CN110542903B - 用于检测车辆附近的地面不平坦的方法和装置 - Google Patents

用于检测车辆附近的地面不平坦的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于检测车辆附近的地面不平坦的方法及相关装置。该方法包括发射第一超声波脉冲(US1)或第一超声波突发脉冲并发射第二超声波脉冲(US2)或第二超声波突发脉冲，并且接收第一超声波脉冲(US1)或第一超声波突发脉冲的第一反射信号并接收第二超声波脉冲(US2)或者第二超声波突发脉冲的第二反射信号。在该方法的进一步过程中，比较第一反射信号和第二反射信号并且推断车辆附近的地面不平坦或者推断车辆附近的地面弯曲。

Description

用于检测车辆附近的地面不平坦的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于检测车辆附近的地面不平坦的方法及相关装置。
背景技术
通常，需要将车辆停放在沟渠和其它障碍(例如，路边石或停车场中的所谓的路缘石等)附近的未铺砌道路上。在这种情况下，即使使用后视摄像机也不总是能够正确地检测并评估这些障碍。在自动驾驶车辆或无人驾驶机器人的情况下，此问题会更加严重。应当防止无人驾驶车辆驶入沟渠或者从例如可限制停车位置的单级或多级阶梯向下行驶。
发明内容
因此，本发明的目的是提供相应的解决方案。
本发明的技术方案
根据本发明的用于检测车辆附近的地面不平坦的方法开始于如下步骤：以通常较陡的第一角度从第一超声波传感器朝向地面方向发射第一超声波瓣的形式的第一超声波脉冲(Ultraschallpulses)或第一超声波突发脉冲(Ultraschall-Bursts)，并且以较平缓的第二角度从第二超声波传感器朝向地面或者几乎水平的方向发射第二超声波瓣的形式的第二超声波脉冲或第二超声波突发脉冲。因此，第一超声波瓣在距第一超声波传感器的第一距离处在第一落点上与地面相遇，并且第二超声波瓣在距第二超声波传感器的第二距离处在第二落点上与地面相遇，第一距离短于第二距离。优选地，第一超声波传感器和第二传感器被彼此靠近地布置。
第一超声波瓣在地面上在第一落点处被反射并且在经过第一超声波传感器-第一落点-第一超声波传感器的路程之后返回到第一超声波传感器。第一超声波传感器接收第一超声波脉冲的反射或者第一超声波突发脉冲的反射，并且将反射转换成第一反射信号。
第二超声波瓣在地面上在第二落点处被反射并且在经过第二超声波传感器-第二落点-第二超声波传感器的路程之后返回到第二超声波传感器。第二超声波传感器接收第二超声波脉冲的反射或者第二超声波突发脉冲的反射，并且将反射转换成第二反射信号。
然后，分析器比较第一反射信号和第二反射信号并且推断车辆附近的地面不平坦。优选地，分析器向上级计算机系统信号通知这种地面不平坦。
在另一实施例中，根据本发明的方法被修改成使得比较第一反射信号和第二反射信号并且推断车辆附近的地面不平坦的步骤包括执行第一反射信号和第二反射信号之间的互相关的步骤。通常，在互相关之前进行第一反射信号的时段的归一化以及第二反射信号的相应时段的归一化。然而，这不是必要的，而是建议进行的。在这种情况下，分析器形成第一反射信号和第二反射信号的预定时段之间的互相关信号。分析器优选地比较互相关信号的幅值和阈值，并且确定阈值被互相关信号的幅值超过时的时间。该时间是第二超声波传感器的第二超声波信号到达地面需要的时间比被设置为更陡的第一超声波传感器的第一超声波信号到达地面需要的时间长出的时间。因为第一超声波传感器的信号比第二超声波传感器的信号经历更短的距离，所以产生了第二反射信号相对于第一反射信号的延迟。在将平坦地面视为参考时，这种时间差是已知的。如果时间差更大，则地面向下弯曲(即，沉陷)，如果时间差更小，则车辆附近的地面向上弯曲。因此，这种方法也是用于确定车辆附近的表面的弯曲的方法。如果由此确定的时间差超过了预定水平，则分析单元(分析器)能够推断地面不平坦。这些情况尤其为如下情况：借助相关性确定的与这种时间偏移相对应的时间在超过阈值的最早允许时间之前或者该时间在最晚允许时间之后或者阈值未被超过。通常，反射被预期存在于发射之后的预定时间段内。因此，有意义的是，在形成互相关之前使反射信号与选通信号相乘。在这种情况下，反射信号的相应选通信号被设计成使得其在预期存在反射的时间范围内被设置为1并且在其它时间被设置为0。通常，被检测的地面不平坦是坑洼、机动车辆前方的石头、停车场边界、上行或下行的台阶(Treppenstufen)或阶梯状地形
Figure GDA0002523708730000021
或者站台(Podeste)。
在另一实施例中，用于检测车辆附近的地面不平坦的第二种等同方法同样起始于如下步骤：发射第一超声波脉冲或超声波突发脉冲，并且发射第二超声波脉冲或超声波突发脉冲。此处，之后还在第一时间处接收第一超声波脉冲的反射或者第一超声波突发脉冲的反射，并且在第二时间处接收第二超声波脉冲的反射或者第二超声波突发脉冲的反射。随后，将第一时间与在发射第一超声波脉冲或第一超声波突发脉冲之后开始并结束的第一时间窗进行比较，并且将第二时间与在发射第二超声波脉冲或第二超声波突发脉冲之后开始并结束的第二时间窗进行比较。这些时间窗对应于前述的选通信号。随后，评估时间与时间窗的相关性。如果第一时间在第一时间窗内并且第二时间在第二时间窗内，分析单元(分析器)推断平坦地面。如果第一时间在第一时间窗内并且第二时间在第二时间窗的结束时间之后或者如果第二时间不能被确定，或者如果第一时间在第一时间窗的结束时间之后并且第二时间在第二时间窗的结束时间之后或者如果第二时间不能被确定，分析器推断相关的负向地面不平坦。如果第一时间在第一时间窗内并且第二时间在第二时间窗的开始时间之前，或者如果第一时间在第一时间窗的开始时间之前并且第二时间在第二时间窗的开始时间之前，分析器推断相关的正向地面不平坦。
第一超声波脉冲或第一超声波突发脉冲的发射优选地以第一超声波瓣的形式进行，并且第二超声波脉冲或第二超声波突发脉冲的发射优选地以第二超声波瓣的形式进行。在这种情况下，第一超声波瓣优选地被定向成使得在平坦地面的情况下，第一超声波瓣在第一距离处在第一落点上与平坦地面相遇。在这种情况下，第二超声波瓣优选地被定向成使得在平坦地面的情况下，第二超声波瓣在第二距离处在第二落点上与平坦地面相遇。在平坦地面的情况下，第一落点和传感器之间的第一距离通常小于第二落点和传感器之间的第二距离。
如上所述，被识别的地面不平坦是坑洼、石头、停车场边界、上行或下行的台阶和阶梯状地形、或者站台。
因此，根据本发明的用于检测车辆附近的地面不平坦的装置优选包括第一超声波传感器、第二超声波传感器和用于执行比较的分析器。第一超声波传感器用于发射第一超声波瓣并且第二超声波传感器用于发射第二超声波瓣。第一超声波传感器接收第一超声波瓣的反射。第二超声波传感器接收第二超声波瓣的反射。第一超声波传感器将接收的第一超声波瓣的反射转换为第一反射信号。第二超声波传感器将接收的第二超声波瓣的反射转换为第二反射信号。第一超声波瓣被定向成使得在平坦地面的情况下，第一超声波瓣在第一距离处在第一落点上与平坦地面相遇。第二超声波瓣被定向成使得在平坦地面的情况下，第二超声波瓣在第二距离处在第二落点上与平坦地面相遇。在平坦地面的情况下，第一落点和第一超声波传感器之间的第一距离优选地小于第二落点和第二超声波传感器之间的第二距离。第一超声波传感器在发射之后的第一时间处接收第一超声波瓣的反射。第二超声波传感器在发射之后的第二时间处接收第二超声波瓣的反射。分析器将第一时间与在发射第一超声波瓣之后开始并结束的第一时间窗进行比较。分析器将第二时间与在发射第二超声波瓣之后开始并结束的第二时间窗进行比较。如果第一时间在第一时间窗内并且第二时间在第二时间窗内，分析器优选地信号通知平坦地面。如果第一时间在第一时间窗内并且第二时间在第二时间窗的结束时间之后或者如果第二时间不能被确定，分析器优选地信号通知相关的负向地面不平坦。如果第一时间在第一时间窗的结束时间之后并且第二时间在第二时间窗的结束时间之后或者如果第二时间不能被确定时，分析器优选地信号通知相关的负向地面不平坦。如果第一时间在第一时间窗内并且第二时间在第二时间窗的开始时间之前，分析器优选地信号通知相关的正向地面不平坦。如果第一时间在第一时间窗的开始时间之前并且第二时间在第二时间窗的开始时间之前，分析器信号通知相关的正向地面不平坦。
车辆可以是非自动驾驶车辆或自动驾驶车辆。自动驾驶车辆可以是有人驾驶的或者无人驾驶的。例如，车辆也可以是自动操作的机器人，例如吸尘器机器人。例如，地面不平坦也可以是台阶、阶梯状地形或者小的站台。
总之，所提出的装置涉及用于借助超声测量车辆附近的地面B的弯曲的系统以及相关的用于测量车辆附近的地面B的弯曲的方法。
本发明的优点
例如，本发明实现了这种不存在明确的车道标识的区域中的导航。例如，当在未铺砌的停车场地上导航时能够防止滑入道路沟渠。也可能发生的是，停车场地在一侧或多侧被下行台阶限制。这种下行台阶也能够通过根据本发明的装置和根据本发明的方法来识别。
附图说明
图1示出了示例性的机动车辆的尾部。
图2示意性示出了在反射和接收之后由超声波传感器接收的被反射的超声波信号。
具体实施方式
图1示出了示例性的机动车辆的尾部。第一超声波传感器S1在较短距离d1上将第一超声波信号US1发送到地面B。第二超声波传感器S2在较长距离d2上将第二超声波信号US2发送到地面B。第一超声波信号US1在第一落点AP1处与地面相遇B。第二超声波信号US2在第二落点AP2处与地面相遇B。因为第二距离d2长于第一距离d1，所以第一超声波信号US1针对从第一超声波传感器S1到第一落点AP1再到第一超声波传感器S1的路程需要更少的时间。在这种情况下，第一超声波传感器S1从地面B接收第一超声波信号US1在第一落点AP1处的反射。在这种情况下，第二超声波传感器S2同样从地面B接收第二超声波信号US2在第二落点AP2处的反射。
图2示意性示出了在反射和接收之后由超声波传感器S1、S2接收的被反射的超声波信号US1、US2。图2的a示意性示出了第一超声波传感器S1的具有第一超声波信号ES的反射的接收信号。图2的b示意性示出了第二超声波传感器S2的具有第二超声波信号FB的反射的接收信号。此处，由FB标识的曲线表示在平坦地面B的情况下反射脉冲的时间位置。由AS标识的曲线示意性地表示在隆起地面、位于道路中的石头、位于道路中的台阶或者位于道路中的站台的情况下反射脉冲的示例性时间位置。由AF标识的曲线表示沉陷地面B或者位于道路中的坑洼或沟渠或者位于道路中的下行台阶或者位于道路中的下行阶梯状地形的情况下反射脉冲的示例性时间位置。对于图2的a和2的b的图，将各个超声波信号US1、US2的各个发射时间均相同地选择为零点，并且选择相同的时间尺度。在第一超声波传感器S1的具有第一超声波信号的反射的接收信号的曲线ES与用于表示在平坦地面B的情况下反射脉冲的时间位置的曲线FB之间的时间延迟表示用于判断地面是沉陷还是隆起的时间参考值。如果隆起大于预定的隆起阈值，则可以触发第一警报。如果沉陷大于预定的沉陷阈值，则可以触发第二警报。

Claims (9)

1.一种用于检测车辆附近的地面不平坦的方法，其包括如下步骤：
发射第一超声波脉冲(US1)或第一超声波突发脉冲；
发射第二超声波脉冲(US2)或第二超声波突发脉冲；
接收所述第一超声波脉冲(US1)或所述第一超声波突发脉冲的第一反射信号；
接收所述第二超声波脉冲(US2)或所述第二超声波突发脉冲的第二反射信号；
比较所述第一反射信号和所述第二反射信号，并且
推断所述车辆附近的地面不平坦或者推断所述车辆附近的地面弯曲，其中，比较所述第一反射信号和所述第二反射信号并且推断所述车辆附近的地面不平坦或者地面弯曲的步骤包括如下子步骤：
执行所述第一反射信号的第一时段和所述第二反射信号的第二时段之间的互相关，
其中，所述互相关能够在所述第一反射信号的所述第一时段的归一化和所述第二反射信号的所述第二时段的归一化之前进行，并且
其中，互相关信号被形成。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，比较所述第一反射信号和所述第二反射信号并且推断所述车辆附近的地面不平坦的步骤包括如下子步骤：
比较所述互相关信号的幅值和阈值；
确定所述阈值被所述互相关信号的所述幅值超过时的时间；
如果所述时间在最早允许时间之前或者如果所述时间在最晚允许时间之后或者如果所述阈值未被超过，则推断地面不平坦。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，在形成所述互相关之前，使至少一个所述反射信号与选通信号相乘。
4.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，被检测的地面不平坦是坑洼、石头、停车场边界、台阶、阶梯状地形或站台。
5.一种用于识别车辆附近的地面不平坦的方法，其包括如下步骤：
发射第一超声波脉冲(US1)或第一超声波突发脉冲；
发射第二超声波脉冲(US2)或第二超声波突发脉冲；
在第一时间处接收所述第一超声波脉冲(US1)或所述第一超声波突发脉冲的反射；
在第二时间处接收所述第二超声波脉冲(US2)或所述第二超声波突发脉冲的反射；
比较所述第一时间和第一时间窗，所述第一时间窗在发射所述第一超声波脉冲(US1)或所述第一超声波突发脉冲之后开始并结束；
比较所述第二时间和第二时间窗，所述第二时间窗在发射所述第二超声波脉冲(US2)或所述第二超声波突发脉冲之后开始并结束；
如果所述第一时间在所述第一时间窗内并且所述第二时间在所述第二时间窗内，推断平坦地面(B)；
在如下情况下，推断相关的负向地面不平坦：
如果所述第一时间在所述第一时间窗内并且所述第二时间在所述第二时间窗的结束时间之后时，或者如果所述第二时间不能被确定，或者
如果所述第一时间在所述第一时间窗的结束时间之后并且所述第二时间在所述第二时间窗的所述结束时间之后，或者如果所述第二时间不能被确定；
在如下情况下，推断相关的正向地面不平坦：
如果所述第一时间在所述第一时间窗内并且所述第二时间在所述第二时间窗的开始时间之前，或者
如果所述第一时间在所述第一时间窗的开始时间之前并且所述第二时间在所述第二时间窗的所述开始时间之前。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中，所述第一超声波脉冲(US1)或所述第一超声波突发脉冲的发射是通过第一超声波传感器(S1)以第一超声波瓣的形式进行的，并且
其中，所述第二超声波脉冲(US2)或所述第二超声波突发脉冲的发射是通过第二超声波传感器(S2)以第二超声波瓣的形式进行的，并且
其中，所述第一超声波瓣被定向成使得在平坦地面(B)的情况下，所述第一超声波瓣在第一距离(d1)处在第一落点(AP1)上与平坦地面(B)相遇，并且
其中，所述第二超声波瓣被设置成使得在平坦地面(B)的情况下，所述第二超声波瓣在第二距离(d2)处在第二落点(AP2)上与所述平坦地面(B)相遇，并且
其中，在平坦地面的情况下，所述第一落点(AP1)和所述第一超声波传感器(S1)之间的所述第一距离(d1)小于所述第二落点(AP2)和所述第二超声波传感器(S2)之间的所述第二距离(d2)。
7.根据权利要求5或6所述的方法，
其中，被检测的地面不平坦是坑洼、石头、停车场边界、台阶、阶梯状地形或站台。
8.一种用于检测车辆附近的地面不平坦的装置，所述装置具有:
第一超声波传感器(S1)；
第二超声波传感器(S2)；和
分析器，
其中，所述第一超声波传感器(S1)发射第一超声波瓣(US1)，并且
其中，所述第二超声波传感器(S2)反射第二超声波瓣(US2)，并且
其中，所述第一超声波传感器(S1)接收所述第一超声波瓣(US1)的反射，并且
其中，所述第二超声波传感器(S2)接收所述第二超声波瓣(US2)的反射，并且
其中，所述第一超声波传感器将所接收的所述第一超声波瓣的所述反射转换成第一反射信号，并且
其中，所述第二超声波传感器(S2)将所接收的所述第二超声波瓣的所述反射转换成第二反射信号，并且
其中，所述第一超声波瓣(US1)被定向成使得在平坦地面(B)的情况下，所述第一超声波瓣在第一距离(d1)处在第一落点(AP1)上与平坦地面(B)相遇，并且
其中，所述第二超声波瓣(US2)被定向成使得在平坦地面(B)的情况下，所述第二超声波瓣在第二距离(d2)处在第二落点(AP2)上与平坦地面(B)相遇，并且
其中，在平坦地面(B)的情况下，所述第一落点(AP1)和所述第一超声波传感器(S1)之间的所述第一距离(d1)小于所述第二落点(AP2)和所述第二超声波传感器(S2)之间的所述第二距离(d2)，并且
其中，所述第一超声波传感器(S1)在发射之后的第一时间处接收所述第一超声波瓣(US1)的所述反射，并且
其中，所述第二超声波传感器(S2)在发射之后的第二时间处接收所述第二超声波瓣(US2)的所述反射，并且
其中，所述分析器比较所述第一时间和第一时间窗，所述第一时间窗在所述第一超声波瓣(US1)的发射结束之后的第一开始时间处开始并且在随后的结束时间处结束，并且
其中，所述分析器比较所述第二时间和第二时间窗，所述第二时间窗在所述第二超声波瓣(US2)的发射结束之后的第二开始时间处开始并且在随后的结束时间处结束，并且
其中，所述分析器：
如果所述第一时间在所述第一时间窗内并且所述第二时间在所述第二时间窗内，信号通知平坦地面(B)，或者
如果所述第一时间在所述第一时间窗内并且所述第二时间在所述第二时间窗的结束时间之后或者如果第二时间不能被确定，信号通知相关的负向地面不平坦或者沉陷的地面弯曲，或者
如果所述第一时间在所述第一时间窗的结束时间之后并且所述第二时间在所述第二时间窗的结束时间之后或者如果第二时间不能被确定，信号通知相关的负向地面不平坦或者沉陷的地面弯曲，或者
如果所述第一时间在所述第一时间窗内并且所述第二时间在所述第二时间窗的开始时间之前，信号通知相关的正向地面不平坦或者隆起的地面弯曲，或者
如果所述第一时间在所述第一时间窗的开始时间之前并且所述第二时间在所述第二时间窗的开始时间之前，信号通知相关的正向地面不平坦或者隆起的地面弯曲。
9.根据权利要求8所述的装置，
其中，被确定的地面不平坦是坑洼、石头、停车场边界、台阶、阶梯状地形或者站台。
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