DE102018103560B4

DE102018103560B4 - Verfahren zur Charakterisierung eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs durch Vergleich eines Empfangssignals eines Abstandssensors mit einer vorbestimmten Kurve, Sensorvorrichtung sowie Fahrerassistenzsystem

Info

Publication number: DE102018103560B4
Application number: DE102018103560.8A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Gotzig; Paul-David Rostocki
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2038-02-17
Also published as: DE102018103560A1

Abstract

Verfahren zur Charakterisierung eines Objekts (8) in einem Umgebungsbereich (9) eines Kraftfahrzeugs (1), bei welchem mittels eines Abstandssensors (4) ein Sensorsignal ausgesendet wird, das von dem Objekt (8) reflektierte Sensorsignal empfangen wird, ein Empfangssignal (10) bestimmt wird, welches einen zeitlichen Verlauf von Amplituden des empfangenen Sensorsignals beschreibt, eine Resonanzkurve (15) bestimmt wird, welche das Empfangssignal (10) beschreibt und das Objekt (8) anhand einer Form der Resonanzkurve (15) charakterisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzkurve (15) derart bestimmt wird, dass diese ein Maximum (M) des Empfangssignals (10) beschreibt, die Form der Resonanzkurve (15) mit einem Verlauf des Empfangssignals (10) verglichen wird und anhand des Vergleichs eine Höhe des Objekts (8) abgeschätzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mittels eines Abstandssensors ein Sensorsignal ausgesendet wird, das von dem Objekt reflektierte Sensorsignal empfangen wird, ein Empfangssignal bestimmt wird, welches einen zeitlichen Verlauf von Amplituden des empfangenen Sensorsignals beschreibt, eine Resonanzkurve bestimmt wird, welche das Empfangssignal beschreibt, und das Objekt anhand einer Form der Resonanzkurve charakterisiert wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende eine Sensoranordnung sowie ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie ein computerlesbares Medium.
Das Interesse richtet sich vorliegend auf Sensorvorrichtungen für Kraftfahrzeuge. Derartige Sensorvorrichtungen können in Fahrerassistenzsystemen, beispielsweise Parkhilfesystemen oder Systemen zum Durchführen einer Notbremsung, eingesetzt werden. Eine solche Sensorvorrichtung umfasst üblicherweise mehrere Abstandssensoren, mit denen jeweils ein Abstand zu einem Objekt beziehungsweise einem Hindernis bestimmt werden kann. Ein solcher Abstandsensor sendet ein Sensorsignal aus. Das von dem Abstandssensor ausgesendete Sensorsignal wird dann in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs von dem Objekt reflektiert und trifft wieder auf den Abstandssensor. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Sensorsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Sensorsignals kann dann unter Berücksichtigung der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sensorsignals der Abstand zwischen dem Abstandssensor und dem Objekt bestimmt werden.
Bei dem Abstandssensor kann es sich beispielsweise um einen Radarsensor, einen Lidar-Sensor, einen Laserscanner oder um einen Ultraschallsensor handeln. Im Zusammenhang mit Ultraschallsensoren ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass ein Empfangssignal bestimmt wird, welches das in dem Umgebungsbereich reflektierte Sensorsignal beziehungsweise Ultraschallsignal beschreibt. Um Abschnitte des Empfangssignals bestimmen zu können, welche eine Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt beschreiben, ist es bekannt, dass das Empfangssignal mit einem Schwellwert beziehungsweise mit einer Schwellwertkurve verglichen wird. In Abhängigkeit von dem Vergleich kann dann ein digitales Signal bestimmt werden. Dieses digitale Signal, welches beispielsweise entweder den Wert 1 oder den Wert 0 annehmen kann, kann angeben, ob das Empfangssignal den zumindest einen Schwellwert überschreitet oder nicht. Dieses digitale Signal kann innerhalb des Ultraschallsensors bestimmt werden und an ein Steuergerät übertragen werden. Nachteilig hierbei ist aber, dass nicht unterschieden werden kann, ob ein Objekt ein hohes Objekt oder ein niedriges Objekt ist. Ein niedriges Objekt, beispielsweise ein Bordstein oder eine Leiste unterhalb eines Garagentors, kann mit dem Kraftfahrzeug überfahren werden, wohingegen ein hohes Objekt, beispielsweise ein Rohr oder eine Wand, nicht überfahren werden kann. Bei einem hohen Objekt ist es erforderlich, dass dies zuverlässig erkannt wird und mithilfe des Fahrerassistenzsystems eine Warnung ausgegeben wird oder das Kraftfahrzeug notfalls automatisch gebremst wird.
Aus dem Stand der Technik sind zudem Verfahren bekannt, bei welchen mithilfe eines Abstandssensors eine Höhe eines Objekts abgeschätzt wird. Hierzu beschreibt die DE 10 2005 044 050 A1 ein Verfahren zur Parklückenbestimmung für Kraftfahrzeuge mittels eines Puls-/Echoverfahrens unter Verwendung eines Ultraschallsensors mit einer Sende-/Empfangseinrichtung. Anhand einer Detektion von zwei Echosignalen als Doppelecho, deren zeitlicher Abstand zueinander kleiner als ein vorbestimmter Mindestabstand ist, erfolgt eine Bewertung hinsichtlich der Höhe des Objekts. Hierbei wird berücksichtigt, dass Objekte, welche eine gewisse Mindesthöhe über dem Boden aufweisen, zwei Echosignale erzeugen. Objekte, die diese Mindesthöhe unterschreiten, senden als Antwort auf den Ultraschallsendepuls ein einziges Echosignal aus.
Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2009 047 012 A1 ein Verfahren zur Erfassung von Objekten, wobei mindestens ein Sensor einen Sendeimpuls als Welle, insbesondere als akustische oder elektromagnetische Welle, emittiert, die von Objekten im Ausbreitungsraum zumindest teilweise reflektiert wird, wobei die reflektierte Welle von mindestens einen Empfänger als Empfangssignal detektiert wird. Dabei es vorgesehen, dass das Empfangssignal der reflektierten Welle in Segmente aufgeteilt wird, wobei aus den einzelnen Segmenten Informationen gewonnen werden, die zur Bestimmung einer Objekthypothese herangezogen werden. Ferner ist es vorgesehen, dass eine Kurvenanpassung für eine Einhüllende der Amplitude über die einzelnen zeitlichen Segmente erfolgt. Zur Bestimmung der Einhüllenden kann eine Gaussfit-Funktion verwendet werden. Da der Informationsgehalt der zeitlichen Segmente durch Untersuchungen der Kurvenanpassung für die Einhüllende der Amplituden und/oder über die Halbhöhenbreite und/oder der eigentlichen Impulshöhe ermittelt wird, kann die Form eines Segments Auskunft über die Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit eines Objekts ergeben.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie Objekte in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs mithilfe eines Abstandssensors mit geringem Aufwand zuverlässiger charakterisiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Sensorvorrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem, durch ein Computerprogrammprodukt sowie durch ein computerlesbares Medium gemäß den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Charakterisierung eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs wird bevorzugt mittels eines Abstandssensors ein Sensorsignal ausgesendet. Ferner wird mittels des Abstandssensors insbesondere das von dem Objekt reflektierte Sensorsignal empfangen. Darüber hinaus ist es bevorzugt vorgesehen, dass ein Empfangssignal bestimmt wird, welches einen zeitlichen Verlauf von Amplituden des empfangenen Sensorsignals beschreibt. Außerdem wird insbesondere eine Resonanzkurve bestimmt wird, welche das Empfangssignal beschreibt. Das Objekt wird bevorzugt anhand einer Form der Resonanzkurve charakterisiert. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Resonanzkurve derart bestimmt wird, dass diese ein Maximum des Empfangssignals beschreibt. Bevorzugt wird die Form der Resonanzkurve mit einem Verlauf des Empfangssignals verglichen und anhand des Vergleichs wird insbesondere eine Höhe des Objekts abgeschätzt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Charakterisierung eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird mittels eines Abstandssensors ein Sensorsignal ausgesendet, das von dem Objekt reflektierte Sensorsignal wird empfangen und ein Empfangssignal wird bestimmt, welches einen zeitlichen Verlauf von Amplituden des empfangenen Sensorsignals beschreibt. Des Weiteren wird eine Resonanzkurve bestimmt, welche das Empfangssignal beschreibt, und das Objekt wird anhand einer Form der Resonanzkurve charakterisiert. Dabei ist es vorgesehen, dass die Resonanzkurve derart bestimmt wird, dass diese ein Maximum des Empfangssignals beschreibt. Des Weiteren wird die Form der Resonanzkurve mit einem Verlauf des Empfangssignals verglichen und anhand des Vergleichs wird eine Höhe des Objekts abgeschätzt.
Vorliegend soll mithilfe eines Abstandssensors eines Kraftfahrzeugs zumindest ein Objekt in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst und charakterisiert werden. Dieser Abstandssensor kann Teil einer Sensorvorrichtung sein, welche ein Steuergerät aufweist, das mit dem Abstandssensor zur Datenübertragung verbunden ist. Mit dem Abstandssensor kann das Sensorsignal ausgesendet werden und das von dem Objekt reflektierte Sensorsignal wieder empfangen werden. Dabei kann es der Fall sein, dass das Sensorsignal an einem Objekt oder auch an mehreren Objekten reflektiert wird. Es kann auch der Fall sein, dass das Sensorsignal mehrfach an einem Objekt reflektiert wird und/oder zusätzlich zu dem Objekt auch an einem Boden beziehungsweise einer Fahrbahnoberfläche reflektiert wird. Auf Grundlage des von dem zumindest einen Objekt reflektierten Sensorsignals wird dann das Empfangssignal bestimmt. Insbesondere beschreibt das Empfangssignal einen Amplitudenverlauf des von dem zumindest einen Objekt reflektierten Sensorsignals. Beispielsweise kann das Empfangssignal eine Hüllkurve oder Einhüllende des von dem zumindest einen Objekt reflektierten Sensorsignals beschreiben.
Des Weiteren werden Resonanzkurven bestimmt, welche das Empfangssignal oder Teile davon beschreiben. Dies erfolgt zu dem Zweck, dass die Anteile in dem Empfangssignal erkannt werden können, die das von dem Objekt reflektierte Sensorsignal beschreiben. Hierbei wird berücksichtigt, dass das ausgesendete Sensorsignal beziehungsweise dessen Hüllkurve die Form einer Resonanzkurve aufweist. Hierbei wird berücksichtigt, dass als Sensorsignal insbesondere als Puls ausgesendet wird. Wenn der Abstandssensor als Ultraschallsensor ausgebildet ist, wird beim Aussenden des Sensorsignals eine Membran mit einem entsprechenden Wandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, zum Schwingen angeregt. Hierbei kann die Membran mit einer Frequenz angeregt werden, welche beispielsweise ihrer Resonanzfrequenz entspricht. Wenn das Sensorsignal in Form eines Ultraschallpulses ausgesendet wird, schwingt die Membran bei Anregen zunächst an, schwingt anschließend in ihrer Resonanzfrequenz bis am Ende des Ultraschallpulses die Schwingung abklingt. Hierdurch weist die Hüllkurve des ausgesendeten Sensorsignals beziehungsweise des Ultraschallpulses die Form einer Resonanzkurve auf. Eine solche Resonanzkurve kann eine typische Glockenform aufweisen beziehungsweise Gauß-förmig ausgebildet sein. Die Resonanzkurve weist einen ansteigenden Signalabschnitt, welcher sich bis zu einem Maximum erstreckt, und einen absteigenden Signalabschnitt, welcher sich an das Maximum anschließt. Wenn nun in dem Empfangssignal ein Abschnitt erkannt wird, welcher die Form der Resonanzkurve aufweist, kann angenommen werden, dass dieser Abschnitt ein Echo des ausgesendeten Sensorsignals beschreibt. Auf Grundlage der Form der Resonanzkurve kann dann das zumindest eine Objekt näher charakterisiert werden.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es nun vorgesehen, dass die Resonanzkurve so bestimmt wird, dass diese ein Maximum des Empfangssignals beschreibt. In dem Empfangssignal wird also nach einer Signalspitze beziehungsweise einem Peak gesucht und für diesen Peak wird dann die Resonanzkurve ermittelt, welche einen Teil des Empfangssignals in Bereich des Peaks beschreibt. Die Resonanzkurve kann insbesondere eine Gauß-Funktion beziehungsweise eine Normalverteilung beschreiben. Vorliegend wird insbesondere angenommen, dass das ausgesendete Sensorsignal beziehungsweise dessen Hüllkurve die Form einer Resonanzkurve aufweist beziehungsweise als Gauß-förmig angenommen werden kann. Ferner ist es vorgesehen, dass überprüft wird, wie sich der zeitliche Verlauf des Empfangssignals von der Resonanzkurve unterscheidet. Auf diese Weise kann überprüft werden, wie sich das ausgesendete Sensorsignal durch die Reflexion an dem Objekt verändert hat. Insbesondere soll überprüft werden, ob das Empfangssignal mehrere Echos des Sensorsignals beschreibt und ob sich diese überlagern. Hierbei wird berücksichtigt, dass nach Huygens jeder Reflexionspunkt eines Objekts, an welchem das Sensorsignal beziehungsweise der Puls reflektiert wird, wieder Ausgangspunkt für eine Kugelwelle ist. Das von dem Objekt reflektierte Sensorsignal ist also eine Superposition von Kugelwellen im Energiefeld des abgestrahlten Pulses. Um nun überprüfen zu können, ob das Empfangssignal mehrere sich überlagernde Echos beschreibt, kann das Empfangssignal mit der Resonanzkurve verglichen werden. Damit kann beispielsweise überprüft werden, ob das Empfangssignal ein einziges Echo des Sensorsignals beschreibt oder ob das Empfangssignal eine Mehrfachreflexion des Sensorsignals, bei welchem das Sensorsignal ein dem Objekt und zusätzlich an dem Boden beziehungsweise einer Fahrbahnoberfläche reflektiert wird, beschreibt. Auf Grundlage dieser Information kann dann die Höhe des Objekts abgeschätzt werden. Somit kann die Charakterisierung des zumindest einen Objekts und insbesondere die Höhenschätzung auf einfache Weise zuverlässiger durchgeführt werden.
Bevorzugt wird das Objekt als niedriges Objekt angenommen, falls die Form der Resonanzkurve mit dem Verlauf des Empfangssignals zumindest bereichsweise übereinstimmt. Bei einem niedrigen Objekt, welches sich auf dem Boden beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche befindet, wird üblicherweise nur ein Echo des ausgesendeten Ultraschallsignals empfangen. Beispielsweise kann es der Fall sein, dass das ausgesendete Sensorsignal sowohl an dem Boden als auch an dem Objekt reflektiert wird. Beispielsweise kann das ausgesendete Sensorsignal zunächst an dem Objekt und anschließend an dem Boden reflektiert werden, bevor es zu dem Abstandssensor zurück gelangt. In diesem Fall ist in dem Empfangssignal nur das eine Echo vorhanden, welches diese Mehrfachreflexion beschreibt. Ein weiteres Echo, welches beispielsweise von der direkten Reflexion des ausgesendeten Sensorsignals an dem Objekt stammt, ist hier nicht vorhanden. Eine solche direkte Reflexion tritt üblicherweise auf, wenn die Höhe des Objekts zumindest die Einbauhöhe des Abstandssensors am Kraftfahrzeug aufweist. Wenn die Form der Resonanzkurve mit dem Bereich des Empfangssignals, der dem Maximum zugeordnet ist, im Wesentlichen übereinstimmt, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Objekt um ein niedriges Objekt handelt.
In einer Ausführungsform wird die Resonanzkurve derart bestimmt, dass diese symmetrisch ist, und falls der Verlauf des Empfangssignals von der Symmetrie der Resonanzkurve abweicht, wird das Objekt als hohes Objekt angenommen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Resonanzkurve derart bestimmt wird, dass diese achsensymmetrisch ist. Bevorzugt ist die Resonanzkurve achsensymmetrisch zu einer Achse oder Linie, welche senkrecht auf einer Zeitachse steht und welche durch das Maximum verläuft. Wie bereits erläutert, beschreibt die Resonanzkurve insbesondere eine Gauß-Funktion. Wenn ein einziges Echo von dem Objekt empfangen wird, ist der Bereich des Empfangssignals, welcher dieses Echo beschreibt, ebenfalls symmetrisch. Falls andererseits erkannt wird, dass der Verlauf des Empfangssignals nicht die Symmetrie der Resonanzkurve aufweist, kann davon ausgegangen werden, dass der Teil des Empfangssignals, der dem Maximum zugeordnet ist, mehrere sich überlagernde Echos beschreibt. Dies ist der Fall, wenn das Empfangssignal sowohl die direkte Reflexion des Sensorsignals an dem Objekt als auch die Mehrfachreflexion, bei welcher das Sensorsignal zusätzlicher Boden reflektiert wird, beschreibt. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Objekt um ein hohes Objekt handelt. Insbesondere kann angenommen werden, dass die Höhe des Objekts zumindest der Einbauhöhe des Abstandssensors am Kraftfahrzeug entspricht. Durch den Vergleich der Symmetrie der Resonanzkurve mit der Symmetrie des Empfangssignals kann somit auf einfache und zuverlässige Weise erkannt werden, ob eine Überlagerung von Echos vorliegt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn überprüft wird, ob der Verlauf des Empfangssignals im Vergleich zu der Resonanzkurve eine Aufweitung und/oder eine Verzerrung aufweist, welche bezogen auf die Zeit vor und/oder nach dem Maximum vorhanden ist. Wie bereits erläutert, ergeben sich bei einem hohen Objekt mehrere Signalwege für das Sensorsignal. Dies hat wiederum zur Folge, dass von dem Abstandssensor mehrere Echos empfangen werden. Durch die konstruktive und destruktive Mischung dieser Echos, wird die Symmetrie des Empfangssignals im Vergleich zu der Symmetrie der Hüllkurve des ausgesendeten Sensorsignals verzerrt. Diese Verzerrung kann unterschiedlich ausgeprägt sein. Beispielsweise kann eine Verzerrung beziehungsweise Aufweitung oder Ausbeulung des Empfangssignals vor oder nach dem Maximum vorhanden sein. Dieses Maximum des Empfangssignals beschreibt dabei insbesondere das Hauptecho. Zudem kann sich der Verlauf des Empfangssignals beispielsweise durch die Überlagerung von zwei Echos verlängern. Durch den Vergleich des Empfangssignals in dem Bereich des Maximums mit der Resonanzkurve kann auf einfache und zuverlässige Weise die Verzerrung, Ausbeulung und/oder Verlängerung des Empfangssignals erkannt werden. Damit wird eine Höhenschätzung anhand des Empfangssignals ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Objekt als hohes Objekt angenommen, falls das Empfangssignal zusätzlich zu dem Maximum ein Nebenmaximum aufweist. Dieses Nebenmaximum kann in einem vorbestimmten zeitlichen Abstand zu dem Maximum erkannt werden. Das Nebenmaximum kann zeitlich vor und/oder nach dem Maximum beziehungsweise Hauptmaximum erkannt werden. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das Nebenmaximum unabhängig von einer Schwellwertkurve, mit welcher das Empfangssignal verglichen werden kann, erkannt wird. Das Nebenmaximum kann ebenfalls durch eine Signalspitze beziehungsweise einen Peak charakterisiert sein. Das Nebenmaximum kann eine geringere Amplitude als das Maximum aufweisen. Wenn zusätzlich zu dem Maximum auch das Nebenmaximum erkannt wird, kann davon ausgegangen werden, dass diese von den Echos des Sensorsignals aufgrund der direkten Reflexion und der Mehrfachreflexion stammen. Daher kann angenommen werden, dass es sich um ein hohes Objekt handelt.
In einer weiteren Ausführungsform wird für das Nebenmaximum eine weitere Resonanzkurve bestimmt und das Objekt wird anhand einer Form der Resonanzkurve und/oder der weiteren Resonanzkurve charakterisiert. Zunächst kann das Maximum beziehungsweise das Hauptmaximum des Empfangssignals bestimmt werden. Für dieses Hauptmaximum wird dann die Resonanzkurve bestimmt. Im Anschluss daran kann dann die Differenz zwischen dem Empfangssignal und der Resonanzkurve bestimmt werden, um ein Differenzempfangssignal zu bestimmen. In dem Differenzempfangssignal kann dann ebenfalls das Maximum ermittelt werden und anhand des Maximums die weitere Resonanzkurve bestimmt werden. Somit können die Resonanzkurve und die weitere Resonanzkurve auf zuverlässige Weise bestimmt werden. Anhand der Form der Resonanzkurve und/oder der weiteren Resonanzkurve kann dann das Objekt charakterisiert werden. Zudem kann anhand der Form der Resonanzkurve und der weiteren Resonanzkurve überprüft werden, ob die dazugehörigen Bereiche des Empfangssignals Echos von demselben Objekt stammen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Resonanzkurve mit zuvor bestimmten Referenz-Resonanzkurven verglichen wird, wobei die Referenz-Resonanzkurven anhand von Referenz-Messungen an Referenz-Objekten bestimmt werden. Beispielsweise können Kurvenparameter bestimmt werden, welche die Resonanzkurve beschreiben. Insbesondere können die Kurvenparameter eine Amplitude, eine Breite und eine der Resonanzkurve zugeordnete Laufzeit beschreiben. Zu den Referenz-Resonanzkurven aus den Referenzmessungen können Referenz-Kurvenparameter bestimmt werden. Die bestimmten Kurvenparameter können mit den Referenz-Kurvenparametern verglichen werden, um das Objekt zu charakterisieren.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Objekt anhand einer Zuordnung der Resonanzkurve zu einer der Referenz-Resonanzkurven charakterisiert. Das Verfahren kann in zwei Schritte eingeteilt sein, nämlich einen Entwicklungsteil und die Analyse im laufenden Betrieb. In dem Entwicklungsteil können eine Mehrzahl von Referenz-Messungen an vorbestimmten Referenz-Objekten durchgeführt werden. Für die jeweiligen Referenz-Objekte kann dann eine Referenz-Resonanzkurve bestimmt werden und hieraus die Referenz-Kurvenparameter abgeleitet werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine Objekt anhand einer Zuordnung der Kurvenparameter, welche für die Resonanzkurve bestimmt werden, zu den Referenz-Kurvenparametern charakterisiert wird. Diese Referenz-Kurvenparameter können dann während der Analyse im laufenden Betrieb mit den aktuell bestimmten Kurvenparametern verglichen werden. Somit können die Objekt im laufenden Betrieb innerhalb einer kurven Zeitdauer charakterisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Referenz-Resonanzkurven für Referenz-Objekte mit verschiedenen Formen, verschiedenen Abmessungen und an unterschiedlichen Positionen bestimmt. Zudem ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Referenz-Resonanzkurven für unterschiedliche Untergründe bestimmt werden und/oder dass Referenz-Resonanzkurven bei verschiedenen Umgebungsbedingungen bestimmt werden. Ziel ist es, eine hinreichend genaue Kenntnis über die Entfernung und die geometrische Ausdehnung beziehungsweise Art von Objekten innerhalb des Detektionsbereiches des Abstandssensors zu bekommen. Um eine Auswertung machen zu können, ist es Teil der hier vorgestellten Lösung eine Art Objektklassifizierung vorzunehmen. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, das die Vielzahl aller Objekte in Gruppen zusammen zu fassen und sich nur auf relevante zu konzentrieren. Beispielsweise kann eine maximale Anzahl von zehn Gruppen vorgesehen sein. Ziel ist eine vereinfachte Darstellung der Umgebung mit möglichst wenigen Objekten, wobei die Anzahl der Objekte so zu bestimmten ist, dass der Informationsgehalt ausreichend ist. Eine mögliche Gruppe ist Boden, beispielsweise Schotter, Gras, Asphalt oder dergleichen. Eine weitere Gruppe können Quader mit vorbestimmten Längen, Breiten und Höhen sein, welche sich an bestimmten Positionen befinden. Eine weitere Gruppe können Zylinder mit vorbestimmten Radien und Höhen sein, welche sich an bestimmten Positionen befinden. Für diese Gruppen können Referenz-Objekte zum Durchführen der Referenz-Messungen verwendet werden. Auf Grundlage der Referenzmessungen kann dann eine Versuchsmatrix bestimmt werden. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Referenz-Messungen für unterschiedliche Umgebungsbedingungen, beispielsweise unterschiedliche Temperaturen, Luftdrücke und Luftfeuchtigkeit, durchgeführt werden. Diese Umgebungsbedingungen wirken sich auf die Ausbreitung des Sensorsignals aus. Auf Grundlage des Vergleichs der im Betrieb ermittelten Kurvenparameter mit den Referenz-Kurvenparametern kann dann das zumindest eine Objekt auf einfache und zuverlässige Weise charakterisiert werden.
Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die jeweils bestimmten Resonanzkurven eine Gauß-Verteilung beschreiben. Dies bedeutet insbesondere, dass die Resonanzkurve die Form einer Gauß-Verteilung oder Gauß-Kurve aufweist. Mit anderen Worten beschreiben die jeweiligen Resonanzkurven eine Normalverteilung. Zur Beschreibung der jeweiligen Maxima des Empfangssignals beziehungsweise des Differenzempfangssignals können auch andere Resonanzkurven, beispielsweise eine Lorentzfunktion, eine Breit-Wigner-Verteilung oder dergleichen, verwendet werden. Dies gilt in gleicher Weise für die weitere Resonanzkurve.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit codierten Sensorsignalen durchgeführt werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das von dem Abstandssensor ausgesendete Sensorsignal codiert beziehungsweise moduliert wird. Beispielsweise kann als Codierung eine Phasenumtastung, insbesondere eine binäre Phasenumtastung (BPSK), verwendet werden. Bei der Verwendung von codierten beziehungsweise modulierten Sensorsignalen sind dann die Kurvenparameter und insbesondere die Kurvenparameter, welche die Breite und die Amplitude beschreiben, eine zusätzliche Funktion des Codes. Diese kann dann bei der Bestimmung der Resonanzkurven beziehungsweise Kurvenparameter berücksichtigt werden.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen Abstandssensor und ein elektronisches Steuergerät. Dabei ist die Sensorvorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Sensorvorrichtung mehrere Abstandsensoren aufweist. Diese können dann beispielsweise verteilt an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden. Der zumindest eine Abstandsensor ist zur Datenübertragung mit dem Steuergerät verbunden. Der Abstandssensor kann als Radarsensor, als Lidar-Sensor oder als Laserscanner ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Abstandssensor als Ultraschallsensor ausgebildet.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung. Grundsätzlich können mittels des Fahrerassistenzsystems Objekte in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erkannt werden. Falls erkannt wird, dass eine Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt droht, kann eine entsprechende Warnung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der relativen Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt zumindest semi-autonom manövriert. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem als Parkhilfesystem ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem ein Bremsassistent ist.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.
Zur Erfindung gehört auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor eines elektronischen Steuergeräts und/oder einer Recheneinrichtung des Abstandssensors abgearbeitet wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, insbesondere in Form einer computerlesbaren Diskette, CD, DVD, Speicherkarte, USB-Speichereinheit, oder ähnlichen, in dem Programmcodemittel gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einen Speicher eines elektronischen Steuergeräts und/oder der Recheneinrichtung des Abstandssensors geladen und auf einem Prozessor des elektronischen Steuergeräts und/oder der Recheneinrichtung des Abstandssensors abgearbeitet werden.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug für das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt sowie für das erfindungsgemäße computerlesbare Medium.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem und einer Sensorvorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung eine Mehrzahl von Abstandssensoren aufweist;
2 einen zeitlichen Verlauf eines Empfangssignals, welches mit dem Abstandssensor bereitgestellt wird, wobei das Empfangssignal mit einer Schwellwertkurve verglichen wird;
3 das Kraftfahrzeug in einer Fahrsituation, bei welcher sich vor dem Kraftfahrzeug ein hohes Objekt befindet, sowie Signalwege eines Sensorsignals des Abstandssensors;
4 das Kraftfahrzeug in einer weiteren Fahrsituation, bei welcher sich vor dem Kraftfahrzeug ein niedriges Objekt befindet, sowie ein Signalweg des Sensorsignals des Abstandssensors;
5 ein Empfangssignal, welches mit dem Abstandssensor bei einer Fahrsituation gemäß 4 bereitgestellt wird;
6 ein Empfangssignal, welches mit dem Abstandssensor bei einer Fahrsituation gemäß 3 bereitgestellt wird;
7 ein Empfangssignal gemäß einer weiteren Ausführungsform, welches mit dem Abstandssensor bei einer Fahrsituation gemäß 3 bereitgestellt wird;
8 ein Empfangssignal, welches ein Hauptmaximum aufweist, und eine Resonanzkurve, welche das Hauptmaximum beschreibt;
9 ein Empfangssignal, welche ein Hauptmaximum und ein Nebenmaximum, welches zeitlich auf das Hauptmaximum folgt, aufweist;
10 ein Empfangssignal, welches ein Hauptmaximum sowie zeitlich vor und nach dem Hauptmaximum eine Ausbeulung aufweist;
11 ein Empfangssignal, welches ein Hauptmaximum sowie zeitlich nach dem Hauptmaximum eine Ausbeulung aufweist;
12 ein Empfangssignal, welches ein Hauptmaximum sowie zeitlich nach dem Hauptmaximum eine kurze Verzerrung aufweist;
13 ein Empfangssignal, welches ein Hauptmaximum sowie zeitlich nach dem Hauptmaximum eine lange Verzerrung aufweist;
14 ein Empfangssignal sowie eine Resonanzkurve und eine weitere Resonanzkurve, durch welche das Empfangssignal beschrieben werden kann; und
15 ein Empfangssignal gemäß einer weiteren Ausführungsform sowie eine Resonanzkurve und eine weitere Resonanzkurve, durch welche das Empfangssignal beschrieben werden kann.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, welches als Personenkraftwagen ausgebildet ist, in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem 2 als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem der Fahrer beim Einparken des Kraftfahrzeugs 1 in eine Parklücke und/oder beim Ausparken des Kraftfahrzeugs 1 aus der Parklücke unterstützt werden kann. Das Fahrerassistenzsystem 2 kann auch dazu dienen, eine Warnung auszugeben und/oder eine automatische Bremsung durchzuführen, falls eine Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und einem Objekt 8 droht.
Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst wiederum eine Sensorvorrichtung 3. Die Sensorvorrichtung 3 weist zumindest einen Abstandssensor 4 auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorvorrichtung 3 zwölf Abstandssensoren 4, von denen sechs Abstandssensoren 4 an einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 und sechs Abstandssensoren 4 an einem Heckbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sind. Die Abstandssensoren 4 sind vorliegend als Ultraschallsensoren ausgebildet. Die Ultraschallsensoren können insbesondere an den Stoßfängern des Kraftfahrzeugs 1 montiert sein. Dabei können die Ultraschallsensoren zumindest bereichsweise in entsprechenden Ausnehmungen beziehungsweise Durchgangsöffnungen der Stoßfänger angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensoren verdeckt hinter den Stoßfängern angeordnet sind. Grundsätzlich können die Abstandssensoren 4 auch an weiteren Verkleidungsteilen beziehungsweise Bauteilen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.
Mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 kann ein Empfangssignal 10 (2) bereitgestellt werden, welches zumindest ein Objekt 8 in einem Umgebungsbereich 9 des Kraftfahrzeugs 1 beschreibt. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 gezeigt. Zum Bestimmen des Empfangssignals 10 kann mittels der Abstandssensoren 4 ein Sensorsignal ausgesendet werden. Im Anschluss daran kann das von dem Objekt 8 reflektierte Sensorsignal wieder als Echo empfangen werden. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Sensorsignals und dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Sensorsignals kann ein Abstand zwischen dem Abstandssensor 4 und dem Objekt 8 bestimmt werden.
Darüber hinaus umfasst die Sensorvorrichtung 3 ein elektronisches Steuergerät 5, welches mit den Abstandssensoren 4 zur Datenübertragung verbunden ist. Entsprechende Datenleitungen beziehungsweise ein Datenbus sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. So können mit den jeweiligen Abstandssensoren 4 Informationen, welche das jeweilige Empfangssignal 10 beschreiben, an das Steuergerät 5 übertragen werden. Anhand dieser Informationen kann dann das Steuergerät 5 überprüfen, ob sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 befindet und an welcher Position sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 befindet. Diese Information kann dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 genutzt werden, um eine entsprechende Ausgabe an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 auszugeben. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem 2 das Kraftfahrzeug 1 zumindest semi-autonom in Abhängigkeit von dem zumindest einen erfassten Objekt 8 manövriert.
Wie bereits erläutert, sind die jeweiligen Abstandssensoren 4 als Ultraschallsensoren ausgebildet. Diese Ultraschallsensoren umfassen eine Membran, welche mit einem Wandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, verbunden ist. Zum Aussenden des Sensorsignals beziehungsweise des Ultraschallsignals kann an dem Wandlerelement eine elektrische Spannung U angelegt werden. Bei dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals werden die Membran und somit auch das Wandlerelement durch das reflektierte Ultraschallsignal zu Schwingungen angeregt. In Folge der Schwingungen kann mit dem Wandlerelement ebenfalls eine elektrische Spannung U erzeugt werden. Hierzu zeigt 2 einen zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannung U an dem Wandlerelement in Abhängigkeit von der Zeit t.
Während einer Sendephase des Ultraschallsensors 4 wird für eine Zeitdauer t1 das Ultraschallsignal ausgesendet. Hierzu wird beispielsweise eine sinusförmige elektrische Spannung U an dem Wandlerelement angelegt. Im Anschluss daran schwingt die Membran des Ultraschallsensors 4 für eine Ausschwingdauer t2 aus. Die Sendedauer t1 und die Ausschwingdauer t2 ergeben zusammen eine Zeitdauer t3, während der die Membran des Ultraschallsensors 4 schwingt. An die Sendephase, während der das Ultraschallsignal ausgesendet wird, schließt sich eine Empfangsphase an, währen der Echos des Ultraschallsignals, also Reflexionen des ausgesendeten Ultraschallsignals, empfangen werden. Vorliegend wird ein erstes Echo nach einer Laufzeit t4 empfangen.
Die elektrische Spannung U, welche mit dem Ultraschallsensor 4 während der Empfangsphase bereitgestellt wird, stellt das Empfangssignal 10 dar. Dieses Empfangssignal wird mit einer Schwellwertkurve 11 verglichen. Diese Schwellwertkurve 11 wird während der Empfangsphase durch mehrere Schwellwerte S1, S2 beschrieben. Vorliegend weist die Schwellwertkurve 11 während der Empfangsphase zunächst den Schwellwert S1 auf und anschließend den Schwellwert S2. In Abhängigkeit von dem Vergleich des Empfangssignals 10 mit der Schwellwertkurve 11 beziehungsweise den Schwellwerten S1 und S2 wird ein digitales Signal 12 erzeugt. Dieses digitale Signal 12 weist beispielsweise den Wert 1 auf, wenn das Empfangssignal 10 die Schwellwertkurve 11 unterschreitet. Zudem weist das digitale Signal 12 den Wert 0 auf, falls das Empfangssignal 10 die Schwellwertkurve 11 überschreitet. Die Zeitdauern, während der das digitale Signal 12 den Wert 0 aufweist, werden als Echoabschnitte 13 bezeichnet. Diese Echoabschnitte 13 werden Reflexionen des Ultraschalsignals von dem Objekt 8 beziehungsweise von mehreren Objekten 8 zugeordnet. Diese jeweiligen Echoabschnitte 13 werden während einer Detektionsphase bestimmt. Dabei wird das digitale Signal 12, welches diese Echoabschnitte 13 beschreibt, von dem jeweiligen Ultraschallsensor 4 an das Steuergerät 5 übertragen. Somit liegen innerhalb des Steuergeräts 5 Informationen darüber vor, zu welchen Zeitpunkten Echos empfangen wurden.
3 zeigt das Kraftfahrzeug 1 in einer Fahrsituation, bei welcher sich in Vorwärtsfahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug 1 ein Objekt 8 befindet. Bei dem Objekt 8 handelt es sich vorliegend um ein hohes Objekt. Beispielsweise kann es sich bei dem Objekt 8 um einen Pfosten handeln. Wenn mit dem Abstandssensor 4 ein Sensorsignal ausgesendet wird, ergeben sich unterschiedliche Signalwege L1 und L2 für das Sensorsignal. Zum einen erfolgt die direkte Reflexion, bei welcher das ausgesendete Sensorsignal direkt von dem Objekt 8 reflektiert wird und wieder zurück zu dem Abstandssensor 4 gelangt (Signalweg L1). Darüber hinaus ergibt sich eine Mehrfachreflexion, bei welcher das ausgesendete Sensorsignal zunächst an dem Objekt 8 und anschließend an einem Boden 14 beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche reflektiert wird, bevor das Sensorsignal von dem Abstandssensor 4 empfangen wird (Signalweg L2).
Im Vergleich hierzu zeigt 4 das Kraftfahrzeug 1 in einer weiteren Fahrsituation. Hierbei befindet sich in Vorwärtsrichtung vor dem Kraftfahrzeug 1 ein Objekt 8, wobei es sich bei dem Objekt 8 um ein niedriges Objekt handelt. In diesem Fall ergibt sich nur ein einziger Signalweg für das Sensorsignal, welches von dem Objekt 8 reflektiert wird. Vorliegend ergibt sich der Signalweg L2, bei welchem das Sensorsignal an dem Objekt 8 und dem Boden 14 reflektiert wird.
5 zeigt ein Empfangssignal 10, welches mit dem Abstandssensor 4 bei der Fahrsituation gemäß 4 bereitgestellt wird. Vorliegend beschreibt das Empfangssignal 10 eine Hüllkurve der von dem Abstandssensor bereitgestellten elektrischen Spannung U. Darüber hinaus ist eine Schwellwertkurve 11 gezeigt, mit welcher das Empfangssignal 10 verglichen wird. Auf Grundlage des Vergleichs des Empfangssignals 10 mit der Schwellwertkurve 11 ergibt sich das digitale Signal 12. Vorliegend weist das Empfangssignal 10 ein Maximum M beziehungsweise einen Peak auf, welcher die Schwellwertkurve 11 überschreitet. Das Empfangssignal 10 beschreibt das ausgesendete Sensorsignal, welches entlang des Signalwegs L2 verläuft und wieder von dem Abstandssensor 4 empfangen wird.
Im Vergleich hierzu zeigen die 6 und 7 jeweilige Empfangssignale 10, welche mit dem Abstandssensor 4 bei einer Fahrsituation gemäß 3 bereitgestellt werden können. Auch hier ist zu erkennen, dass die jeweiligen Empfangssignale 10 ein Maximum M beziehungsweise in Hauptmaximum aufweisen, welches jeweils die Schwellwertkurve 11 überschreitet. In 6 ist zu erkennen, dass das Empfangssignal 10 zusätzlich zu dem Maximum M auch ein Nebenmaximum M' aufweist, welches zeitlich auf das Maximum M folgt. Dieses Nebenmaximum M' überschreitet aber die Schwellwertkurve 11 nicht. Das Hauptmaximum M und das Nebenmaximum M' ergeben sich durch die beiden Signalwege L1 und L2 des Sensorsignals. In 7 ist zu erkennen, dass das Empfangssignal 10 nach dem Maximum M in einem Bereich 16, welcher zeitlich auf das Maximum M erfolgt, verzerrt ist. Diese Verzerrung des Empfangssignals 10 ist durch die Überlagerung der Echos entlang der beiden Signalwege L1 und L2 begründet. In dem digitalen Signal 12 können das Nebenmaximum M' und die Verzerrung des Empfangssignals 10 nicht erkannt werden. Auf Grundlage des digitalen Signals 12 kann somit die Höhe des Objekts 8 nicht ausreichend beurteilt werden.
Vorliegend ist es vorgesehen, dass das Empfangssignal 10 nicht nur mit der Schwellwertkurve 11 vergleichen wird, sondern dass auch ein zeitlicher Verlauf des Empfangssignals 10 analysiert wird. Das Empfangssignal 10 beziehungsweise der zeitliche Verlauf der elektrischen Spannung U ist eine Funktion des Umgebungsbereichs 9, der Form des zumindest einen Objekts 8 sowie deren Form, Orientierung und/oder Oberflächenstruktur. Zudem ist das Empfangssignal 10 von den Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und dergleichen, sowie der Energie des ausgesendeten Sensorsignals abhängig. Ziel ist es, eine hinreichend genaue Kenntnis über die Entfernung und die geometrische Ausdehnung beziehungsweise Art von Objekten 8 innerhalb des Detektionsbereiches des Abstandsensors 4 zu bekommen.
Wie Experimente gezeigt haben, lässt sich für einzelne Objekte 8, welche für den Einsatzbereich einer Sensorvorrichtung 3 beziehungsweise eines Umfelderkennungssystems in einem Kraftfahrzeug 1 relevant sind in guter Näherung die Form des Echos durch eine Resonanzkurve 15 darstellen. Insbesondere eignet sich eine Gauß-Kurve oder Gauß-Funktion für die Beschreibung der Anteile des Empfangssignals 10, welche die Echos beschreiben. Die hier vorgestellte Lösung kann aber grundsätzlich auf Grundlagen von anderen Resonanzkurven, wie zum Beispiel eine Lorentzfunktion, eine Breit-Wigner-Verteilung oder dergleichen, durchgeführt werden. Der zeitliche Verlauf einer einzelnen Resonanzkurve 15 beziehungsweise der Verlauf der elektrischen Spannung U kann mit folgender Formel beschrieben werden: $U_{N} (t) = U_{0_N} \cdot e^{{(\frac{t - t_{0_N}}{μ_{N}})}^{2}} .$
.
Der Verlauf von mehreren Resonanzkurven 15, welche sich in dem Empfangssignal 10 überlagern, kann mit folgender Formel beschrieben werden: $U (t) = \sum_{N = 1}^{k} U_{N} (t)$
Dabei beschreibt U_{0_N} die Maximalamplitude einer einzelnen Resonanzkurve 15. Diese ist ein Maß für die empfangene Energie in dem Abstandssensor 4. Die Maximalamplitude ist im Wesentlichen anhängig von der abgestrahlten Energie des Abstandssensors 4 beziehungsweise der Energie des ausgesendeten Sensorsignals. Zudem ist sie abhängig von dem Abstand der verschiedenen Oberflächenelemente des Objekts 8, der Größe des Objekts 8, der relativen Orientierung der verschiedenen Oberflächenelemente zum Abstandssensor 4, des Reflexionskoeffizienten der Oberflächenelemente. Des Weiteren ist die Maximalamplitude abhängig von dem Dämpfungskoeffizienten der Luft in dem Umgebungsbereich 9, der aktuellen Temperatur in dem Umgebungsbereich 9 sowie der absoluten und relativen Geschwindigkeit zwischen Kraftfahrzeug 1 und Objekt 8.
Des Weiteren beschreibt t_{0_N} die Laufzeit zwischen dem Aussenden des Sensorsignals und dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Sensorsignals und ist somit ein Maß für den radialen Abstand zwischen dem Abstandssensor 4 und dem Objekt 8. Der Kurvenparameter µ_N beschreibt die Breite der jeweiligen Resonanzkurve. Hier liegt als Ausgangsgröße die Breite des abgestrahlten Sensorsignals vor, welche durch die Superposition der Energiebeiträge je Oberflächenelement, welche den Ausgangspunkt für die Kugelwellen darstellen, entsprechend verbreitert wird.
8 zeigt ein weiteres Empfangssignal 10, welches mit einem der Abstandssensoren 4 bereitgestellt wird. Dieses Empfangssignal 10 beschreibt das Echo des Sensorsignals, welches entlang des Signalwegs L2 verläuft. Des Weiteren ist die Schwellwertkurve 11 sowie das aus dem Vergleich des Empfangssignals 10 mit der Schwellwertkurve 11 abgeleitete digitalen Signal 12 dargestellt. Vorliegend ist es vorgesehen, dass anhand des mit Maximum M des Empfangssignals 10 eine Resonanzkurve 15 bestimmt wird. Vorliegend beschreibt die Resonanzkurve 15 eine Gauß-Funktion. Dabei ist die Resonanzkurve 15 so bestimmt, dass diese achsensymmetrisch zu einer Achse 17 ist. Diese Achse 17 verläuft senkrecht zu der Zeitachse und schneidet das Hauptmaximum M. vorliegend ist zu erkennen, dass eine Form des Empfangssignals 10 im Bereich des Hauptmaximums M im Wesentlichen der Form der Resonanzkurve 15 entspricht. Zudem ist das Empfangssignal 10 im Bereich des Hauptmaximums M symmetrisch zu der Achse 17.
Die 9 bis 13 zeigen unterschiedliche Beispiele von Empfangssignal in 10, welche sich durch die Überlagerung von Echos entlang der Signalwege L1 und L2 ergeben können. 9 zeigt ein Empfangssignal 10, welches neben dem Hauptmaximum M ein Nebenmaximum M' aufweist, welches zeitlich auf das Hauptmaximum M folgt. 10 zeigt ein Empfangssignal 10, welches zeitlich nach dem Hauptmaximum M eine Ausbeulung 18 beziehungsweise Aufweitung aufweist. Zudem weist das Empfangssignal 10 zeitlich vor dem Hauptmaximum M eine weitere Ausbeulung 19 beziehungsweise Verzerrung auf. Bei dem Beispiel von 11 ist ein Empfangssignal 10 gezeigt, welches neben dem Hauptmaximum M die Ausbeulung 18 aufweist, welche zeitlich auf das Maximum M folgt. Die 12 und 13 zeigen Beispiele von Empfangssignalen 10, welche zeitlich nach dem Hauptmaximum M unsymmetrische Verzerrungen 20, 20' beziehungsweise Verlängerungen aufweisen. Dabei zeigte die 12 eine kurze unsymmetrische Verzerrung 20 nach dem Hauptmaximum M und die 13 zeigt eine lange unsymmetrische Verzerrung 20' nach dem Hauptmaximum M.
Um in dem Empfangssignal 10 ein Nebenmaximum M' und/oder eine Formveränderung, beispielsweise in Form einer Ausbeulung 18, 19 oder einer Verzerrung 20, 20', erkennen zu können, wird für das jeweilige Hauptmaximum M die Resonanzkurve 15 bestimmt und die Form des Empfangssignals 10 im Bereich des Hauptmaximums M mit der Resonanzkurve 15 verglichen. Hierbei wird insbesondere die Symmetrie des Empfangssignals 10 untersucht. Der Vergleich des Empfangssignals 10 mit der Resonanzkurve 15 erfolgt dabei unabhängig von der Schwellwertkurve 11. Falls erkannt wird, dass das Empfangssignal 10 im Bereich des Hauptmaximums M symmetrisch ist beziehungsweise im Wesentlichen der Form der Resonanzkurve 15 entspricht, kann davon ausgegangen werden, dass es sich um ein niedriges Objekt 8 handelt. Falls das Empfangssignal 10 im Bereich des Hauptmaximums M eine unsymmetrische Abweichung von der Resonanzkurve 15 aufweist, kann davon ausgegangen werden, dass es sich um ein hohes Objekt handelt. Zur Bestimmung der Höhe des Objekts 8 können unterstützend weitere bekannte Detektionsverfahren, beispielsweise Triangulation, Plausibilisierung anhand einer digitalen Umgebungskarte oder dergleichen, verwendet werden.
14 zeigt ein Empfangssignal 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Auch dieses Empfangssignal 10 beschreibt die Überlagerung von zwei Echos durch den Verlauf des Sensorsignals entlang der beiden Signalwege L1 und L2. Das Empfangssignal 10 weist eine Ausbeulung 18 zeitlich nach dem Hauptmaximum M auf. Ferner ist die Resonanzkurve 15 gezeigt, welche das Hauptmaximum M des Empfangssignals 10 beschreibt. Des Weiteren ist eine weitere Resonanzkurve 15' in Bereich dieser Ausbeulung 18 dargestellt. Durch die Überlagerung der Resonanzkurve 15 und der weiteren Resonanzkurve 15' kann das Empfangssignal 10 beschrieben werden. 15 zeigt ein Empfangssignal 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dieses Empfangssignal 10 weist neben dem Hauptmaximum M ein Nebenmaximum M' auf, welches zeitlich auf das Hauptmaximum M folgt. Auch hier sind die Resonanzkurve 15 und die weitere Resonanzkurve 15' gezeigt, durch deren Überlagerung das Empfangssignal 10 beschrieben werden kann.
Die weitere Resonanzkurve 15' kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass zunächst die Resonanzkurve 15 für das Empfangssignal 10 bestimmt wird. Im Anschluss daran kann die Resonanzkurve 15 von dem Empfangssignal 10 abgezogen werden und hierdurch ein Differenzempfangssignal bestimmt werden. Auf Grundlage des Differenzempfangssignals beziehungsweise des Maximums des Differenzempfangssignals kann dann die weitere Resonanzkurve 15' bestimmt werden. Anhand der bestimmten Resonanzkurve 15 und/oder der weiteren Resonanzkurve 15' kann dann das Objekt 8 charakterisiert werden.
Zur Charakterisierung des Objekts 8 wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches zwei Schritte umfasst. In einem ersten Schritt beziehungsweise in einem Entwicklungsteil werden Referenz-Messungen an Referenz-Objekten durchgeführt. Hierbei werden Referenz-Resonanzkurven bestimmt. Diese Referenz-Resonanzkurven werden für vorbestimmte Referenz-Objekte, beispielsweise Quader, Zylinder oder dergleichen bestimmt. Zudem können die Referenz-Objekte unterschiedliche Höhen aufweisen. Ferner können Referenz-Resonanzkurven für unterschiedliche Böden, beispielsweise eine asphaltierte Straße oder eine Schotterweg, bestimmt werden. Außerdem können die Referenz-Resonanzkurven für unterschiedliche Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder dergleichen, bestimmt werden. Hieraus ergibt sich dann eine Versuchsmatrix, welche die Kurvenparameter U_{0_N}, t_{0_N} und µ_N der Referenz-Resonanzkurven für verschieden Kombinationen beschreibt. Zur Steigerung der Effizienz können hierbei Methoden wie beim sogenannten Design of Experiment (DoE) und/oder Methoden des maschinellen Lernens verwendet werden. In einem zweiten Schritt erfolgt die Analyse im realen Betrieb der Sensorvorrichtung 3. Hier können die bestimmten Resonanzkurven 15, 15' dann den Referenz-Resonanzkurven zugeordnet werden. Auf diese Weise kann das Objekt 8 dann charakterisiert werden.
Vorliegend wurde das Verfahren am Beispiel von Ultraschallsensoren erläutert. Das Verfahren kann jedoch durch entsprechenden Anpassungen auch für andere Abstandsensoren 4 beziehungsweise Sensortechnologien, beispielsweise Radarsensoren, Lidar-Sensoren oder dergleichen, angewendet werden.

Claims

Verfahren zur Charakterisierung eines Objekts (8) in einem Umgebungsbereich (9) eines Kraftfahrzeugs (1), bei welchem mittels eines Abstandssensors (4) ein Sensorsignal ausgesendet wird, das von dem Objekt (8) reflektierte Sensorsignal empfangen wird, ein Empfangssignal (10) bestimmt wird, welches einen zeitlichen Verlauf von Amplituden des empfangenen Sensorsignals beschreibt, eine Resonanzkurve (15) bestimmt wird, welche das Empfangssignal (10) beschreibt und das Objekt (8) anhand einer Form der Resonanzkurve (15) charakterisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzkurve (15) derart bestimmt wird, dass diese ein Maximum (M) des Empfangssignals (10) beschreibt, die Form der Resonanzkurve (15) mit einem Verlauf des Empfangssignals (10) verglichen wird und anhand des Vergleichs eine Höhe des Objekts (8) abgeschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (8) als niedriges Objekt angenommen wird, falls die Form der Resonanzkurve (15) mit dem Verlauf des Empfangssignals (10) zumindest bereichsweise übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzkurve (15) derart bestimmt wird, dass diese symmetrisch ist, und falls der Verlauf des Empfangssignals (10) von der Symmetrie der Resonanzkurve (15) abweicht, das Objekt (8) als hohes Objekt angenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob der Verlauf des Empfangssignals (10) im Vergleich zu der Resonanzkurve (15) eine Aufweitung (18, 19) und/oder eine Verzerrung (20, 20') aufweist, welche bezogen auf die Zeit (t) vor und/oder nach dem Maximum (M) vorhanden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (8) als hohes Objekt angenommen wird, falls das Empfangssignal (10) zusätzlich zu dem Maximum (M) ein Nebenmaximum (M') aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das Nebenmaximum (M') eine weitere Resonanzkurve (15') bestimmt wird und das Objekt (8) anhand einer Form der Resonanzkurve (15) und/oder der weiteren Resonanzkurve (15') charakterisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzkurve (15) mit zuvor bestimmten Referenz-Resonanzkurven verglichen wird, wobei die Referenz-Resonanzkurven anhand von Referenz-Messungen an Referenz-Objekten bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (8) anhand einer Zuordnung der Resonanzkurve (15) zu einer der Referenz-Resonanzkurven charakterisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz-Resonanzkurven für Referenz-Objekte mit verschiedenen Formen, verschiedenen Abmessungen und/oder an unterschiedlichen Positionen bestimmt werden, dass die Referenz-Resonanzkurven für unterschiedliche Untergründe bestimmt werden und/oder dass die Referenz-Resonanzkurven für verschiedene Umgebungsbedingungen bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Resonanzkurve (15) eine Gauß-Verteilung beschreibt.
Sensorvorrichtung (3) für ein Fahrerassistenzsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (1), mit zumindest einem Abstandssensor (4) und mit einem elektronischen Steuergerät (5), wobei die Sensorvorrichtung (3) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
Fahrerassistenzsystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Sensorvorrichtung (3) nach Anspruch 11.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor einer Recheneinrichtung eines Abstandssensors (4) und/oder eines elektronischen Steuergeräts (5) abgearbeitet wird.
Computerlesbares Medium, in dem Programmcodemittel gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einen Speicher einer Recheneinrichtung eines Abstandssensors (4) und/oder eines elektronischen Steuergeräts (5) geladen und auf einem Prozessor der Recheneinrichtung und/oder des elektronischen Steuergeräts (5) abgearbeitet werden.