CN116635745A - 借助超声波传感器识别泊车空位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种借助车辆的至少一个超声波传感器识别泊车空位的方法。

Description

借助超声波传感器识别泊车空位的方法
技术领域
本发明涉及一种借助一个或多个超声波传感器识别泊车空位的方法。
背景技术
已知借助超声波传感器检测车辆区域内的周围环境信息，用于例如在泊车时检测与其他对象的间距。
同样已知通过三边测量法，基于源于多个超声波传感器的信息进行泊车空位的识别。借助三边测量法，不仅可确定对象的间距，还可确定对象所处的空间方向。
已知泊车空位识别方法的缺点是计算繁复，而且由于测距系统的不准确性和噪音影响，三边测量法容易出错。
发明内容
基于此，本发明的任务是提供借助一个或多个超声波传感器识别泊车空位的一种方法，所述方法所需计算和存储工本较低，并且不容易出错。
该任务通过具有独立权利要求1所述特征的方法来解决。优选实施方式是从属权利要求的主题。一种借助一个或多个超声波传感器识别泊车空位的系统是并列独立权利要求10的主题，而具有这类系统的车辆是并列独立权利要求15的主题。
根据一第一观点，本发明涉及借助设置在车辆上的至少一个超声波传感器识别泊车空位的一种方法。所述方法包括以下步骤：
首先，由车辆的超声波传感器发送一超声波信号。在此，只有唯一一个超声波传感器可发送超声波信号，或可由多个超声波传感器同时或时间上先后发送各相应的超声波信号。
然后，由超声波传感器接收超声波信号的反射信号部分。所述反射信号部分(以下也称为回波)既可由发送超声波信号的同一超声波传感器接收，也可由另一超声波传感器接收(所谓交叉回波)。
此外，还提供与车辆周围环境区域相关的网格。所述网格有多个单元格，其中，每个单元格被分配一车辆周围环境区域的分区，每个单元格被分配一占用值。一单元格的占用值例如表示接收到的回波被分配到该单元格的频率。网格或网格的单元格优选随着车辆各相应位置一起运动，即网格具有相对于车辆位置的固定参考，而不涉及固定地点的周围环境区域。
随后，基于超声波信号在发送和接收反射信号部分之间的传输时间，将反射信号部分分配给网格的多个单元格形成的单元格集。根据传输时间，可通过超声波传感器测定造成反射的对象间距。基于对超声波传感器在车辆上位置和车辆测距数据的认知，可将接收到的反射信号部分分配给一组单元格。基于这类分配，那些反射信号部分被分配到的单元格的占用值可各相应提高一特定数值。该值可是一固定值，也可由反射信号部分的特性得出。
随后，基于指定单元格集的单元格占用值，并基于以下步骤确定占用信息：
首先，确定所述单元格集中具有最高占用值的单元格。换句话说，测定先前回波被分配其中的单元格组中具有最高占用值的单元格。
随后，将该最高占用值与一第一阈值加以比较。
如果最高占用值超过第一阈值，则分配给具有最高占用值的单元格的一计数器被改变一增量值。
然后将所述计数器与一第二阈值加以比较，并根据比较结果确定所述单元格的占用状态。尤其是，如果所述计数器大于第二阈值，则单元格被标记为被占用，即在所述单元格的区域内存在反射对象。
上述发送超声波信号和接收回波、将回波分配给网格的多个单元格形成的单元格集、增加单元格集的占用值和确定占用信息的步骤被多次重复。
随后，基于网格单元格的占用状态实施泊车空位的识别。在此，针对一泊车过程，那些占用状态为“未被占用”的周围环境区域被评估为“未占用”。
根据本发明所述方法的技术优点是，它能在计算性能和内存需求方面改善对车辆周围环境中可用于一泊车过程的未占用区域的识别。在此，所述方法对超声波传感器的噪声不敏感，并可借助多个阈值的过滤功能将误检率/假阳性率降低到最低程度。
根据一实施例所述，占用值在每个发送/接收循环周期增加的单元格集由一圆环形部分决定，该圆环形部分的中心半径取决于超声波信号在发送和接收反射信号部分之间的传输时间，其中，圆环形部分在圆周方向的延伸取决于超声波传感器的接收范围。换句话说，单元格集仅仅由超声波信号在发送和接收时间点之间的传输时间及超声波传感器发送和/或接收的角度范围决定。因此，通过所提出的方法无需对说明接收回波方向的方位角进行确定就可识别泊车空位。
根据一实施例所述，圆环形部分在径向的宽度由超声波传感器的公差值和/或用于确定车辆位置和/或超声波传感器位置的测距系统公差值确定。因此，圆环形部分的宽度是由传感技术和/或传感器信息评估所产生的不准确性决定的。
根据一实施例所述，根据接收到的反射信号部分的振幅，单元格占用值各相应增加一数值，或单元格占用值独立于接收到的反射信号部分各相应增加一固定值。如果传感器提供一振幅信息，该信息可用于根据振幅提高单元格的占用值。由此可用回波强度改变占用值。在无可供使用的振幅信息情况下，单元格占用值可增加一固定数值，例如增加1。
根据一实施例所述，并行确定多个不同占用信息，而且所述多个不同占用信息是根据设置在车辆上不同位置的多个超声波传感器测定的信息并行确定的。换句话说，设置在车辆上不同位置的不同超声波传感器所提供的时间上并行的信息可用于改变单元格的占用值，并在改变占用值后获取由此导出的占用信息。由此可通过多个传感器信息并行生成一周围环境图像或更新现有周围环境图像。
根据一实施例所述，对超声波信号发送和接收之间的时间段中所发生的车辆自身运动进行补偿。由此可对在超声波信号发送和接收之间的时间段中所发生的车辆相对于车辆周围环境中静止对象的位置变化加以补偿。
根据一实施例所述，为确定占用信息，也对不同超声波传感器之间的交叉回波进行评估。换句话说，由不同于发送传感器的另一超声波传感器所接收的反射信号部分也有助于确定占用信息，并由此改善对泊车空位的识别。
根据一实施例所述，网格是一随车辆运动的网格。例如，所述网格可有与车辆长度的3至6倍相对应的长度和/或宽度，并有例如20米乘20米的延伸尺寸。由此，网格可包围能被车辆所设置超声波传感器检测的、紧邻车辆的周围环境区域。由此可节省内存和计算资源。
根据一实施例所述，单元格占用值和/或分配给单元格的计数器和/或单元格占用状态被存储在一环形缓冲器中。由此，与网格单元格相关的信息可以内存优化的方式加以存储。
根据另一观点所述，本发明涉及识别泊车空位的一种系统，所述系统至少包括超声波传感器和计算单元，所述计算单元设置用于评估由超声波传感器提供的信息。所述系统设置用于执行以下步骤：
a)由车辆超声波传感器发送一超声波信号；
b)由超声波传感器接收超声波信号的一反射信号部分；
c)提供与车辆周围环境区域有关的一网格，其中，所述网格包括多个单元格，其中，每个单元格被分配车辆周围环境区域的一分区，每个单元格被分配一占用值；
d)基于超声波信号在发送和接收反射信号部分之间的传输时间，将反射信号部分分配给网格的多个单元格形成的单元格集，其中，反射信号部分所分配的单元格占用值各相应增加一特定值；
e)借助计算单元基于所述单元格集的单元格占用值确定一占用信息，方法是：
1.确定所述单元格集中具有最高占用值的单元格；
2.将最高占用值与一第一阈值进行比较；
3.如果最高占用值超过第一阈值，则被分配了具有最高占用值的一计数器改变一个增量值；以及
4.将所述计数器与一第二阈值加以比较，并根据比较结果确定单元格的占用状态；
f)多次重复步骤a)、b)、d)和e)；以及
g)基于网格中各单元格的占用状态实施泊车空位识别。
根据系统一实施例所述，计算单元设置用于，占用值在每个发送/接收循环周期增加的单元格集由一圆环形部分决定，该圆环形部分的中心半径取决于超声波信号在发送和接收反射信号部分之间的传输时间，以及该圆环形部分在圆周方向的延伸取决于超声波传感器的接收范围。换句话说，单元格集仅仅由超声波信号在发送和接收时间点之间的传输时间及超声波传感器发送和/或接收的角度范围决定。因此，通过所提出的方法无需对说明接收回波方向的方位角进行确定就可识别泊车空位。
根据系统一实施例所述，计算单元设置用于，占用值在每个发送/接收循环周期增加的单元格集由一圆环形部分决定，该圆环形部分的径向宽度由超声波传感器的公差值和/或由用于确定车辆和/或超声波传感器位置的测距系统公差值确定。因此，圆环形部分的宽度是通过基于传感技术或传感器信息评估所产生的不准确性决定的。
根据系统一实施例所述，计算单元设置用于，并行确定多个不同占用信息，而且所述多个不同占用信息是根据设置在车辆上不同位置的多个超声波传感器测定的信息并行确定的。由此可基于多个传感器信息并行生成一周围环境图像或更新现有周围环境图像。
根据系统一实施例所述，计算单元设置用于，对超声波信号发送和接收之间的时间段中所发生的车辆自身运动进行补偿。由此可对在超声波信号发送和接收之间的时间段中所发生的车辆相对于车辆周围环境中静止对象的位置变化加以补偿。
再根据另一观点所述，本发明涉及带有根据先前所述实施例之一进行泊车空位识别系统的一种车辆。
在本发明意义中，术语“大约”、“基本上”或“大致”是指与各相应精确值的误差为+/-10％、优选为+/-5％和/或误差对功能无关紧要的变化形式。
本发明的其他结构形式、优点和应用可能性也从以下实施例的说明和附图中得出。在此，所有描述和/或图示的特征以独立或任意组合形式构成本发明的基本主题，并与其在权利要求中的概要或其回顾说明无关。权利要求的内容也是相关说明的一部分。
附图说明
下面参照实施例的附图对本发明进行详细说明。其中：
图1示出具有多个超声波传感器的车辆驶过一纵向泊车情形的典型示意图；
图2示出用网格划分一车辆周围环境区域的典型示意图，以及在周围环境区域借助一超声波传感器检测对象的示意图；
图3示出车辆周围环境区域中接收到多个超声波回波的典型图，其中，这些回波在二维地图上根据其位置被加以标注；
图4示出测定分配给网格单元格的占用信息的一种方法的典型流程图；以及
图5示出说明识别车辆周围环境区域泊车空位的方法步骤的流程图。
附图标记列表：
1 车辆
2 超声波传感器
BW 占用值
BW最高最高占用值
ε公差值
n 计数器
r 中心半径
R 网格
T1 第一阈值
T2 第二阈值
Z 单元格
具体实施方式
图1展示一典型的泊车情形，其中，车辆1驶过多个纵向泊车空位。此时，两辆车之间的一个泊车空位未被占用。可理解的是，本发明不限于纵向泊车情形，也可适用于横向泊车情形。
车辆1有多个可检测周围环境信息的超声波传感器2。在所示实施例中展示了两个超声波传感器2。可理解的是，车辆1上可设置两个以上的超声波传感器。超声波传感器2的设置方式尤其可是，能检测车辆1前后和车辆1两侧的周围环境信息。超声波传感器2尤其设置用于，在一个发送循环周期内发送一超声波信号，并在一随后的接收循环周期内接收车辆1周围环境中的对象上反射的超声波信号的信号部分。发送超声波信号和接收反射信号部分之间的时间跨度是衡量对象与超声波传感器2之间间距的一度量。由此可测定关于车辆1周围环境区域中的对象的信息。
图2展示车辆1的周围环境区域3，该环境区域借助一网格R划分为周围环境分区，所述周围环境区域可在x方向和y方向有一例如20米x 20米等预定的固定延伸尺寸。网格R有多个单元格Z，其中，单元格Z以棋盘状方式彼此直接相邻，从而使每个单元格Z与一特定的周围环境分区相关联。带单元格Z的网格R设置用于局部离散地再现由一个或多个超声波传感器2在多个发送和接收循环周期内检测到的周围环境信息，并由此提供一离散的周围环境图像。
在图2中，实心圆弧部分表示超声波传感器2的检测。中心半径r可根据超声波信号在发送时间点和接收反射部分时间点之间的传输时间加以确定。圆弧延伸的角度α由超声波传感器2的检测范围确定。
用于确定车辆1局部位置，并确定超声波传感器2局部位置的超声波传感器2和车辆1的测距单元都有一定公差，因此，被检测对象相对于车辆1的位置会有一定的不准确性。该不准确性通过公差值ε加以考虑。如果检测到一对象与超声波传感器2的间距为r，由于上述不准确性，对象可能处于r±ε的范围内，即处于宽度为2ε的一圆弧形地带。该圆弧形地带在图2中用虚线画出的两条圆弧表示。
大多数情况下，单一超声波传感器2不能确定反射信号部分的方位角，所以接收到的反射可能来自超声波传感器2接收范围内的任何方向。因此，反射可能来自处于宽度为2ε的圆弧形地带中的一对象。图2的示例中，造成反射的对象因此可能处于阴影标记的单元格Z中。
图3展示的是以点的方式记录车辆1周围环境区域中反射的局部位置的图表。图中可看到，由于噪声和其他的不利影响，会出现误检率，从而阻止或妨碍对泊车空位的识别。下面提出一种检测算法，所述检测算法一方面减小误检率，另一方面降低对计算硬件(处理性能和/或内存)的需求。
图4展示根据本发明一实施例所述的一检测算法流程图。
开始算法(S10)后，首先初始化一空的单元格清单，并确定一第一阈值T1和一第二阈值T2。随后，实施一发送和接收循环周期，其中，一个或多个超声波传感器2发送一超声波信号，如果在超声波传感器2的检测范围内有一发生反射的对象存在，则接收一反射信号部分(S11)。
接收到反射信号部分后，确定被分配给超声波回波的一单元格集。如前所述，这可例如考虑到超声波信号在发送超声波信号与接收反射信号部分的时间点之间的传输时间、公差值ε以及超声波传感器2可接收超声波信号的角度范围。
为网格R的单元格Z分配一占用值BW。如果在步骤S12中确定，要将接收到的反射信号部分分配给一单元格(在图2的示例中是四个标有阴影的单元格Z)，则所述单元格占用值BW分别相应增加一定的数值。所述数值例如可根据接收反射信号部分的信号强度加以确定，也可是一固定的增量值，例如是1。
随后，确定单元格集中具有最高占用值BW最高的单元格Z(图2的示例中这些是四个标有阴影的单元格Z)。为此要注意，接收多个循环周期后，网格的单元格Z被分配不同大小的占用值BW，这是因为单元格Z被分配到有一检测结果的单元格集的频率不同。
确定具有最高占用值BW最高的单元格Z后，检查最高占用值BW最高是否大于阈值T1(S14)。如果所述最高占用值不大于所述阈值，则算法结束，并在接收一新的反射超声波信号(也叫超声波回波)时，重新执行相关步骤(即跳回步骤S11)。如果最高占用值BW最高大于阈值T1，则检查分配有最高占用值BW最高的单元格Z是否已在单元格清单中(S15)。如果分配有最高占用值的单元格不在单元格清单中，则该单元格Z被添加到单元格清单中，并用一起始值对分配给该单元格的计数器n初始化(S16)。在将单元格Z添加到单元格清单并初始化计数器后，结束算法。在接收到一新的反射超声波信号(也称为超声波回波)时，重新执行相关步骤(即跳回步骤S11)。
如果在步骤S15中确定分配了最高占用值BW最高的单元格Z已包括在单元格清单中，则分配给该单元格Z的计数器n被增加一增量值(S17)，该增量值尤其可是1。
计数器n增加该增量值后，检查经增量的计数器n是否大于第二阈值T2(S18)。如果该计数器不大于第二阈值，则终止相关算法并在接收到一新的反射超声波信号(也称为超声波回波)时，重新执行相关步骤(即跳回步骤S11)。
如果在步骤S18中检查的条件得到满足，被分配计数器n的单元格Z被标记为“被占用”。随后，终止相关算法并在接收到一新的反射超声波信号(也称为超声波回波)时，重新执行相关步骤(即跳回步骤S11)。
因此，上述算法使用一种两阶段的检测方法测定车辆周围环境中的占用状态。一两阶段方法在此检查一单元格区域内是否已多次识别到检测结果，以降低误检率。
基于标记为已占用的单元格Z，可测定车辆1周围环境中哪些周围环境分区已被占用。换句话说，可借助单元格的占用信息生成网格状图像，其中，未占用信息例如可用于泊车空位的识别。在此，例如检查标记为被占用的两个单元格之间的间距是否大于车辆1的长度，或宽度是否大于车辆1的宽度。由此，可检查是否识别到长度和宽度适合车辆1的一泊车空位。
优选分别在接收到超声波传感器2的一反射超声波信号后重复进行上述算法。在此，多个超声波传感器2的接收信号可用于测定网格R的单元格Z占用状态。同样也可将多个超声波传感器2之间的交叉回波用于测定网格R的单元格Z占用状态。这意味着，不同于发送超声波传感器的其他超声波传感器接收到的超声波信号的反射信号部分也被用于测定占用状态。
图5展示根据本发明所述方法的步骤示意图，所述方法借助车辆1的至少一个超声波传感器2识别泊车空位。
首先，由车辆1的超声波传感器2发送一超声波信号(S20)。
随后，超声波信号的反射信号部分被超声波传感器2接收(S21)。接收的超声波传感器可与发送的超声波传感器2相同或不同。
此外，提供与车辆1周围环境区域相关的网格R(S22)。所述网格R有多个单元格Z，其中，每个单元格Z被分配给车辆1周围环境区域的一分区，每个单元格Z被分配一占用值BW。
基于超声波信号在发送和接收反射信号部分之间的传输时间，所述反射信号部分被分配给网格R由多个单元格Z构成的一单元格集(S23)。反射信号部分被分配到的单元格Z的占用值BW各相应增加一特定数值。
随后，借助计算单元根据所述单元格集的单元格Z的占用值BW确定占用信息(S24)，所述方法具有以下步骤：
1.确定单元格集中具有最高占用值BW最高的单元格Z；
2.将最高占用值BW最高与一第一阈值T1进行比较；
3.如果最高占用值BW最高超过第一阈值T1，则被分配给具有最高占用值BW最高的单元格的一计数器Z改变一增量值n；以及
4.将计数器n与一第二阈值T2加以比较，并根据比较结果确定单元格Z的一占用状态。
随后，多次重复步骤S20至S24，即超声波信号被多次发送/接收，基于此确定占用信息(S25)。这优选在车辆1的不同位置进行，其中，在确定占用信息时，通过车辆测距数据对车辆1的运动加以补偿。
最后，基于网格R的单元格Z的占用状态，执行泊车空位的识别(S26)。
上面已根据实施例对本发明进行了描述。要指出的是，在不脱离专利权利要求所定义的保护范围情况下，可进行多项更改和变异。

Claims (15)

1.一种借助车辆(1)的至少一个超声波传感器(2)识别泊车空位的方法，所述方法包括以下步骤：，
a)由车辆(1)的超声波传感器(2)发送超声波信号(S20)；
b)由超声波传感器(2)接收超声波信号的反射信号部分(S21)；
c)提供与车辆(1)的周围环境区域有关的网格(R)，其中，所述网格(R)包括多个单元格(Z)，其中，每个单元格(Z)被分配有车辆(1)周围环境区域的分区，每个单元格(Z)被分配占用值(S22)；
d)基于超声波信号在发送和接收反射信号部分之间的传输时间，将反射信号部分分配给网格的多个单元格(Z)形成的单元格集(S23)，其中，反射信号部分被分配到的单元格(Z)的占用值(BW)各相应增加特定的数值；
e)基于所述单元格集的单元格(Z)的占用值(BW)确定占用信息(S24)，方法是：
1)确定单元格集中具有最高占用值(BW最高)的单元格(Z)；
2)将最高占用值BW最高与第一阈值(T1)进行比较；
3)如果最高占用值(BW最高)超过第一阈值(T1)，则分配给具有最高占用值(BW最高)的单元格的计数器(n)改变增量值；以及
4)将所述计数器(n)与第二阈值(T2)加以比较，并根据比较结果确定单元格(Z)的占用状态；
f)多次重复步骤a)、b)、d)和e)(S25)；以及
g)基于网格(R)的单元格(Z)的占用状态，执行泊车空位的识别(S26)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其占用值(BW)在每个发送/接收循环周期增加的单元格集由一圆环形部分决定，所述圆环形部分的中心半径(r)取决于超声波信号在发送和接收反射信号部分之间的传输时间，其中，圆环形部分在圆周方向的延伸取决于超声波传感器(2)的接收范围。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，圆环形部分在径向上有一宽度，该宽度由超声波传感器(2)的公差值(ε)和/或由用于确定车辆(1)和/或超声波传感器(2)位置的测距系统的公差值决定。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，单元格(Z)的占用值(BW)各相应增加取决于所接收到的反射信号部分振幅的数值，或单元格(Z)的占用值(BW)各相应增加与所接收到的反射信号部分无关的固定值。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，并行确定多个不同的占用信息，基于由多个设置在车辆(1)不同位置的超声波传感器(2)测定的信息并行测定多个不同的占用信息。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，补偿车辆(1)在超声波信号发送和接收之间的时间段内发生的自身运动。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为确定占用信息，也对不同超声波传感器(2)之间的交叉回波进行评估。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，网格(R)是随车辆(1)运动的网格。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，网格(Z)的占用值(BW)和/或分配给网格(Z)的计数器(n)和/或网格(Z)的占用状态被存储在环形存储器中。
10.一种识别泊车空位的系统，其至少包括超声波传感器(2)和计算单元，计算单元设置用于评估由超声波传感器(2)提供的信息，其中，所述系统设置用于执行下列步骤：
h)由车辆(1)的超声波传感器(2)发送超声波信号；
i)由超声波传感器(2)接收超声波信号的反射信号部分；
j)提供与车辆(1)的周围环境区域有关的网格(R)，其中，网格(R)包括多个单元格(Z)，其中，每个单元格(Z)被分配车辆(1)周围环境区域的分区，每个单元格(Z)被分配占用值(BW)；
k)基于超声波信号在发送和接收反射信号部分之间的传输时间，将反射信号部分分配给网格(R)的多个单元格(Z)形成的单元格集，其中，反射信号部分被分配到的单元格(Z)的占用值(BW)各相应增加特定数值；
l)借助计算单元基于单元格集的单元格(Z)的占用值(BW)确定占用信息，方法是：
5)确定单元格集中具有最高占用值(BW最高)的单元格(Z)；
6)将最高占用值(BW最高)与第一阈值(T1)进行比较；
7)如果最高占用值(BW最高)超过第一阈值(T1)，则分配给具有最高占用值(BW最高)的单元格(Z)的计数器(n)改变增量值；以及
8)将所述计数器(n)与第二阈值(T2)加以比较，并根据比较结果确定相关单元格(Z)的占用状态；
m)多次重复步骤a)、b)、d)和e)；以及
n)基于网格(R)中单元格(Z)的占用状态实施泊车空位的识别。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，计算单元设置用于，占用值(BW)在每个发送/接收循环周期增加的单元格(Z)集由一圆环形部分决定，所述圆环形部分的中心半径(r)取决于超声波信号在发送和接收反射信号部分之间的传输时间，圆环形部分在圆周方向的延伸取决于超声波传感器(2)的接收范围。
12.根据权利要求10或11所述的系统，其特征在于，计算单元设置用于，占用值(BW)在每个发送/接收循环周期增加的单元格(Z)集由一圆环形部分决定，所述圆环形部分在径向的宽度由超声波传感器(2)的公差值(ε)和/或由用于确定车辆(1)和/或超声波传感器(2)位置的测距系统的公差值(ε)确定。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其特征在于，计算单元设置用于，并行确定多个不同占用信息，基于由多个设置在车辆(1)不同位置的超声波传感器(2)测定的信息并行确定多个不同占用信息。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的系统，其特征在于，计算单元设置用于，补偿车辆(1)在超声波信号发送和接收之间的时间段内发生的自身运动。
15.一种车辆，其包括根据权利要求10至14中任一项所述的系统。
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