CN116893420A - 使用超声信号检查车辆环境的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在用于通过分析回波信号而检查车辆环境的方法和装置中，其中的回波信号是由在车辆环境中的对象处反射发射的超声信号而生成的：将两个不同的超声突发信号沿相同方向发射到车辆环境的同一区域。在车辆环境的区域中潜在存在的对象处产生因两个超声突发信号的反射而引起的时间偏移回波信号。评估两个回波信号以确定车辆环境的区域中潜在存在的对象的不同参数。基于具有数量较少的超声脉冲的超声突发信号的回波信号计算车辆环境的区域中潜在存在的对象距车辆的距离。基于具有数量较多的超声脉冲的超声突发信号的回波信号，能够计算车辆和车辆环境的区域中潜在存在的对象在两个超声突发信号的发射方向或与其相反的方向上彼此相对移动的速度。

Description

使用超声信号检查车辆环境的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年4月7日提交的欧洲专利申请22 167 168.8的优先权，其公开内容通过引用并入并且因此属于本申请的主题。
技术领域
本发明涉及一种通过分析由在车辆环境中的对象处反射发射的超声信号而生成的回波信号而检查车辆环境的方法和装置。
背景技术
用于例如在停车过程中检查车辆环境的超声测量系统是公知的(参见例如WO 02/45998A2和WO 2014/180609 A1)。在这些测量系统中，超声发射器发射超声突发信号，其具有以一定频率串行的限定数量的超声脉冲。如果在向其发射超声突发信号的车辆环境中存在对象，则由于反射而由该对象生成回波信号，该回波信号由超声接收器接收。通常，超声信号的发射和接收由同一个元件即超声发射器执行。
利用已知的系统，可以例如确定对象距车辆的距离。
然而，有时期望能够确定关于检测到的对象的更多信息，即例如其相对于车辆的速度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于检查车辆环境中是否存在潜在对象、可以确定表征该对象的多个参数的方法和装置。
为了实现该目的，本发明提出了一种用于通过分析回波信号而检查车辆环境的方法，所述回波信号是由在车辆环境中的对象处反射发射的超声信号而生成的，其中，在该方法中
-在重复的测量周期内，由超声发射器将具有以一定频率串行的第一数量的超声脉冲的超声突发信号、以及相对于该超声突发信号时间偏移的具有以相同或不同频率串行的第二数量的超声脉冲的超声突发信号在相同的方向上分别发射到车辆环境的同一区域中，所述第二数量的超声脉冲不同于所述第一数量的超声脉冲，
-在车辆环境的所述区域中潜在存在的对象处产生因两个超声突发信号的反射而引起的时间偏移回波信号，所述回波信号由超声接收器接收，以及
-评估两个超声突发信号的回波信号以确定车辆环境的所述区域中潜在存在的对象的不同参数，
-基于具有数量较少的超声脉冲的超声突发信号的回波信号计算车辆环境的所述区域中潜在存在的对象距车辆的距离，以及
-基于具有数量较多的超声脉冲的超声突发信号的回波信号，能够计算车辆和车辆环境的所述区域中潜在存在的对象在两个超声突发信号的发射方向或与其相反的方向上彼此相对移动的速度。
根据本发明，在重复发生的测量周期中分别发射至少两个不同的超声突发信号。这些信号至少在它们的长度方面不同，即例如在它们的脉冲数量方面不同。这里，使用较短的超声突发信号，以便能够基于所述信号的回波来确定在车辆环境中检测到对象的位置以及对象距车辆的距离。当从短超声突发信号的发射时间开始偏移了特定时间时，在解调的回波信号(包络)中出现信号峰，那么可以在其中根据声速来计算对象距车辆的距离。较长的超声突发信号能够用于基于对回波信号中的多普勒频移的分析来计算在超声突发信号的传播方向上的物体相对于车辆的速度。因此，在对象在该环境中的该(多普勒)频移信号是使用第二超声突发信号确定的。
将测量周期分为两个测量阶段(短超声突发信号的一个测量阶段和长超声突发信号的第二个测量阶段)的优点在于，如果如当今常见的情况一样地将一个单元即超声换能器用于超声发射器和超声接收器，则现在也可以在近距离检测对象。
可以由多个反射体(例如行人摆动的手臂)引起的相移基本上可以模拟任何速度。然而，可以在长超声突发信号的长度上将这些原样滤除(average out)。
发射和评估两个不同长度的超声突发信号的顺序可调换。测量阶段有利地紧密排列。所确定的发射短超声突发信号与接收指示对象存在的回波信号峰之间的时间偏移可以用在较长的测量阶段中，以限定较长超声突发信号的回波信号的位置，将在该位置检查由对象的运动引起的多普勒频移所导致的回波信号区间。两个回波信号的接收之间的时间足够短，从而可以假设对象在两次测量之间几乎没有移动。
本发明的优点可以概括如下：
-借助于两个测量阶段的组合测量周期确定对象的速度。
-例如确定诸如人的复杂对象的速度。由于复杂对象的回波峰实际上可以在两次测量之中显著变化，因此现有方法几乎不允许将两次测量的回波峰与对象相关联。根据本发明，借助于短超声突发信号的回波信号来定位对象在这方面是有用的。相比之下，使用长超声突发信号时对平均多普勒频移的影响小。
-例如，通过评估地面杂波信号来估计车辆速度。
在实际测试中，对本发明在日常使用中的适用性进行了广泛测试。在此上下文中，已经表明，具有数量较少的脉冲的超声突发信号有利地包括10至20个脉冲特别是16个脉冲，和/或190μs至380μs特别是300μs的长度，并且具有数量较多的脉冲的超声突发信号有利地包括170至220个脉冲特别是190个脉冲，和/或3.2ms至4.0ms特别是3.6μs的长度。在实际测试中，已经表明，两个超声突发信号的长度和脉冲数量应相差系数8至15，优选地相差系数10。
通常，使用信号处理单元执行回波信号的分析。
因此，根据本发明，发射不同的超声突发信号。然而，这并不一定意味着不同的信号必须分开发射。也可以发射单个超声突发信号，但是将其分成例如两个甚或更多个区间，并且将这些区间中的每一个视为本发明意义上的超声突发信号。
根据本发明，上述目的进一步通过一种用于通过分析回波信号而检查车辆环境的装置，所述回波信号是由在车辆环境中的对象处反射发射的超声信号而生成的，该装置包括：
-超声发射器，用于将两个超声突发信号沿相同方向且在时间上偏移地发射到车辆环境的同一区域，所述发射在重复的测量周期内发生，一个超声突发信号包括以一定频率串行的第一数量的超声脉冲，并且另一超声突发信号包括以相同或不同频率串行的不同于所述第一数量的第二数量的超声脉冲，
-超声接收器，用于接收在车辆环境的所述区域中潜在存在的对象处反射的所述两个超声突发信号的回波信号，以及
-信号处理单元，用于评估两个回波信号以确定车辆环境的所述区域中潜在存在的对象的不同参数，
-基于具有数量较少的超声脉冲的超声突发信号的回波信号计算车辆环境的所述区域中潜在存在的对象距车辆的距离，以及
-基于具有数量较多的超声脉冲的超声突发信号的回波信号，能够计算车辆和车辆环境的所述区域中潜在存在的对象彼此相对移动——即在其相对移动的方向或在该方向的与两个超声突发信号的发射相垂直的分量的上的速度。
附图说明
下面借助于实施方式并且参考附图更详细地说明本发明。在图中：
图1是将超声换能器布置在车辆的保险杠中的该车辆的前部的俯视图，
图2示出了在超声换能器处存在的用于发射两个不同的超声突发信号的操作电压的时间过程、以及在接收两个超声突发信号的回波信号期间在超声换能器上处存在的电压过程(course of the voltage)，
图3是两个超声突发信号的触发信号的时间过程的包络和回波信号的时间过程的包络(即叠加在图中的解调信号的包络)的图，以及
图4示出了用于计算多普勒频移(移动对象在该环境中的多普勒谱(spectralDoppler)分布)的信号选择原理。
具体实施方式
图1示出了借助于超声信号检查车辆环境的典型应用。图1是车辆10前部的俯视图，在该实施方式中，在车辆的保险杠12中，布置四个超声换能器14，其交替地作为超声发射器(由13a指示)和超声接收器(由13b指示)操作。它们将超声突发信号发射到潜在存在对象15的前方环境的区域13。数据通信总线16将超声换能器14连接到控制和评估单元18，该控制和评估单元18设置有信号处理单元20。
图2示出了第一超声突发信号22的发射和第二超声突发信号24的发射的时间顺序，第一超声突发信号22在当前情况下是短信号而第二超声突发信号24在当前情况下是较长的信号。还示出了分别跟随相关联的超声突发信号22或24的回波信号26、28的过程。为了清楚起见，显著突出了回波信号26、28的幅度。通常，激励超声换能器14的超声突发信号22、24的幅度明显大于相应的回波信号26、28的幅度。
为了阐明该方法，解调信号22、26和24、28，即包络，叠加在图3的示图中。在该示图中，两个回波信号26、28因此同时开始，然而，这样选择仅是为了图示的目的。在图3中，实线表示短超声突发信号22及其回波信号26的包络，而长超声突发信号24及其相关联的回波信号28的包络由虚线表示。此外，用于评估的指定门限值30的过程也通过点划线示出。只有那些高于指定门限值30的信号分量被评估。在短超声突发信号22的回波信号26中可以看到指示已经检测到对象的回波峰32。在该实施方式中，回波峰32出现在从短超声突发信号22的发射开始之后约6ms之后。对于长超声突发信号24的回波信号28，从6ms的时间开始在该回波信号28中存在平台34，其用于确定多普勒频移并且对其进行评估。图3中的曲线图中的曲线中的与此相关的一部分再次在图4中示出。
在下文中，将描述两个回波信号26、28的评估的示例。
首先，确定高于指定门限值30的短回波信号26的回波峰。在第二步骤中，确定长回波信号28中的要执行多普勒计算的部分(平台34)。
出于各种考虑，有利的是基于频谱重心(频谱一阶矩)计算而直接从复时间信号(complex time signal)计算多普勒计算(Doppler calculation)。
该方法从时间离散形式的存在于传感器中的复包络信号开始：
Vk＝Ik+jQk
对于评估部分，形成以下总和：
速度由角度R以及波长λ和采样频率Tsample得出：
如果R的计算不仅针对长信号的超过门限的持续时间执行，而且针对整个测量的持续时间的所有值执行，则这对应于由传感器感测的体积(volume)中的多普勒频移的中心。因为即使没有明显的障碍物，高于门限值的显著信号部分也会被地面反射(杂波)，因此可以以这种方式确定车辆的速度。如果存在多个障碍物，则幅度最大的障碍物将占主导地位。为了对其和整个方法进行更详细的说明，V将被表示为极坐标。
V＝|V|ejΦ
对于R，这导致(为简单起见，没有校正项)：
指数中的相位差近似描述了位置k处的频率：
因此，频率分量按照其振幅的平方加权。
附图标记列表
10 车辆
12 保险杠
13 车辆环境中的区域
13a 超声接收器
13b 超声发射器
14 超声换能器
15 对象
16 数据通信总线
18 评估单元
20 信号处理单元
22 较短的超声突发信号
24 较长的超声突发信号
26 较短的回波信号
28 较长的回波信号
30 指定门限值
32 回波峰
34 平台

Claims (7)

1.一种用于通过分析回波信号而检查车辆环境的方法，所述回波信号是由在车辆环境中的对象处反射发射的超声信号而生成的，其中，在所述方法中
-在重复的测量周期内，由超声发射器(13a)将具有以一定频率串行的第一数量的超声脉冲的超声突发信号(22)、以及相对于该超声突发信号(22)时间偏移的具有以相同或不同频率串行的第二数量的超声脉冲的超声突发信号(24)在相同的方向上分别发射到车辆(10)环境的同一区域(13)，所述第二数量的超声脉冲不同于所述第一数量的超声脉冲，
-在车辆(10)环境的所述区域(13)中潜在存在的对象(15)处产生因两个超声突发信号(22、24)的反射而引起的时间偏移回波信号，所述回波信号(26，28)由超声接收器(13b)接收，以及
-评估两个超声突发信号(22、24)的回波信号(26、28)以确定车辆(10)环境的所述区域(13)中潜在存在的对象(15)的不同参数，
-基于具有数量较少的超声脉冲的超声突发信号(22)的回波信号(26)计算车辆(10)环境的所述区域(13)中潜在存在的对象(15)距所述车辆(10)的距离，以及
-基于具有数量较多的超声脉冲的超声突发信号(24)的回波信号(28)，能够计算所述车辆(10)和车辆(10)环境的所述区域(13)中潜在存在的对象(15)在两个超声突发信号(22、24)的发射方向或与其相反的方向上彼此相对移动的速度。
2.根据权利要求1所述的检查车辆环境的方法，其特征在于，使用信号处理单元(20)执行回波信号(26、28)的分析。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的检查车辆环境的方法，其特征在于，将实现超声发射器(13a)和超声接收器(13b)两个功能的超声换能器(14)用作超声发射器(13a)和超声接收器(13b)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，具有数量较少的脉冲的超声突发信号(22)包括10至20个脉冲特别是16个脉冲，和/或190μs至380μs特别是300μs的长度，并且具有数量较多的脉冲的超声突发信号(24)有利地包括170至220个脉冲特别是190个脉冲，和/或3.2ms至4.0ms特别是3.6μs的长度。
5.一种用于通过分析回波信号而检查车辆环境的装置，所述回波信号是由在车辆环境中的对象处反射发射的超声信号而生成的，包括
-超声发射器(13a)，用于将两个超声突发信号(22、24)沿相同方向且在时间上偏移地发射到车辆(10)环境的同一区域(13)，所述发射在重复的测量周期内发生，一个超声突发信号(22)包括以一定频率串行的第一数量的超声脉冲，并且另一超声突发信号(24)包括以相同或不同频率串行的不同于所述第一数量的第二数量的超声脉冲，
-超声接收器(13b)，用于接收在车辆(10)环境的所述区域(13)中潜在存在的对象(15)处反射的所述两个超声突发信号(22、24)的回波信号(26、28)，以及
-信号处理单元(20)，用于评估两个回波信号(26、28)以确定车辆(10)环境的所述区域(13)中潜在存在的对象(15)的不同参数，
-基于具有数量较少的超声脉冲的超声突发信号(22)的回波信号(26)计算车辆(10)环境的所述区域(13)中潜在存在的对象(15)距所述车辆(10)的距离，以及
-基于具有数量较多的超声脉冲的超声突发信号(24)的回波信号(28)，能够计算所述车辆(10)和车辆(10)环境的所述区域(13)中潜在存在的对象(15)在两个超声突发信号(22、24)的发射方向或与其相反的方向上彼此相对移动的速度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，超声换能器(14)被设计为超声发射器(13a)和超声接收器(13b)，所述超声换能器实现超声发射器(13a)和超声接收器(13b)的功能。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的装置，其特征在于，具有数量较少的脉冲的超声突发信号(22)包括10至20个脉冲特别是16个脉冲，和/或190μs至380μs特别是300μs的长度，并且具有数量较多的脉冲的超声突发信号(24)有利地包括170至220个脉冲特别是190个脉冲，和/或3.2ms至4.0ms特别是3.6μs的长度。
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EP2994774B1 (de) * 2013-05-08 2021-02-17 Elmos Semiconductor SE Verfahren zur überwachung eines umfelds einer sich insbesondere bewegenden einrichtung

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