CN104487863A - 用于运行车辆的环境检测系统的方法和环境检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于运行车辆(30)的环境检测系统(1)的方法，所述环境检测系统具有至少两个发送/接收单元(2，32，33，34)，其中，所述发送/接收单元(2，32，33，34)发送波脉冲(12，13)并且接收所发送的波脉冲(12，13)的回波信号，所述回波信号由位于所述发送/接收单元(2，32，33，34)的检测区域中的反射源(38)反射，其中，由所接收的回波信号求取接收波脉冲(12，13)并且对于接收波脉冲(12，13)求取相应于所述接收波脉冲(12，13)的、所发送的波脉冲(12，13)。在此设置，为了编码可区别的波脉冲，成对地不同的发送/接收单元(2，32，33，34)的波脉冲(12，13)具有成对地不同的脉冲长度(T1，T2)。在此设置，非相干解调所接收的回波信号并且对于接收波脉冲(12，13)求取脉冲峰值(14，15)并且根据所述脉冲峰值(14，15)标准化所述接收波脉冲(12，13)的脉冲长度(T1，T2)。此外，适合用于实施所述方法的环境检测系统和计算机程序也是本发明的主题。

Description

用于运行车辆的环境检测系统的方法和环境检测系统
技术领域
本发明涉及一种用于运行具有至少两个发送/接收单元的车辆的环境检测系统的方法，其中，所述发送/接收单元发送波脉冲并且接收所发送的波脉冲的、由位于所述发送/接收单元的检测区域中的反射源反射的回波信号。
此外，适合用于实施所述方法的、车辆的环境检测系统和计算机程序也是本发明的主题。
背景技术
例如使用这类环境检测系统用于测量从发送/接收单元到位于所述发送/接收单元前方的对象的距离。所使用的系统通常基于脉冲回波方法。在该运行中，发送/接收单元发送波脉冲并且测量所述波脉冲的通过对象引起的反射，即接收波脉冲或者简为回波峰值(Echopeak)。
DE 10 2009 045 429 A1示出用于确定对象相对于具有多个发送/接收单元的车辆的位置的方法，其中，对于所述发送/接收单元中的至少两个，在相同的位置确定时期期间发送的发送波脉冲的脉冲长度是不同的。比较器记录接收波脉冲的、对应于相同的位置确定时期并且来自于不同发送/接收单元的分量的出现时刻和信号强度。所述比较器设置用于根据当前接收波脉冲的或其分量的信号强度以增加的信号强度提高或者以下降的信号强度降低向比较器传递的阈值。除了脉冲长度之外，以此方式检测边沿，并且使在相同的高度上的边沿组成对，以便确定不同长度的波脉冲的传播时间。
DE 10 2009 002 871 A1示出用于车辆的超声对象检测系统，其中，检测的方式与对象场景匹配。使用例如通过脉冲持续时间的变化引起的不同能量的超声脉冲，以便接收最优的接收信号。
发明内容
根据本发明的方法用于运行具有至少两个发送/接收单元的车辆的环境检测系统，其中，所述发送/接收单元发送波脉冲并且接收所发送的波脉冲的回波信号，所述回波信号由位于所述发送/接收单元的检测区域中的反射源反射，其中，由所接收的回波信号求取接收波脉冲并且对于接收波脉冲求取相应于所述接收波脉冲的、所发送的波脉冲，其中，为了编码可区别的波脉冲，成对地不同的发送/接收单元的波脉冲具有成对地不同的脉冲长度，在所述方法中设置，非相干解调所接收的回波信号，并且对于接收波脉冲求取脉冲峰值并且根据所述脉冲峰值标准化接收波脉冲的脉冲长度。
本发明有利地能够实现多个发送/接收单元的通过发送脉冲长度的有效脉冲编码。两个成对地不同的发送脉冲长度可以例如相差一因子1.5。例如第一发送/接收单元发送具有200μs的发送脉冲长度的第一发送脉冲，并且第二发送/接收单元发送具有300μs的发送脉冲长度的第二发送脉冲。差别因子例如可以位于1和5之间、优选1和3之间、特别优选1和2之间。在三个同时进行发送的发送/接收单元中，三个成对地不同的脉冲长度意味着三个不同的发送脉冲长度，例如200μs、250μs和300μs，其中，第一发送脉冲长度和第二发送脉冲长度之间的差别因子不必等于第二脉冲长度和第三脉冲长度之间的差别因子，而是可以与其不同。另一个优点是，接收脉冲宽度的确定是非相干的，这意味着，在不涉及载波的情况下可实现。
根据一种实施方式，求取接收波脉冲的一个区段，其方式是，围绕脉冲峰值在信号幅度以一定义的值——例如30％至70％、尤其50％下降的情况下切割接收波脉冲。在此，通过该区段的大小定义脉冲长度。
对此替代地或者附加地，设置波脉冲通过脉冲面积的辨别。在此，对于接收波脉冲求取脉冲面积并且通过脉冲面积和脉冲峰值的商求取脉冲长度。
替代地为此或者附加地，设置波脉冲通过脉冲能量的辨别。在此，对于接收波脉冲求取脉冲能量并且通过脉冲能量和脉冲峰值的平方的商求取脉冲长度。由此可以分别实现接收波脉冲与发送/接收单元的所发送的波脉冲的对应。
根据一种实施方式，使所接收的回波信号经受希尔伯特变换(Hilbert-Transformation)。希尔伯特变换产生具有无载波的分析信号的包络线，所述信号不受多普勒效应破坏。
对此替代地设置，所接收的回波信号通过整流器和接着的低通滤波器。这是用于产生无载波的分析信号的特别低成本的变型。
优选对于由至少两个发送/接收单元接收的信号求取信号传播时间并且在使用所求取的信号传播时间的情况下求取发送/接收单元到反射源的间距。通过所测量的回波传播时间和声速计算出传感器和对象之间的间距。除间距之外，也能够求取关于对象的角度信息，从而能够在空间中定位对象。为了提取角度信息，例如可以将多个发送/接收单元组合成一个系统并且利用所反射的信号至传感器的传播时间差。该过程也称作三边测量(Trilateration)。
附加地，可以进行波脉冲的进一步编码，例如通过频率的和/或相位的调制和/或通过不同的频率高度，这允许发送脉冲的另外的区别特征。
此外，根据本发明，提出一种计算机程序，用于当在可编程的计算机装置上执行计算机程序时实施在此描述的方法之一。计算机程序可以是例如车辆中的用于实现驾驶辅助系统或者其子系统的模块或者可以是用于驾驶辅助功能的应用程序，所述应用程序可以在智能手机上执行。计算机程序可以存储在机器可读的存储介质上，例如永久性存储介质或可重复写的存储介质上或分配给计算机装置或在可拆卸的CD-ROM、DVD或USB棒上。附加地或替代地，可以在计算机装置如服务器上提供计算机程序用于例如通过数据网络——如互联网或通信连接——例如电话线路或无线连接进行下载。
根据本发明的另一方面，车辆的环境检测系统包括至少两个发送/接收单元、至少一个解调器和至少一个分析处理单元，所述至少两个发送/接收单元设置用于发送波脉冲并且接收所发送的波脉冲的回波信号，所述回波信号由位于所述发送/接收单元的检测区域中的反射源反射，其中，为了编码可区分的波脉冲，成对地不同的发送/接收单元的波脉冲具有成对地不同的脉冲长度，所述至少一个解调器设置用于非相干解调所接收的回波信号，所述至少一个分析处理单元设置用于对于接收波脉冲求取脉冲峰值并且根据所述脉冲峰值标准化所述接收波脉冲的脉冲长度。
所述发送/接收单元可以是例如共同地检测车辆的部分环境的发送/接收单元组。例如，发送/接收单元组可以布置在前部区域中用于检测前侧的车辆环境和/或布置在侧面区域内用于检测车辆的侧面区域和/或布置在尾部区域内用于检测车辆的后方环境。
所述发送/接收单元优选为超声发送/接收单元。在此，例如可以安装四至六个发送/接收单元在保险杠中，其中，通常仅仅最多四个发送/接收单元以大约相同的视向装配。此外，尤其为了也检测机动车附近的区域，将发送/接收单元定位在前保险杠中，所述发送/接收单元向左和向右具有其检测区域。附加地或者替代地，发送/接收单元也可以如此定位在后保险杠中，使得它们检测所述机动车旁左边和右边的区域。
为了联合(Verbünden)地、以所谓的簇运行发送/接收单元，可以串行地控制它们。在串行控制的情况下，在每个位置确定时期期间，每个发送/接收单元发送恰好一个发送波脉冲，其中，必须遵守最小等待持续时间直至后一发送/接收单元的发送，所述最小等待持续时间可以取决于回波稳定时间(Echoberuhigungszeit)并且必要时可以包括保护间隔，以避免发送元件相互间的干扰。在超声发送/接收单元的情况下，得出单个传感器的大约30ms的测量时间。据此，在四至六个超声发送/接收单元的情况下，得出120-180ms的簇循环。该时间对于整个系统的时延或者反应时间是决定性的并且也称为系统更新时间。
特别优选在同时进行发送的发送/接收单元的情况下使用所述方法。在此，为了编码成对地不同的、同时进行发送的发送/接收单元的成对地可区分的发送脉冲，使用发送脉冲长度。在此可以设置，两个发送/接收单元分别同时进行发送，接着，两个另外的，接着，必要时又两个另外的发送/接收单元等等。对此替代地可以设置，所述发送/接收单元的一半分别同时进行发送，例如三个发送/接收单元分别同时发送，并且此后，所述发送/接收单元的另外一半同时发送。优选设置，在位置确定时期期间所有发送/接收单元同时进行发送。
附图说明
从随后的附图描述可见本发明的其他优点。附图示出：
图1示出车辆的环境检测系统的示意图，
图2示出两种不同的波脉冲，它们在位置确定时期期间被发送或者接收，以及
图3示出具有车辆和障碍物的场景。
具体实施方式
图1示出车辆的环境检测系统1，所述环境检测系统具有在这里示例性地为2个地示出的发送/接收单元2，例如超声传感器，所述超声传感器设置用于发送和接收经频率调制的信号。发送/接收单元2可以并行地或者串行地运行。
发送/接收单元2耦合在滤波器设备3上。所接收的回波信号通常具有有用信号部分和干扰信号部分，并且分别通过过滤器设备3，以便尤其确定回波信号中的有用信号部分。在滤波器设备3中对接收信号进行再处理，例如放大、数字化、采样、通过低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器和/或使其免于干扰信号。此外，优选使回波信号经受希尔伯特变换。在解调器4中，非相干解调所述信号。替代所示出的用于多个发送/接收单元2的解调器4地，也能够对于每个发送/接收单元2设置一个单个的解调器4。在通过滤波器设备3和解调器4之后，所接收的回波信号也称为经处理的接收信号。
此后，经处理的接收信号例如被提供给计算机实现的分析处理单元5，所述分析处理单元在考虑所接收的回波信号的情况下求取相应的发送/接收单元2到位于检测区域中的反射源的间距。替代所示出的、用于多个发送/接收单元2的分析处理单元5地，也能够对于每个发送/接收单元2设置一个单个的分析处理单元，所述分析处理单元进一步处理所述经处理的接收信号。此外，在所述分析处理单元5中，求取接收波脉冲的脉冲面积、以及脉冲峰值的位置和数量、脉冲峰值的高度和/或脉冲的形状。可以在信号的数字化之前或者之后通过回波信号在时间上的积分来求取接收波脉冲的脉冲面积。可以在信号的数字化之前或者之后通过经平方的回波信号在所述时间上的积分来求取接收波脉冲的脉冲能量。
分析处理单元5提供用于驾驶辅助系统的另外的控制器6的信号和/或数据，例如用于泊车辅助、倒车撞击避免系统(back over avoidance-system)、自适应巡航控制系统(adaptive cruise control-System，ACC-system)、死角探测系统(盲点探测系统，blind spot detection-system，BSD-system)和/或用于事故防止或者事故损伤减免的系统。
图2在幅度关于时间的图形中示例性地示出波脉冲的两个信号变化曲线10、11，所述波脉冲在位置确定时期期间由不同的发送/接收单元发送或接收。第一信号变化曲线10可以对应于例如参照图1所描述的第一发送/接收单元2，而第二信号变化曲线11可以对应于第二发送/接收单元2。
第一信号变化曲线包括第一波脉冲12，所述第一波脉冲具有起始边沿16、末尾边沿18和脉冲高度14。在该实施例的范围内，在出现起始边沿16和末尾边沿18之间的时间差称作第一发送脉冲长度T1。第一波脉冲12具有第一脉冲面积F1。第二发送脉冲13同样具有起始边沿17、末尾边沿19和脉冲高度15。第二波脉冲11具有第二脉冲面积F2。在出现起始边沿17和末尾边沿19之间的时间差定义第二发送脉冲长度T2。在所示出的实施例中，在第一发送脉冲长度T1和第二发送脉冲长度T2之间存在因子2，该因子由于相同的信号高度也存在于面积F1和F2之间。
实际所接收的接收波脉冲与所示出的理想的接收波脉冲12、13不同。这些波脉冲不仅仅由于传输过程和反射过程而叠加，而且由于多普勒效应和传输通道的传输特性而失真，其中，所述失真可以通过合适的滤波器部分地拦截。
为了根据发送脉冲长度T1、T2求取产生相应的接收波脉冲12、13的、所发送的波脉冲，求取接收波脉冲12、13的脉冲峰值14、15并且产生一个信号段，所述信号段在这样的时刻、在这里在起始边沿16、17处开始，在该时刻信号幅度相应于一个已定义的值，例如脉冲峰值14、15的高度的30％至70％、尤其50％，并且所述信号段在这样的时刻、在这里在末尾边沿18、19处结束，在该时刻信号幅度相应于另一个、不一定相等的已定义的值，例如脉冲峰值14、15的高度的30％至70％、尤其50％。在此，脉冲长度通过该区段的大小、这里T1、T2定义。
因为由于信号失真而并非总是能够实现边沿16、17、18、19的清楚的探测，所以为了根据发送脉冲长度求取产生相应的接收波脉冲12、13的、所发送的波脉冲，接收波脉冲12、13的脉冲面积或者脉冲能量可以是决定性的参量。利用脉冲峰值14、15来标准化脉冲面积或者标准化脉冲能量。在此，通过脉冲面积和脉冲峰值的商或者通过脉冲能量和脉冲峰值的平方的商求取脉冲长度。
图3示出具有车辆30和障碍物31的场景。第一初级传播段作为路径段35在发送/接收单元32和反射源38之间产生，第二路径段36在发送/接收单元33和反射源38之间产生，并且第三路径段37作为路径段37在发送/接收单元34和反射源38之间产生。发送/接收单元32-34发送不同脉冲长度的发送波脉冲，所述发送波脉冲在反射源38上被反射并且以叠加的形式在各个发送/接收单元32-34处又被接收。视路径段35-37的长度或者它们相对于彼此的长度比例而定地，对于所发送的波脉冲产生不同的延迟，其在接收波脉冲中能够相互分开。在图3中所设置的情形中，可以通过比较各个波脉冲的不同延迟或者通过传播时间测量来求取障碍物31，所述延迟在各个发送/接收单元32-34上产生。此外，能够直接地确定以下角度：障碍物31以该角度相对于发送/接收单元布置。为此，可以使用该角度(或者距离或者位置)的双重确定(或者多重确定)用于三角测量，其方式是，例如比较发送/接收单元32的接收波脉冲与发送/接收单元34的接收波脉冲并且产生第一角度，其中，在另一检测中例如以类似方式通过发送/接收单元33和34确定第二角度。
本发明不仅仅限于在这里所描述的实施例和在其中强调的方面。相反地，在通过当前的权利要求给出的范围内能够实现多种修改，所述多种修改处于本领域技术人员的能力范围内。

Claims (10)

1.一种用于运行车辆(30)的环境检测系统(1)的方法，所述环境检测系统具有至少两个发送/接收单元(2，32，33，34)，其中，所述发送/接收单元(2，32，33，34)发送波脉冲(12，13)并且接收所发送的波脉冲(12，13)的回波信号，所述回波信号由位于所述发送/接收单元(2，32，33，34)的检测区域中的反射源(38)反射，其中，由所接收的回波信号求取接收波脉冲(12，13)并且对于接收波脉冲(12，13)求取相应于所述接收波脉冲(12，13)的、所发送的波脉冲(12，13)，其中，为了编码可区别的波脉冲，成对地不同的发送/接收单元(2，32，33，34)的波脉冲(12，13)具有成对地不同的脉冲长度(T1，T2)，其中，非相干解调所接收的回波信号，其中，对于接收波脉冲(12，13)求取脉冲峰值(14，15)并且根据所述脉冲峰值(14，15)标准化所述接收波脉冲(12，13)的脉冲长度(T1，T2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产生所述接收波脉冲(12，13)的信号段，所述信号段在第一时刻(16，17)处开始并且在第二时刻(18，19)处结束，在第一时刻所述接收波脉冲(12，13)的信号幅度相应于所述脉冲峰值(14，15)的高度的30％至70％、尤其50％，在所述第二时刻所述接收波脉冲(12，13)的信号幅度相应于所述脉冲峰值(14，15)的高度的例如30％至70％、尤其50％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于所述接收波脉冲(12，13)求取脉冲面积(F1，F2)，并且通过所述脉冲面积(F1，F2)和所述脉冲峰值(14，15)的商求取所述脉冲长度(T1，T2)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于接收波脉冲(12，13)求取脉冲能量，并且通过所述脉冲能量和所述脉冲峰值(14，15)的平方的商求取所述脉冲长度(T1，T2)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使所述回波信号经受希尔伯特变换。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述回波信号通过整流器和低通滤波器。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于由所述发送/接收单元(2，32，33，34)接收的接收波脉冲(12，13)求取信号传播时间，并且在考虑所求取的信号传播时间的情况下求取所述发送/接收单元(2，32，33，34)与所述反射源(38)的间距。
8.一种计算机程序，其当在可编程的计算机装置上执行所述计算机程序时实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法之一。
9.一种车辆的环境检测系统(1)，其具有至少两个发送/接收单元(2，32，33，34)，具有解调器(4)并且具有至少一个分析处理单元(5)，所述至少两个发送/接收单元设置用于发送波脉冲(12，13)并且接收所发送的波脉冲(12，13)的回波信号，所述回波信号由位于所述发送/接收单元(2，32，33，34)的检测区域中的反射源(38)反射，其中，为了编码可区分的波脉冲，成对地不同的发送/接收单元(2，32，33，34)的波脉冲(12，13)具有成对地不同的脉冲长度(T1，T2)，所述解调器设置用于非相干解调所接收的回波信号，所述分析处理单元设置用于对于接收波脉冲(12，13)求取脉冲峰值(14，15)并且根据所述脉冲峰值(14，15)标准化所述接收波脉冲(12，13)的脉冲长度(T1，T2)。
10.根据权利要求9所述的环境检测系统，其特征在于，所述发送/接收单元(2，32，33，34)是超声发送/接收单元。
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