CN110376589A - 用于进行环境感测的方法和用于机动车的环境感测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于机动车环境感测的方法。为此，机动车具有至少一个超声波传感器。超声波传感器包括用于进行发送的超声波换能器，其中，超声波传感器接收声学环境信号，尤其是可听见的环境信号，其方式是，在对其分析评估时这样操控超声波传感器，使得环境信号的具有低于超声波换能器共振频率的频率的声波、尤其可听见的声波被感测并被分析评估。在此，环境信号理解为不是通过超声波换能器本身产生而是来自外部声源的声学信号，该外部声源尤其与该机动车不同。在此例如可以涉及救援车辆或者说应急车辆的警笛声或者涉及其它机动车的喇叭声。此外，本发明还涉及一种用于机动车的环境感测系统以及一种相应的机动车。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的环境感测系统，该环境感测系统构造为用于感测道路交通中的声学信号，尤其用于感测例如救援车辆的警告信号。
背景技术
公开文本DE 10 2006 043 995 A1描述一种机动车用的用于吓退动物(例如貂)的设备。在此，例如应使用超声波换能器作为发送器，该发送器吓退貂或者说动物。借助麦克风详尽地说明对动物存在的感测，该麦克风构造为与超声波换能器分离的麦克风。
公开文本DE 10 2011 007 777 A1公开了一种用于识别正在靠近机动车的救援车辆的方法，该救援车辆发出特定的声音。特定的声音可以具有超声波分量。在此，在外部声音方面监视机动车的环境，对通过所述监视识别出的外部声音进行分析评估以识别对于救援车辆而言的特定声音并且必要时在机动车内部显示：已识别到对于救援车辆而言的特定声音。
发明内容
根据本发明，提出一种用于机动车环境感测的方法。为此，所述机动车具有至少一个超声波传感器。超声波传感器包括用于发送和接收声学信号的超声波换能器，该超声波换能器的共振频率处于超声波范围之内，例如在约45kHz处。根据本发明，超声波传感器接收声学环境信号，尤其是可听见的环境信号，其方式是，在分析评估超声波传感器时这样操控该超声波传感器，使得环境信号的具有低于超声波换能器共振频率的频率的声波、尤其可听见的声波被感测并被分析评估。在此，环境信号理解为不是通过超声波换能器本身产生而是来自外部声源的声学信号，该外部声源尤其与该机动车不同。在此例如可以涉及救援车辆或者说应急车辆的警笛声或者涉及其它机动车的喇叭声。对于人类而言一般可听见的声波频率范围在文献中以约20Hz至约20kHz给出。优选，在分析评估超声波传感器时这样操控所述超声波传感器，使得环境信号的具有在该频率范围的频率的声波被感测并被分析评估。
然而，通过本发明所能实现的基于声音的环境感测不能实现对警笛声和其定位的简单探测：因为所有交通参与者都发出声音，尤其可听见的声音。如本发明所能实现的、对声音的感知允许收集关于环境的信息，这些环境例如可以借助同样所感测的雷达数据和视频数据这样被融合，使得在本车辆周围的对象追踪被改进。由此得到进一步优点。例如，能够探测到对于雷达和视频而言被遮挡的对象和事件(声源)。基于雷达和视频的测量需要空旷的视场，而本发明环境感测系统的声音传感器可以在“角落处”进行感测。此外，例如可以基于由对象所发出的声波对发出声音的所述对象进行分类。为此，例如可以感测行驶噪声，如马达噪声、制动器噪声、轮胎噪声和/或在载重车和巴士情况下的有特点的压力泄放噪声。与此相关地也可以通过其它车辆的行驶噪声推导出关于环境的信息，例如关于行车道覆盖物的状态的信息。然后，这些信息例如可以被用于估算摩擦值。
优选，借助与环境信号的预期频率范围匹配的滤波功能来分析评估所接收的环境信号。因此例如已知的是，在德国，救援车辆的警笛声具有约360Hz和630Hz之间的频率。这些频率可以根据相对速度而定具有多普勒频移。因此，在一个特别优选的实施方式中，所述滤波功能包括至少一个针对预期范围内的频率的带通。该带通例如可以包括300Hz至700Hz的频率。附加或替代地可考虑其它频带。替代地，通过该带通也可以覆盖可听见的频谱的所有频率的大部分，例如20Hz至20kHz的频率。例如也可以使用两个或多个不同的带通。滤波功能可以实施为硬件部件或软件部件。为了能够更进一步分类和区分所接收的环境信号并且例如能够明确地识别出应急车辆的警笛信号或事故情况，或者为了能够更好地跟踪发出声音的对象，附加地还可以分析评估信号特性，例如环境信号的幅度、幅度变化过程和/或频率变化过程和/或相位或相位变化过程。
在本发明的一个优选实施方式中，通过机动车的至少两个超声波传感器感测环境信号。这使得例如能够通过比较所接收的环境信号来对测量结果进行可信性验证。优选，可以在使用至少两个超声波传感器的情况下这样分析评估环境信号，使得可以求取关于所感测的环境信号的源相对于机动车的位置和/或速度和/或加速度和/或类型和/或空间取向和/或空间延伸尺度的信息(例如借助融合算法)。在使用两个超声波传感器的情况下例如可以通过比较所感测的幅度和/或相位推导出以下信息：哪个超声波传感器更靠近环境信号的源。在使用安装位置已知的三个或更多超声波传感器的情况下，例如可以借助已知的三角测量法或三边测量法获得关于所感测的环境信号的源相对于机动车的相对位置以及空间延伸尺度的信息。
因此，根据本发明提出，在对反射声波进行分析评估时这样操控在机动车中例如设置在保险杠区域中的超声波换能器，使得也能够感测并且处理在典型的超声波频率范围以下出现的声波，也就是说尤其是可听见的声波。本发明基于以下认知：虽然这种超声波换能器不适合作为用于可听见的声波的“好”麦克风，但是必要时可探测到确定的噪声，例如救援车辆的警笛噪声，并且因此例如可用于行驶运行。因此，也可以有利地在可听见的范围内接收到并分析评估声学环境信号，而不需要附加的传感装置。
因此，例如可以根据对环境信号的分析评估来产生警告信号。
尤其可以为机动车的驾驶员声学和/或光学和/或触觉地输出警告信号。为此，机动车在其乘客舱中具有相应的扬声器和/或光学显示元件和/或触觉元件，在感测到环境信号时所述扬声器和/或光学显示元件和/或触觉元件可以将警告信号输出给驾驶员。因此保证，驾驶员可以该环境信号作出反应，即使他本身借助听力不能感知到该环境信号，例如因为车辆的音频系统、例如音频收音机或对话装置的音量如此之高，使得该环境信号对于驾驶员的听力而言被机动车的音频系统盖过。
如果附加地通过使用两个或更多超声波传感器感测到关于所感测的环境信号的源相对于机动车的位置的信息，那么可以这样输出警告信号，使得输出包括关于所感测的环境信号的源的位置的信息。这例如可以在声学地输出警告信号的情况下通过车辆内部空间中的不同扬声器来进行。警告信号例如由扬声器输出，这些扬声器相应于环境信号的源的方向。因此，驾驶员可以直观地感知到，所述源相对于机动车位于哪里。替代或附加地，例如也可以设置视觉显示器，在该视觉显示器上象征性地示出关于环境信号的源相对于机动车的相对位置的信息。
在本发明的一个优选实施方式中，可以根据对环境信号的分析评估和/或根据警告信号的产生触发自动车辆操作，尤其制动操作和/或转向操作。从而例如可以在通过感测到作为环境信号的警笛声而识别出救援车辆或者说应急车辆时使机动车运动到行车道边缘处，以便能够形成救援通道。为此，机动车必须构造为用于至少部分自主地执行确定的行驶操作。
替代或附加地可以设置，警告信号触发当前车辆参数的改变，尤其是机动车音频系统的音量的改变。当前的音量例如被降低。从而，尤其在通过感测到作为环境信号的警笛声而识别出应急车辆时还可以使驾驶员的注意力转移到环境信号上。
根据本发明的另一方面，提出一种用于机动车的环境感测系统，其包括计算单元和至少一个超声波传感器，该超声波传感器具有超声波换能器。超声波换能器构造为用于接收声学信号。超声波换能器构造为用于发送声学信号，其中，这样运行超声波换能器，使得超声波换能器发送超声波信号并且接收在对象上反射的回波信号。计算单元根据所接收的回波信号确定环境信息。根据本发明还设置，超声波传感器接收声学环境信号，尤其是可听见的环境信号，其方式是，在分析评估超声波传感器时这样操控该超声波传感器，使得环境信号的具有低于超声波换能器共振频率的频率的声波、尤其可听见的声波被感测并且被分析评估。
为此，超声波传感器优选具有至少两个运行状态，其中，在第一运行状态中这样运行超声波换能器，使得超声波换能器发送超声波信号并且接收在对象上反射的回波信号，并且计算单元根据所接收的回波信号确定环境信息。这相应于超声波传感器的常见运行状态，该超声波传感器例如作为泊车和操作辅助系统的一部分来确定与车辆环境中的对象的间距。所述间距例如通过已知的脉冲回波法来确定。该第一运行状态优选在约10km/h的低车速或者更低车速的情况下尤其在泊车或操作状况中是有效的或者说可以由驾驶员激活。根据本发明，超声波传感器具有第二运行状态，在该第二运行状态中，超声波传感器接收声学环境信号，尤其是可听见的环境信号，其方式是，在分析评估超声波传感器时这样操控所述超声波传感器，使得环境信号的具有低于超声波换能器共振频率的频率的声波、尤其可听见的声波被感测并且被分析评估。超声波传感器例如也可以交替地在第一和第二运行状态中运行，使得例如在拥堵状况中既可以测量间距也可以感测声学环境信号。
这优先进行，其方式是，计算单元通过借助与所述环境信号的预期频率范围匹配的滤波功能对所接收的环境信号进行滤波来分析评估所述环境信号，其中，滤波功能尤其具有针对可听见的频率的带通，例如在300Hz至700Hz的范围内。该带通例如可以仅在第二运行状态中是有效的或者在两个运行状态中都是有效的。滤波功能可以实施为硬件部件或软件部件。
环境感测系统优选构造为用于根据对环境信号的分析评估来产生警告信号。
环境感测系统进一步优选包括输出单元，该输出单元构造为用于尤其为机动车的驾驶员输出警告信号。
此外，通过警告信号和/或根据对环境信号的分析评估优选还能够触发机动车的自动车辆操作，尤其是制动操作和/或转向操作。
附图说明
图1示出一种行驶状况，在该行驶状况中使用根据本发明一个实施例的方法。
图2a)示出通过根据现有技术的超声波传感器所接收并经滤波的超声波信号和环境信号的曲线图。
图2b)示出通过根据本发明的一个可能实施方式的超声波传感器所接收并经滤波的超声波信号和环境信号的曲线图。
图3具有根据本发明一个实施例的环境感测系统的机动车。
在下面对本发明的实施例进行描述时，相同元素用相同附图标记来标注，其中，必要时省去对这些元素的重复描述。附图仅示意性地示出本发明的主题。
具体实施方式
图1示出示例性的行驶状况，在该行驶状况中有利地使用根据本发明一个实施例的方法。机动车10在道路、例如高速公路上运动。机动车10以一定的速度向前行驶，如通过箭头50表明那样。在该示例中，机动车具有四个带有配属的超声波换能器的超声波传感器1,2，所述超声波传感器是泊车和操作辅助系统的一部分。两个超声波传感器1布置在机动车10的前保险杠上。两个超声波传感器2布置在机动车10的后保险杠上。超声波传感器1,2这样安置，使得它们基本布置在车辆的四个拐角上。在替代的构型中，也可以设置更多的超声波传感器，例如每个保险杠设置四个超声波传感器。
超声波传感器1,2是环境感测系统的一部分。超声波传感器1,2中的每一个具有一个超声波换能器。这些超声波换能器分别构造为用于产生超声频率范围内的声学信号并且将这些声学信号发送到机动车10的环境中。这些信号可以被机动车10的环境中的对象反射。反射信号又可以被超声波传感器1,2的超声波换能器接收。在信号传输时间期间可以以已知的方式确定与机动车10的环境中的对象的间距(脉冲回波法)。该测量运行相应于本发明环境感测系统的第一运行状态并且通常仅在例如10km/h的低速或更低速度的情况下是有效的。
在图1中示出的状况中，机动车10以例如大于80km/h的明显更高的速度运动。因此，超声波传感器1,2在第二运行状态中运行，在该第二运行状态中超声波传感器1,2的超声波换能器可以接收声学环境信号，尤其可听见的环境信号。为此，分别这样操控超声波传感器1,2的超声波换能器，使得环境信号的具有在对应超声波换能器的共振频率以下的频率的声波、尤其可听见的声波被感测并被分析评估。
在图1中示出的状况中，应急车辆20、例如警车或救援车辆从右后方靠近机动车10。应急车辆20具有作为声源30的信号装置，该信号装置具有警笛，该警笛产生声学信号40。声学信号40是对于人类听力而言可听见的信号，该信号处于例如300Hz至700Hz的频率范围内。该信号以已知的方式用于使应急车辆20环境中的其它车辆的人类驾驶员注意该应急车辆。
机动车10的超声波传感器1,2的超声波换能器接收声学信号40，其中，根据本发明这样操控超声波传感器1,2，使得信号40的声波也被感测并被分析评估。这例如借助与环境信号的预期频率范围匹配的滤波功能来进行。因此，机动车10可以识别到，在感测到信号40的情况下在该机动车的环境中存在应急车辆20。由此，可以采取进一步行动，例如为机动车10的驾驶员产生并显示警告信号和/或开始自动车辆操作，尤其制动操作和/或转向操作，以便例如形成救援通道，和/或改变机动车10的当前车辆参数，例如匹配机动车10的音频系统的音量。
因为应急车辆20从后方靠近机动车10，所以优选后面的超声波传感器2接收声学信号40。通过比较所接收的数据，例如信号幅度和/或传输时间差，还可以识别出，应急车辆20从右后方靠近。也可以为驾驶员输出关于应急车辆20的位置的信息和/或在开始自动车辆操作时考虑该信息，该应急车辆作为所感测的环境信号的源。
图2a)示例性示出通过根据现有技术的超声波传感器所接收和经滤波的信号的曲线图100。在x轴上画出单位为Hz的频率。在y轴上画出单位为dB的信号幅度。曲线200为所探测的信号频谱。在示出的实例中，曲线200具有超声波信号210，该超声波信号例如是之前通过超声波传感器发出的超声波信号的回波信号。曲线200在声音频谱的可听见的范围内还具有环境信号220。在根据现有技术对所探测的信号频谱200进行滤波时，可听见的频率被抑制。因此得到仅具有超声波信号310的滤波频谱300。为此，通常使用用于超声波频率的带通110。该带通例如可以使频率fa至fb通过，其中，超声波传感器的共振频率或者说运行频率f0在该示例中位于带通110之内。共振频率f0例如可以为45kHz。例如，fa＝40kHz，fb＝56kHz。当然也可以考虑其他频率值。
图2b)示意性示出通过根据本发明一个实施例的超声波传感器所接收和经滤波的信号的曲线图101。在x轴上再次画出单位为Hz的频率。在y轴上画出单位为dB的信号幅度。曲线200再次为所探测的信号频谱。该信号频谱具有超声波信号210并且在声音频谱的可听见的范围内还具有环境信号220。在根据本发明该实施例对所探测的信号频谱200进行滤波时，可听见的频率至少在确定的频带120内不被抑制。信号频谱200的滤波通过在频率fa至fb情况下的第一带宽110进行，其中，超声波传感器的共振频率或者说运行频率f0在该示例中位于带通110之内。共振频率f0例如可以为45kHz。在所示示例中，fa＝40kHz，fb＝56kHz。在用于机动车10的根据本发明一个可能实施方式构型的环境感测系统的第一运行状态中，带通110被用于感测反射的超射波信号，例如用于根据脉冲回波原理来测量间距。此外，在频率fc至fd的情况下设置第二带通120，其中，频率fc和fd是对于人类而言一般可听见的范围内的频率。对于人类而言一般可听见的频率范围在文献中以20Hz至20kHz给出。在该示例中，fc＝300Hz，fd＝700Hz。在用于机动车10的根据本发明一个可能实施方式构型的环境感测系统的第二运行状态中，带通120被用于感测可听见的环境信号，例如救援车辆或其它应急车辆的警笛信号。因此，得到除具有超声波信号310外仅具有可听见的环境信号320的滤波频谱301。可能的是，在第一运行状态中仅第一带通110是有效的，而在第二运行状态中仅第二带通120是有效的。替代地可能的是，始终有两个带通110和120是有效的。
图3示意性示出具有根据本发明一个实施例的环境感测系统9的机动车10。环境感测系统9具有多个超声波传感器1和2，其中，至少一个超声波传感器1布置在机动车10的前保险杠上，至少一个超声波传感器2布置在机动车10的后保险杠上。环境感测系统9还具有用于分析评估所接收的信号的计算单元4。该计算单元可以根据对环境信号的分析评估产生警告信号。此外，环境感测系统9还包括机动车10的内部空间中的显示单元5，该显示单元构造为用于声学和/或光学和/或触觉地输出用于驾驶员的警告信号。为此，显示单元5可以包括一个或多个扬声器和/或LED和/或显示器和/或用于进行触觉输出的振动器。计算单元4还可以构造为用于根据对环境信号的分析评估和/或根据警告信号的产生来触发自动车辆操作，尤其制动操作和/或转向操作，和/或改变当前的车辆参数，尤其改变机动车10的音频系统的音量。
Claims (18)
1.一种用于机动车(10)的环境感测的方法，其中，所述机动车(10)包括至少一个超声波传感器(1,2)，所述超声波传感器具有超声波换能器，其中，所述超声波传感器(1,2)接收声学环境信号，尤其是能听见的环境信号(40)，其方式是，在分析评估所述超声波传感器时这样操控所述超声波传感器(1,2)，使得环境信号(40)的具有在所述超声波换能器的共振频率(f0)以下的频率的声波、尤其能听见的声波被感测并被分析评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助与环境信号的预期频率范围匹配的滤波功能来分析评估所接收的环境信号(40)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述滤波功能具有至少一个带通(120)，尤其是针对300Hz至700Hz范围内的频率的带通。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述机动车(10)的至少两个超声波传感器(2)感测所述环境信号(40)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，这样分析评估通过所述至少两个超声波传感器(2)所感测的环境信号(40)，使得关于所感测的所述环境信号(40)的源(30)相对于所述机动车(10)的位置和/或速度和/或加速度和/或类型和/或空间取向和/或空间延伸尺度的信息被求取。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，根据对环境信号(40)的分析评估产生警告信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，尤其为所述机动车(10)的驾驶员声学和/或光学和/或触觉地输出所述警告信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述环境信号(40)被所述机动车(10)的至少两个超声波传感器(2)感测并且这样分析评估，使得关于所感测的所述环境信号(40)的源(30)相对于所述机动车(10)的位置的信息被求取，并且，这样进行所述警告信号的输出，使得所述输出包括关于所感测的所述环境信号的源(30)的位置的信息。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，根据对环境信号的分析评估和/或根据警告信号的产生触发所述机动车(10)的自动车辆操作，尤其制动操作和/或转向操作，和/或触发当前车辆参数的改变，尤其是所述机动车(10)的音频系统的音量的改变。
10.用于机动车(10)的环境感测系统(9)，包括计算单元(4)和至少一个超声波传感器(1,2)，所述超声波传感器具有超声波换能器，其中，所述超声波换能器构造为用于接收声学信号，其中，这样运行所述超声波换能器，使得所述超声波换能器发送超声波信号并且接收在对象上反射的回波信号，并且，所述计算单元(4)根据所接收的回波信号确定环境信息，其特征在于，所述超声波传感器(1,2)接收声学环境信号，尤其是能听见的环境信号(40)，其方式是，在分析评估所述超声波传感器时这样操控所述超声波传感器(1,2)，使得环境信号的具有在所述超声波换能器的共振频率(f0)以下的频率的声波、尤其是能听见的声波被感测并且被分析评估。
11.根据权利要求10所述的用于机动车(10)的环境感测系统(9)，其中，在第一运行状态中这样运行所述超声波换能器，使得所述超声波换能器发送超声波信号并且接收在对象上反射的回波信号，并且所述计算单元(4)根据所接收的回波信号确定环境信息，其特征在于，在第二运行状态中，所述超声波传感器(1,2)接收声学环境信号，尤其是能听见的环境信号(40)，其方式是，在分析评估所述超声波传感器时这样操控所述超声波传感器(1,2)，使得环境信号的具有在所述超声波换能器的共振频率(f0)以下的频率的声波、尤其能听见的声波被感测并且被分析评估。
12.根据权利要求10或11所述的环境感测系统(9)，其特征在于，所述计算单元(4)通过借助与所述环境信号的预期频率范围匹配的滤波功能对所接收的环境信号进行滤波来分析评估所述环境信号，其中，所述滤波功能尤其具有针对尤其在300Hz至700Hz的范围内的能听见的频率的至少一个带通(120)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的环境感测系统(9)，其特征在于，所述环境感测系统(9)构造为用于根据对环境信号的分析评估产生警告信号。
14.根据权利要求13所述的环境感测系统(9)，其特征在于，所述环境感测系统(9)包括输出单元(5)，该输出单元构造为用于尤其为所述机动车(10)的驾驶员输出警告信号。
15.根据权利要求14所述的环境感测系统(9)，其特征在于，所述环境感测系统(9)具有至少两个超声波传感器(1,2)，所述超声波传感器分别构造为用于在第二运行状态中接收声学环境信号，尤其是能听见的环境信号(40)，并且所述计算单元(4)构造为用于这样分析评估所述环境信号，使得关于所感测的所述环境信号的源(30)相对于所述机动车的位置和/或速度和/或加速度和/或类型和/或空间取向和/或空间延伸尺度的信息被求取。
16.根据权利要求15所述的环境感测系统(9)，其特征在于，所述输出单元(5)构造为用于尤其为所述机动车的驾驶员这样输出警告信号，使得所述警告信号包括关于所感测的环境信号的源(30)相对于所述机动车(10)的位置的信息。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的环境感测系统(9)，其特征在于，根据对环境信号的分析评估和/或根据警告信号的产生能触发所述机动车(10)的自动车辆操作，尤其制动操作和/或转向操作，和/或能触发当前车辆参数的改变，尤其是所述机动车的音频系统的音量的改变。
18.机动车(10)，具有根据权利要求10至17中任一项所述的环境感测系统(9)。
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