CN110235015A - 用于根据超声信号来识别对象的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行超声测量装置的方法，所述方法包括以下步骤：接收回波幅度(12)；对于所接收的回波幅度(12)求取对象间距；对于所接收的回波幅度(12)计算归一化的回波幅度，其中，将具有确定的对象间距的所接收的回波幅度(12)除以对于相同的或相似的对象间距的参考回波幅度；对所述归一化的回波幅度进行编码；将经编码的回波幅度传输到控制设备(8)上。此外，提出用于实施所述方法的一种计算机程序和一种系统以及一种具有驾驶辅助系统(4)的车辆(2)。

Description

用于根据超声信号来识别对象的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于根据超声信号来识别对象的方法。此外，说明用于执行所述方法的一种计算机程序和一种系统以及一种具有以下驾驶辅助系统的车辆：所述驾驶辅助系统具有这种系统。
背景技术
现代车辆配备有多个驾驶辅助系统，所述多个驾驶辅助系统借助关于车辆的周围环境的数据在执行不同的驾驶操纵时支持驾驶员。为了完成所述驾驶辅助系统的任务，这种驾驶辅助系统需要车辆的周围环境的尽可能精确的图像。借助不同的传感器、例如借助超声传感器产生车辆的周围环境的图像。在此，通过超声传感器发送信号，该信号的回波在障碍物上进行反射时又由在车辆上的超声传感器——即与进行发送的超声传感器相同的或不同的超声传感器——进行记录。由在信号发送与接收之间经历的时间和信号的已知的传播速度可以计算出车辆与进行反射的障碍物之间的间距。
超声传感器具有以下视野：在该视野内，这些/所述超声传感器可以察觉障碍物。在此，超声传感器的敏感性朝向其视野的边缘下降。
由DE 31 00 479 C2已知一种用于处理超声信号的设备，该设备包括超声振荡器，以便将超声脉冲发送至工件并且探测工件中的故障或缺陷。在此，接收经反射的回波信号并且在模拟/数字转换器中进行转换。因为回波信号的幅度由于传播距离而减小，所以在离散的步骤中根据幅度校正曲线将该幅度校正到固定的峰值上。
本发明的任务是，根据超声信号不仅确定对象至发送/接收单元的距离，而且识别出对象或至少对对象进行可信度检验。
发明内容
根据本发明的第一方面，提出一种用于运行超声测量装置的方法，所述方法包括以下步骤：接收回波幅度；对于所接收到的回波幅度求取对象间距；对于所接收的回波幅度计算归一化的回波幅度；其中，将具有确定的对象间距的所接收的回波幅度除以对于相同的或相似的对象间距的参考回波幅度；将归一化的回波幅度进行编码并且传输到控制设备上。
为此，在超声发送/接收单元运行期间实施脉冲回波测量，其中，借助超声传感器发送超声信号并且又由与进行发送的超声传感器相同的或不同的超速传感器来接收来自周围环境中的对象的回波。
根据参考对象的已知的反射射束横截面可以推导出关于当前探测到的对象的结论。尤其可以在当前探测到的对象至发送/接收单元的非静态间距的情况下根据参考对象的已知的行为推断出刚刚探测到的对象的性质。
但是，关于一个对象，也可能具有仅仅一个唯一的回波并且所述方法已经是可应用的。通过归一化可以推断出对象的反射横截面。
根据一种优选的实施方式设置，在时间上彼此相继地发送的超声脉冲的回波幅度的序列在对象上反射后被接收，其中，分析由回波幅度的序列计算出的归一化的回波幅度的序列以求取对象的重要性。在此，归一化有助于“消除”距离相关的分量。并且得出反射模式，其可以作为对象特定的指纹来评估。
在一种扩展方案中可以设置，所述方法包括以下步骤：将对于不同的参考对象计算出的归一化的回波幅度的序列进行比较，以求取所述对象的重要性。在此，尤其可以设置，对于不同的参考对象如所描述的那样求取：涉及相同的还是相似的对象。
在此，回波幅度取决于多个因子。一方面，回波幅度取决于对象至发送/接收单元的间距。此外，回波幅度也取决于对象的反射射束横截面，因此，反射射束横截面在非常窄的、薄的对象的情况下比在厚的、大的对象的情况下小得多。此外，回波幅度也取决于对象表面的类型，因此在平滑的表面的情况下可以预期较少的由于吸收和散射而引起的损耗。对象的结构也可以例如由于干涉效应而具有对回波幅度的影响。
这导致如下：必须良好地并且首先相应于所预期的关系地选择所使用的参考回波幅度。优选地，参考对象布置在传感器的主轴线上。根据一种优选的实施方式，从由几何图形——如管道、垂直壁或球构成的组中选择参考对象。特别优选地使用管道。该管道优选地具有30mm至30cm、更优选地为50mm至5cm、还更优选为50mm至100mm、尤其为约75mm的直径。
在对象如车辆的情况下，获得回波序列，该回波序列包含具有不同的归一化幅度。在本发明的扩展方案中，存储——即可调用地存储这些已知的回波模式。可以将新测量的回波模式与已知的回波模式进行比较。由此获得分类，其中，基于所获得的认识必要时也可以控制车辆的车辆行为，例如以便避开危险情况。
此外，回波幅度取决于周围环境条件。衰减取决于所经历的回波距离，因此在距离相关的参考幅度相关性方面也可以做出关于温度和空气湿度的说明。在空气中超声的吸收尤其取决于温度、空气压力和空气湿度。在此，空气湿度和温度占主导。回波幅度的减小通常以dB/m来说明。在-20℃的空气温度和90％rF的空气湿度的情况下，回波幅度的减小通常是0.4dB/m，在+40℃和20％rF的情况下回波幅度的减小是2.2dB/m。由于这些大的区别导致明显的作用范围差异。因此，根据一种优选的实施方式在标准条件下——例如在22.5℃的空气温度和40％的相对湿度的情况下——求取参考对象的在所述方法中使用的参考回波幅度。
可以设置，在已知的周围环境条件的情况下，传感器将归一化的回波幅度换算到当前占主导的周围环境条件。当前占主导的周围环境条件先前由ECU传送给传感器。替代地，可以设置，稍后在ECU中执行校正。
影响回波幅度的另一方面是传感器的方向特性。方向特性描述声发射的角度相关性和传感器的灵敏性。该方向特性在传感器主轴线上最大并且朝更高的角度减小。然而，这种角度相关性是已知的并且可以稍后在ECU中进行校正。
优选地，参考回波幅度存储在超声发送/接收单元的本地存储器中，从而在超声发送/接收单元的运行期间所述参考回波幅度可供使用。符合目的地，参考回波幅度存储在表格中，该表格以对象间距进行索引。
将已经分配给确定的对象间距的所接收的回波幅度除以具有相同的或相似的对象间距的参考回波幅度。实际上，“相似的对象间距”例如可以理解如下：对于当前探测到的对象的对象间距存在尽可能小的偏差。这可以在以对象间距进行索引的表格中非常快速地执行。替代地，可以设置，在网格点之间进行内插。
优选地，编码步骤包括对归一化的回波幅度进行对数化。对数化是有利的，因为在分析处理回波信号的幅度时可以预期大的动态性。因此，考虑如下情况：在多个可能的对象的情况下，反射射束横截面非常强烈地变化。此外，因此考虑幅度通常多项式地——例如如1/x那样地下降的事实。因此，也可以适当地利用远距离对象的弱信号。
根据一种优选的实施方式，实现在使用表格(查找表格)的情况下进行对数化的步骤。借助该表格，所述方法几乎可以实时地进行。可以设置，在网格点之间进行内插。
根据一种优选的实施方式，将回波幅度离散化为6位值。由此产生的数据减少尤其与回波幅度的对数化相结合是有利的，并且可以在具有低的数据传输速率的网络中、例如在车辆的CAN总线中实现该系统。
所述方法的一种优选的实施方式是，识别车辆的周围环境中的对象。
根据本发明的另一方面，提出一种用于执行先前描述的方法中的一种方法的系统，所述系统具有：至少一个发送/接收单元，其设置用于发送超声脉冲并且接收回波幅度；第一模块，其设置用于对于所接收的回波幅度求取对象间距；第二模块，其设置用于对于所接收的回波幅度计算归一化的回波幅度，其中，将具有确定的对象间距的所接收的回波幅度除以对于相同的或相似的对象间距的参考回波幅度；第三模块，其设置用于将归一化的回波幅度进行编码并且传输到控制设备上。
该系统设置用于实施在此描述的方法中的一种。因此，在所述方法中的一种方法的范畴内描述的特征相应地适用于所述系统，并且反之在所述系统的范畴内描述的特征相应地适用于所述方法。
原则上，在此可以通过控制设备中的相应的模块来计算所有。但是这需要大量的计算时间并且还需要以准确地求取所测量的幅度为前提。
因此，优选地在发送/接收单元中计算：
a)如先前描述那样的、间距相关的归一化。
要么在发送/接收单元中要么在控制设备中执行：
b)对周围环境条件进行校正。在发送/接收单元中周围环境条件的考虑以所述周围环境条件的认识为前提。相应地，在这些实施方式中，设置周围环境条件从控制设备到发送/接收单元的通信。
c)重要性计算。
d)根据回波模式进行分类。
仅仅控制设备在此计算：
e)对方向特性进行校正。在系统联合中可以计算角度给定。
此外，根据本发明提出一种计算机程序，当在可编程的计算机装置上实施计算机程序时根据该计算机程序来实施在此描述的方法中的一种。计算机程序的一部分、尤其归一化的回波幅度的计算和归一化的回波幅度的编码可以由超声发送/接收单元的微控制器来实施，另外的部分可以在与其连接的控制设备(ECU)上来实施。计算机程序例如可以涉及用于在车辆中实现驾驶辅助系统或该驾驶辅助系统的子系统的模块。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、Bluray-Disc或USB棒上。附加地或替代地，可以在计算机装置上提供计算机程序用于例如在数据网络——如互联网或通信连接——例如电话线路或无线连接的情况下进行下载。
根据本发明的另一方面，提出一种具有包括这种系统的驾驶辅助系统的车辆。
驾驶辅助系统例如可以构型为泊车辅助，借助该泊车辅助来求取车辆的周围环境中的停车位并且必要时将车辆引导到所求取的停车空位中的一个中。另外的构型可能性例如是警告车辆的驾驶员注意死角中的对象的死角辅助或在车辆倒车时支持驾驶员的倒车辅助。
本发明的优点
在所提出的根据超声信号来识别对象的方法中，不仅对于回波幅度的序列求取对象间距，而且可以做出关于探测到哪种类型的对象的陈述。尤其可以推断出对象的几何形状或甚至推断出对象的性质：是否例如已经探测到车辆或者人。
在此，所述方法仅仅以具有在变化的对象间距的情况下一个或多个参考对象的回波幅度的先前确定的数据库为前提，该间距对象可以存储在超声发送/接收单元的存储器中。在以表格实现的情况下，实际的比较仅仅需要很少的计算步骤。
此外，当在从超声发送/接收单元传输至控制设备前对回波幅度进行对数化和量化时，所述方法还可以有利地应用到窄带的总线系统(例如CAN总线)上。
附图说明
在附图中示出并且在以下描述中进一步阐述本发明的实施例。
图1示出具有以下车辆并且具有车辆的周围环境中的三个对象的情况：所述车辆具有根据本发明的系统；以及
图2示出具有不同对象的回波幅度的间距相关性的图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出具有根据本发明的驾驶辅助系统4的车辆2。驾驶辅助系统4包括发送/接收单元6和控制设备8。
发送/接收单元6可以包括一个或多个超声换能器，借助所述一个或多个超声换能器可以检测车辆2的周围环境。为此，由发送/接收单元6以超声脉冲10的形式发射发送信号并且接收由对象14、16、18反射的接收信号，所述接收信号在本发明的公开内容的范畴内也称为回波幅度12。
对象14、16、18至发送/接收单元6的间距可以借助传播时间分析来求取。在时间上彼此相继地发送超声脉冲10的情况下，在相同的对象14、16、18上反射时得出由发送/接收单元6探测到的回波幅度12的序列。
相应于典型的交通状况，车辆2接近对象14、16、18。以虚线表示在稍后的时刻对象14、16、18的位置。在此，发送/接收单元6至相应的对象14、16、18的间距已经减小。
对象14涉及窄的环形的对象，例如路灯柱或类似物。在22.5℃和40％的相对空气湿度的标准条件的情况下，在该对象的情况下回波幅度的间距相关性求取为1/r1.5，其中，r表示间距，该间距相关性在图2中示为曲线K1。
对象16是车辆2驶向的垂直壁，例如车库门。垂直壁在22.5℃和40％的相对空气湿度的标准条件的情况下产生1/r的间距相关性，这在图2中示为曲线K2。
第三对象18是可能具有漫射的反射射束特性的灌木丛。
在所发送的超声脉冲10的情况下，在所示状况中，对于三个对象14、16、18中的每一个单个的对象得出回波幅度12，其在执行根据本发明的方法时被研究。在此，首先由回波信号的传播时间来确定回波幅度12的相应的对象间距。
接着，在相同或相似的对象间距的情况下求取参考对象的参考回波幅度，并且对于所探测到的回波幅度12通过将所接收到的回波幅度12除以参考回波幅度来计算归一化的回波幅度。将归一化的回波幅度进行对数化、离散化并且传输到控制设备8上。
控制单元8已经由唯一的归一化的回波幅度获得关于对象的第一信息。对象16、即垂直壁具有比对象14、即管道大得多的反射横截面。
如果参考对象例如是管道，则对于对象14，归一化的回波幅度将会是基本恒定的。由此可以推断出对象14与参考对象相一致或与该参考对象非常相似。反之，对于对象16、即垂直壁，回波幅度将会是不恒定的，由此可以推断出该对象不涉及管道而是涉及更大的对象。可以对于第三对象18、灌木丛做出相应的陈述。
控制设备8通常接收到归一化的、经编码的回波幅度的时间序列并且由该时间序列进一步求取所探测到的对象14、16、18的重要性。
本发明不限于在此描述的实施例和在其中强调的方面。而是在通过权利要求给出的范围内能够实现各种修改，这些修改处于本领域技术人员理解的范畴内。

Claims (10)

1.一种用于运行超声测量装置的方法，所述方法包括以下步骤：
a)接收回波幅度(12)；
b)对于所接收的回波幅度(12)求取对象间距；
c)对于所接收的回波幅度(12)计算归一化的回波幅度，其中，将具有确定的对象间距的所接收的回波幅度(12)除以对于相同的或相似的对象间距的参考回波幅度；
d)对所述归一化的回波幅度进行编码；以及
e)将经编码的回波幅度传输到控制设备(8)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在时间上彼此相继地发送的超声脉冲(10)的回波幅度(12)的序列在对象(14，16，18)上反射后被接收，其中，分析由所述回波幅度的序列计算出的归一化的回波幅度的序列以求取所述对象(14，16，18)的重要性。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括以下步骤：将对于不同的参考对象计算出的归一化的回波幅度(12)的序列进行比较，以求取所述对象(14，16，18)的重要性。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从由管道、垂直壁、球构成的组中选择基于所述参考回波幅度的参考对象。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述编码的步骤包括对所述归一化的回波幅度(12)进行对数化。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在使用表格的情况下进行所述对数化。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述回波幅度(12)离散化为6位值。
8.一种用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的系统，所述系统具有：至少一个发送/接收单元(6)，所述至少一个发送/接收单元设置用于发送超声脉冲(10)并且接收回波幅度(12)；第一模块，所述第一模块设置用于对于所接收的回波幅度(12)求取对象间距；第二模块，所述第二模块设置用于对于所接收的回波幅度(12)计算归一化的回波幅度，其中，将具有确定的对象间距的所接收的回波幅度(12)除以对于相同的或相似的对象间距的参考回波幅度；第三模块，所述第三模块设置用于将所述归一化的回波幅度进行编码并且传输到控制设备上。
9.一种具有驾驶辅助系统(4)的车辆(2)，所述驾驶辅助系统包括根据权利要求8所述的系统。
10.一种用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的计算机程序，其中，所述程序在可编程的计算机装置上、尤其在根据权利要求8所述的系统上执行。
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