CN113950629A - 用于对车辆周围环境中的对象进行高度分类的方法及驾驶员辅助系统 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于在使用发射并接收超声回波的超声传感器(10)的情况下对车辆(1)的周围环境中的对象进行高度分类的方法。其中，区分可驶过的低对象与不可驶过的高对象。确定高度指示器H。还创建高度指示器的值的具有n个类别Ki的直方图，类别K1至Kn代表高度指示器的表征高对象的值，类别K(h+1)至Kn代表高度指示器的表征低对象的值，并确定说明存在高对象的概率的指示器Q，其为以加权系数bi所加权的、表征高对象的i为从1到h的类别Ki的总和与以加权系数bi所加权的、i为从1到n的所有类别Ki的总和的商。本发明的另一方面涉及一种设置为用于实施该方法的驾驶员辅助系统(100)。

Description

用于对车辆周围环境中的对象进行高度分类的方法及驾驶员 辅助系统
技术领域
本发明涉及一种用于在使用超声传感器的情况下对车辆的周围环境中的对象进行高度分类的方法，该超声传感器发射超声脉冲并再接收由对象所反射的超声回波，其中，在该高度分类时，在可驶过的低对象与不可驶过的高对象之间进行区分。本发明的另一方面涉及一种设置为用于实施该方法的驾驶员辅助系统。
背景技术
现代车辆配备有大量驾驶员辅助系统，驾驶员辅助系统在实施各种各样的驾驶操作中辅助车辆的驾驶员。此外，已知向驾驶员警告周围环境中的危险的驾驶员辅助系统。驾驶员辅助系统为发挥作用而需要关于车辆的周围环境的，尤其是关于处于车辆的周围环境中的对象的精确数据。
经常对其中使用两个或多个超声传感器的基于超声的对象定位方法进行使用。超声传感器在此分别发射超声脉冲并接收周围环境中的对象所反射的超声回波。由超声脉冲直至接收到相应的超声回波的传播时间以及已知的声速，能够求取进行反射的对象与各个传感器之间的距离。若对象处于多于一个的超声传感器的视场内，即能够由多个超声传感器求取到该对象的距离，则通过测边算法(Laterationsalgorithm)也能够求取进行反射的对象相对于传感器或者说相对于车辆的准确位置。
由于传感器的视场和灵敏度不断增加，地面上的对象(例如路缘石、隆起(Schwellen)或窨井盖)也越来越多地被识别到。在此，对于驾驶员辅助系统的正常运行来说重要的是能够在对于碰撞重要相关的对象(例如柱、墙或交通标志)与可驶过的、对于碰撞非重要相关的对象(如路缘石、隆起或窨井盖)之间进行区分。
由DE 10 2009 046 158 A1已知一种用于识别具有较低的高度的对象的方法。在此设置，借助距离传感器连续检测至对象的距离，并检查在车辆接近中，在低于预给定的距离时，是否由距离传感器仍检测到该对象，或者该对象是否从距离传感器的探测区域中消失。若识别到该对象在接近中从距离传感器的探测区域内消失，则将该对象分级为具有较低的高度的对象。
此外，在现有技术中已知充分利用以下事实的方法：高的且延展的(ausgedehnt)对象通常不具有唯一的、明确限定的反射点，而由此可能在单个超声脉冲上引起多个反射并因此引起多个在时间上彼此相继的超声回波。在高对象的情况下，反射例如直接地水平地延伸，即平行于地面从传感器延伸到对象并返回该高对象。另一反射从地面与该高对象之间的内角(Kehle)反射回。该第二超声回波在时间上在第一超声回波之后到达，因为与直接的平行于地面延伸的路径相比，从传感器的安装位置到对象与地面之间的接触处
Figure BDA0003407144840000021
必须经过更长的路径。此外已知，例如灌木丛或行人的特定对象以及如排水格栅或窨井盖的平面对象引起大量反射，这些反射作为噪声式的信号被看作回波。
DE 10 2007 061 235 A1描述一种用于通过在充分利用统计学离散度的情况下对对象的高度进行分类的方法，所述离散度尤其是由于测量信号的多次反射所引起。
用于高度分类的已知方法的问题在于，被用于进行分类的参数例，尤其如对象的所接收到的反射的数量，强烈地与其他条件、例如当前的干扰电平相关。
发明内容
提出一种用于在使用超声传感器的情况下对车辆的周围环境中的对象进行高度分类的方法。超声传感器发射超声脉冲并接收由对象所反射的超声回波。在高度分类时，在可驶过的低对象与不可驶过的高对象之间进行区分。在该方法中，根据本发明设置，为所发射的超声脉冲确定高度指示器
Figure BDA0003407144840000022
H。还创建高度指示器H的值的具有n个类别Ki的直方图，其中，类别K1至Kn代表高度指示器H的表征高对象的值，类别K(h+1)至Kn代表高度指示器H的表征低对象的值，并且确定说明存在高对象的概率的指示器Q。该指示器Q是以加权系数bi所加权的、表征高对象的i为从1到h的类别Ki的总和与以加权系数bi所加权的、i为从1到n的所有类别Ki的总和的商。因此通过公式
Figure BDA0003407144840000031
给出指示器Q。
基于所接收到的超声回波的数量、所接收到的超声回波的振幅、所接收到的超声回波的信号相关性、所接收到的超声回波所配属的距离和所述参数中的至少两个参数的组合来确定高度指示器H。优选将所有所提及的参数纳入到对高度指示器H的确定中。
在该方法中，车辆的超声传感器中的至少一个超声传感器发射超声脉冲，该超声脉冲也被称为该超声传感器的单个“射发(Schuss)”，车辆的超声传感器随后接收由周围环境中的对象所反射的超声回波。在此，视对象的大小、高度和特性而定，对象可能不是仅导致单个超声回波，而是通常出现多个超声回波。例如，一个不可驶过的高对象通常对所发射的超声脉冲提供至少两个超声回波。在此，第一超声回波在超声传感器的高度上从对象水平地返回超声传感器。第二超声回波由对象与地面之间的内角所引起，并在此由于高度差而走过比第一次超声回波更长的路程，在此，可以分别由车辆的一个或多个超声传感器接收所述超声回波。
在该方法中设置，将源自一个对象的多次超声回波合并为高度指示器。在此优选将该高度指示器配属给这些超声回波所所源自的对象。在高度指示器H中除了纳入针对所发射的超声脉冲所接收到的超声回波的数量之外，还纳入超声回波的振幅、超声回波的信号相关性和/或针对该超声回波的所确定的距离。信号相关性在此表示相应的超声回波与所发射的超声脉冲的相关性。超声回波所配属的距离由空气中的已知声速和在超声脉冲发射与超声回波接收之间的对应传播时间确定。在此尤其可以考虑各个超声回波之间的距离的偏差，即，例如在多次反射中第一超声回波的距离与最后的超声回波的距离之间的差。
将多个所接收到的超声回波分组成一个对象的多个反射优选发生在较低的信号等级上，在该信号等级中尚未存在关于对象位置的信息。为此，例如预给定在时间上的捕捉窗口(Fangfenster)，其中，将捕捉窗口内的回波被视为对象的多次反射。
为了确定高度指示器，将所选择的参数，如所接收到的超声回波的数量、所接收到的超声回波的振幅、所接收到的超声回波的信号相关性、所接收到的超声回波所配属的距离和这些参数中的至少两个参数的组合与高度指示器H关联。
该方法优选持续运行，使得相应地持续确定高度指示器H。为了进一步进行分析处理，创建针对高度指示器H所获得的值的直方图。该直方图具有n个类别。n例如在4至100的范围内选择，特别优选在6至20的范围内。例如选择7或16个类别。
高度指示器H可以以连续值的形式存在，其中，为每个类别配属高度指示器的一个预给的值的范围。替代于此，高度指示器可以以离散值或者说陈述(Aussage)的形式存在，其中，可以将一个或多个离散值或者说陈述配属给一个类别。陈述例如可以是如下分级：所关联的参数得出指示对象的特定状况或特定类型的高度指示器。高度指示器例如可以陈述，所考虑的参数典型地代表路缘石、墙、灌木或行人。在所提及的示例中，仅仅路缘石是可驶过的。
表征路缘石的高度指示器的特点例如在于一至两个所接收到的小距离的超声回波。第二超声回波的振幅非常低，而第一回波的振幅则与距离相关。
表征墙的高度指示器的特点例如在于两个超声回波，其中，第一超声回波具有非常高振幅和高相关性，第二超声回波具有低振幅和低相关性。在此，这些超声回波所配属的距离比在路缘石的情况下更大。
表征灌木的高度指示器的特点例如在于二至四个超声回波，其中，所有回波具有非常低的振幅和相关性。
表征行人的高度指示器的特点例如在于具有中等的振幅和低相关性的二至三个超声回波。这些超声回波所配属的距离的变化典型地非常大(第一回波和最后的回波之间可达40cm)。
根据持续被更新的直方图，随后持续地确定指示器Q，该指示器Q由所有指示高对象的类别的经加权的总和除以所有类别的经加权的总和得出。
优选地根据试验根据经验地求取一个类别是指示不可驶过的高对象还是反之指示可驶过的低对象。与此相应地，根据经验选择参数h，该参数h说明所述类别中的哪个类别指示高对象。
用于对总和加权的加权因子bi也优选地通过试验根据经验地求取。则可以将加权因子bi例如存储在实现该方法的控制设备的存储器中。加权因子bi例如可以以查询表的形式进行存储。
根据经验所确定的加权因子bi优选说明类别Ki对于高度分类具有怎样的说服力
Figure BDA0003407144840000051
随后将如此所获得并优选持续被更新的指示器Q的值用作存在不可驶过的高对象的指示器。
在该方法中优选地设置，使超声传感器的探测阈值如此匹配于当前的干扰电平cl，使得将超声回波错误地分级为对象回波的比率恒定。
干扰电平cl在此通常由通过地面回波所引起的所谓杂波(Clutter)占主导。地面回波或者说杂波的振幅和数量在此强烈地与地面的性质相关。与在例如砾石的不平坦地表的情况下相比，在光滑地表的情况下出现更少的回波。此外，其他周围环境噪声或其他超声传感器的超声脉冲可能产生干扰电平。相应于此地优选设置，使探测阈值分别匹配于当前存在的周围环境条件，从而在低周围环境噪声或低地面回波数量的情况下降低探测阈值，而反之，在例如由于如砾石那样的粗糙地表而具有多个干扰信号和大量噪声和/或大量地面回波的嘈杂周围环境中提高探测阈值。为了适配探测阈值，例如可以使用算法，该算法如此调节探测阈值，使得实现恒虚警率(Constant false alarm rate，CAFR)。
在创建直方图时，优选根据关系式
Ki＝Ki+ai*H
进行加权，其中，ai是根据经验所确定的加权因子。
在此，优选如此选择根据经验所确定的加权因子ai：进行归一化，通过该归一化使得高度指示器H与超声传感器的当前设定的灵敏度无关。
根据经验所求取到的加权因子ai优选是与干扰电平cl和对象的距离d相关的函数ai(cl,d)。
加权因子ai或者说函数ai(cl,d)优选以表格的形式或者说以查找表的形式存储在实现该方法的控制设备的存储器中。
通过作为函数ai(cl,d)所预给定的用于构成直方图的加权因子来实现归一化因子，该归一化因子消除距离d和干扰电平cl、尤其杂波的影响。以有利的方式，在与针对超声传感器的自适应阈值组合时，系统在干扰电平低时更灵敏，而在干扰电平高时更不灵敏。在超声传感器设定得更灵敏的情况下，在未相应进行归一化的情况下对于高度指示器H的所获得的值将会对于所有对象增加，即不仅对于低对象，而且对于高对象。此外，高度指示器的在低干扰电平的情况下所确定的值的范围不具有说服力，使得必要时借助加权因子0来隐没这些值的范围。
对象的所求取到的距离d也对高度指示器的说服力(Aussagekraft)具有影响。在多至约50cm的距离的近区域中，源自对象与地面之间的内角的超声回波处在超声传感器的视场之外。然而，超声传感器仅能够接收位于其视场内的对象的超声回波。由杂波所导致的干扰电平在80cm与120cm之间的范围内达到其最大值。在200cm以上的远区域中，一些超声回波的振幅下降至超声传感器的探测阈值以下。与在这些距离范围之外相比，在这些有问题的区域中相应地优选选择更低的加权因子ai。
在多次反射的情况下，即在将多于一个的超声回波配属给一个对象的情况下，优选将第一超声回波所配属的距离视为该对象的距离d。
优选为指示器Q确定置信值，其中，该置信值与直方图中的条目的数量相关。在条目数量小的情况下，即具有少的所接收到的超声回波，则指示器Q的说服力仍较低，并仅随着所接收到的超声回波的数量的增加并相应地随着直方图中条目的数量的上升而增加。
在执行高度分类时，除了指示器Q之外优选还考虑至少一个另外的分类参数，其中，从指示器Q的置信值、超声回波的振幅、超声回波振幅的梯度、距离差与由所行驶过的路程所构成的差的商和这些分类参数中的多个分类参数的组合中来选择所述至少一个另外的分类参数。
超声回波振幅的梯度是在对象与车辆之间的距离改变时所观察到的配属于该对象的超声回波的振幅的变化。在此例如设置，借助超声传感器连续地检测与对象的距离并检查，在车辆接近时，在低于预给定的距离时是否由距离传感器继续检测到该对象还是该对象从距离传感器的探测区域中消失。若例如识别到该对象在接近时从距离传感器的探测区域内消失，则将该对象分级为可驶过的低对象。
由距离差与由所行驶的路程所构成的差的所求出的商可以视为在传播时间上所测量的距离的改变与由于车辆运动所导致的与对象的距离的改变的比值。对于由地面与高对象之间的内角所引起的副回波(Nebenecho)，例如根据勾股定理由
Figure BDA0003407144840000071
得出由超声回波的传播时间所计算出的距离D，其中，d是对象与传感器的距离，h是传感器离地面的安装高度。对象与传感器的距离d在此始终是由直接的、平行于地面延伸的线所得出的最短距离。由于传感器的高度h恒定，相比与对象的实际距离d，所计算出的距离D较少地发生变化。
为能够将所接收到的回波配属给周围环境中的对象，优选创建对象假设并将所接收到的超声回波分别配属给对象假设。例如，可以在使用测边(Lateration)的情况下将超声回波配属给对象假设。这种借助测边所进行的位置确定对于在驾驶员辅助系统中使用所获得的数据是有利的。然而，这种配属对于实施根据本发明的分类方法非必需。将多次反射解读为唯一对象的超声回波优选在使用时间上的捕捉窗口的情况下进行，其中，将在该捕捉窗口内接收的所有超声回波均视为同一对象的多次反射。
优选地，为实施测边，通过具有至少部分地重叠的视场的至少两个超声传感器来求取各个超声传感器与周围环境中对超声脉冲进行反射的对象之间的距离，其中，借助测边进行对进行反射的对象的位置确定。
在此，如果测边得出：各个对超声进行反射的对象的位置与配属给一个对象假设的位置一致或者说位于其附近，则尤其可以将在时间上彼此相继地所获得的测量值，即时间上依次所确定的距离值，配属给同一个对象假设。通过分析处理配属给一个对象假设的测量的总量或者通过分析处理借助超声传感器所确定的距离和位置，还可以推断出对象的轮廓。若例如车辆在一个方向上均匀地向前运动，并且配属给一个对象假设的所有位置位于一条线上，或者一个保险杠的所有超声传感器的配属给一个对象假设的所有位置位于一条线上，则能够推断出配属给该对象假设的对象是延展的对象，如墙或另一车辆。相反地，若位置近似不改变，则可能存在点状对象，该点状对象在平行于地面的平面上看仅具有较小的几何延伸尺度。其例如是柱、交通标志或是另一对象的标志性角部，例如车辆角或房角，甚至是路缘石棱边角。例如，在DE 10 2007 051 234 A1中描述了这种将单个地所测量的距离拼合为延展的对象。
本发明的另一方面涉及一种驾驶员辅助系统，其包括至少一个超声传感器和控制设备。该驾驶员辅助系统构造和/或设置为用于实施本文中所描述的方法中的任一种方法。
因为驾驶员辅助系统构造和/或设置为用于实施所述方法中的任一种方法，所以在所述方法中的任一种方法的范畴中所描述的特征相应地适用于驾驶员辅助系统，反之亦然，在所述驾驶员辅助系统中的任一种驾驶员辅助系统的范畴中所描述的特征反之也适用于所述方法。
驾驶员辅助系统优选附加地设置为用于，在使用至少两个超声传感器的情况下确定车辆的周围环境中的对象的位置并且将所接收到的超声回波配属给代表该对象的对象假设。
通过所提出的方法和所提出的驾驶员辅助系统使得能够实现将对象稳健地高度分类为可驶过的低对象和不可驶过的高对象。尤其是在困难的边界情况下，例如路缘石棱边，与已知方法相比能够实现提高的区分精度。
有利地，无需附加的传感器，从而能够借助通常在现代车辆中使用的超声传感器简单地实施。
附图说明
根据附图和以下描述更详细地阐述本发明的实施方式。
图1：以从侧向所视的视图示出具有根据本发明的驾驶员辅助系统的车辆。
具体实施方式
附图仅示意性地示出本发明的主题。
图1以从侧向所视的视图示出处于道路22上的车辆1。车辆1包括驾驶员辅助系统100，驾驶员辅助系统具有超声传感器10和控制器20。在图1的侧视图中，仅一个超声传感器10可见，但车辆1包括多个超声传感器10。在图1所示的实施方式中，驾驶员辅助系统100还具有与控制单元20相连接的显示设备28。控制单元20此外设置为用于执行制动干预。这在图1的图示中通过控制单元20与踏板29的连接示出。
在图1中可见的超声传感器10安装在车辆1的尾部。超声传感器10具有视场30，在该视场内，超声传感器10能够识别对象如交通标志26或隆起24。在图1中同样示出的另一隆起24’(其比隆起24更靠近车辆1)在图1所示的状况下不再能被超声传感器10识别到，因为该另一隆起24’处于超声传感器10的视场30之外。当车辆1接近隆起24时，可以通过振幅的变化或探测行为的变化来识别隆起24的高度分类。若车辆1缓慢倒退地向隆起24的方向行驶，则该隆起在特定点处离开超声传感器10的视场30，这可以通过相应的超声回波的振幅的强烈下降来识别。超声传感器10不再能识别到隆起24时的那个时刻或隆起24在该时刻与车辆1的距离则可以用于推断隆起24的高度。若隆起24是高对象，类似于交通指示牌26，则在接近时不发生离开超声传感器10的视场30。这种在接近时离开视场30的情况仅对低的、通常可驶过的对象才可能发生。
然而，由于能够反射超声传感器10的超声的面积相对较小，并因此由于所接收到的超声回波的相对较小的振幅，因此不能够仅基于振幅将交通指示牌26可靠地分级为高对象。因此必须考虑使用其他标准。
根据本发明，为所发射的超声脉冲分别确定一个高度指示器H，该高度指示器优选地由所接收到的超声回波的数量、所接收到的超声回波的振幅、所接收到的超声回波的信号相关性和配属于所接收到的超声回波的距离d给出。此外，创建高度指示器H的值的具有n个类别Ki的直方图，其中，类别K1至Kh代表表征高对象的值，类别K(h+1)至Kn代表表征低对象的值。最后，为直方图确定指示器Q，该指示器说明存在高对象的概率。指示器Q是以加权系数bi所加权的、表征高对象的i为从1到h的类别Ki的总和与以加权系数bi所加权的、i为从1到n的所有类别Ki的总和的商。
随后将如此所获得并优选持续被更新的指示器Q的值用作指示不可驶过的高对象的存在的指示器。
本发明不限于在此描述的实施例以及其中所强调的方面。相反，在通过权利要求说明的范围内能够进行在本领域专业操作范畴内的大量修改。

Claims (10)

1.一种用于在使用超声传感器(10)的情况下对车辆(1)的周围环境中的对象进行高度分类的方法，所述超声传感器发射超声脉冲并再接收由对象所反射的超声回波，其中，在所述高度分类时在可驶过的低对象与不可驶过的高对象之间进行区分，其特征在于，为所发射的超声脉冲确定高度指示器H，创建所述高度指示器H的值的具有n个类别Ki的直方图，其中，类别K1至Kn代表表征高对象的值，类别K(h+1)至Kn代表表征低对象的值，并且，确定说明存在高对象的概率的指示器Q，所述指示器Q通过以下公式给出：
Figure FDA0003407144830000011
其中，bi是针对所述类别Ki根据经验所确定的加权因子，并且，基于所接收到的超声回波的数量、所接收到的超声回波的振幅、所接收到的超声回波的信号相关性、所接收到的超声回波所配属的距离和所述参数中的至少两个参数的组合来确定所述高度指示器H。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述超声传感器(10)的探测阈值如此匹配于当前的干扰电平cl，使得将超声回波错误地分级为对象回波的比率恒定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在创建所述直方图时，根据关系式
Ki＝Ki+ai*H
进行加权，其中，ai是根据经验所确定的加权因子。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如此选择根据经验所确定的加权因子ai：进行归一化，通过所述归一化使得所述高度指示器H与所述超声传感器(10)的当前设定的灵敏度无关。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述根据经验所求取到的加权因子ai是与所述干扰电平cl和所述对象的距离d相关的函数ai(cl,d)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，根据经验所确定的加权因子bi说明所述类别Ki对于高度分类具有怎样的说服力。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，为所述指示器Q确定置信值，其中，所述置信值与所述直方图中的条目的数量相关。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在执行所述高度分类时除了所述指示器Q之外还考虑至少一个另外的分类参数，其中，从所述指示器Q的所述置信值、所述超声回波的振幅、所述超声回波的振幅的梯度、距离差与由所行驶过的路程所构成的差的商和这些分类参数中的多个分类参数的组合中来选择所述至少一个另外的分类参数。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，通过具有至少部分地重叠的视场(30)的至少两个超声传感器(10)来求取各个超声传感器(10)与所述周围环境中对超声脉冲进行反射的对象之间的距离，并借助测边进行对所述进行反射的对象的位置确定。
10.一种驾驶员辅助系统(100)，包括至少一个超声传感器(10)和控制设备(20)，其特征在于，所述驾驶员辅助系统(100)设置为用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法中的任一种方法。
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