换器的信号并且将所述信号分离成不同频率的信号分量，所述运行时间检测装置与所述信号分离装置连接并且被设置用于对于所述信号分量中的至少一个检测运行时间。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述装置还包括物体检测装置，所述物体检测装置与所述信号分离装置连接并且被设置用于将具有相当的运行时间和不同频率的信号分量分配给一个共同的物体，所述共同的物体位于所属的方向波束的延伸角中，将具有不同运行时间和不同频率的信号分量分配给不同的物体，所述不同的物体分别位于所述方向波束的至少一个延伸角中，将其一个频率或多个频率可以分配给所述方向波束中的仅仅一个方向波束或一组方向波束的信号分量分配给一个物体，所述物体仅仅位于所述方向波束中的所述一个方向波束或所述一组方向波束中并且根据所属的一个或多个运行时间与所述变换器间隔开。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其中，所述变换器（10）是声学变换器、尤其是压电的或电磁的超声变换器，其固定在保持装置中，所述保持装置部分地在所述变换器的辐射空间一半内延伸并且基于其几何形状被设置用于提供具有至少一个相对最小值的方向特性，所述至少一个相对最小值将至少两个方向波束分离，所述保持装置尤其作为喇叭状的保持装置，或其中所述变换器是一个天线或一个天线阵列，所述天线或所述天线阵列基于其布置和/或基于相移元件提供具有至少一个相对最小值的方向特性。
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