DE102018103561B4

DE102018103561B4 - Verfahren zum Erfassen zumindest eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs mit Trennung eines Empfangssignals eines Abstandssensors, Sensorvorrichtung sowie Fahrerassistenzsystem

Info

Publication number: DE102018103561B4
Application number: DE102018103561.6A
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: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2038-02-17
Also published as: DE102018103561A1

Abstract

Verfahren zum Erfassen zumindest eines Objekts (8) in einem Umgebungsbereich (9) eines Kraftfahrzeugs (1), bei welchem mittels eines Abstandssensors (4) ein Sensorsignal ausgesendet wird, das von dem zumindest einen Objekt (8) reflektierte Sensorsignal empfangen wird, ein Empfangssignal (10) bestimmt wird, welches einen zeitlichen Verlauf von Amplituden des reflektierten Sensorsignals beschreibt, Resonanzkurven (K1 bis K4) bestimmt werden, welche das Empfangssignal (10) beschreiben, und das zumindest eine Objekt (8) anhand einer Form der jeweiligen Resonanzkurven (K1 bis K4) charakterisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Resonanzkurve (K1) der Resonanzkurven (K1 bis K4) derart bestimmt wird, dass diese ein Maximum (M) des Empfangssignals (10) beschreibt, ein erstes Differenzempfangssignal (14) bestimmt wird, welches das Empfangssignal (10) abzüglich der ersten Resonanzkurve (K1) beschreibt, eine zweite Resonanzkurve (K2) der Resonanzkurven (K2) derart bestimmt wird, dass diese ein Maximum (M) des ersten Differenzempfangssignals (14) beschreibt, und das zumindest eine Objekt (8) anhand der Form der ersten Resonanzkurve (K1) und der zweiten Resonanzkurve (K2) charakterisiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen zumindest eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mittels eines Abstandssensors ein Sensorsignal ausgesendet wird, das von dem zumindest einen Objekt reflektierte Sensorsignal empfangen wird, ein Empfangssignal bestimmt wird, welches einen zeitlichen Verlauf von Amplituden des reflektierten Sensorsignals beschreibt, Resonanzkurven bestimmt werden, welche das Empfangssignal beschreiben und das zumindest eine Objekt anhand einer Form der jeweiligen Resonanzkurven charakterisiert wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung 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.
Ferner ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass eine Charakterisierung von Objekten anhand einer Messung mit einem Abstandssensor durchgeführt wird. Hierzu beschreibt die EP 2 073 038 B1 ein Verfahren zur Klassifizierung von Abstandsdaten eines Abstandsdetektionssystems, insbesondere eines Abstandsdetektionssystems eines Fahrzeugs zur Lokalisierung von Parklücken. Hierbei werden Messsignale ausgesendet und von an entfernten Objekten reflektierten Messsignale durch einen Sensor empfangen. Ferner werden Zeiten zwischen Aussendung und Empfang der Messsignale ermittelt und es erfolgt eine Korrelation der Zeiten zwischen Aussendung und Empfang der Messsignale mit daraus ermittelten Abstandsdaten. Zudem erfolgt ein Korrelieren von statistischer Streuung der Abstandsdaten mit Ermitteln dazugehöriger Höhe eines reflektierten Objekts.
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.
Aus der US 2012092210 A1 ist eine Methode zur Bestimmung eines Echoamplitudenprofils bekannt, bei welchem ein Echo mit einer Kanalantwort gefaltet wird.
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 zum Erfassen zumindest eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs wird mittels eines Abstandssensors ein Sensorsignal ausgesendet. Zudem wird das von dem zumindest einen Objekt reflektierte Sensorsignal bevorzugt empfangen. Des Weiteren ist es insbesondere vorgesehen, dass ein Empfangssignal bestimmt, welches insbesondere einen zeitlichen Verlauf von Amplituden des reflektierten Sensorsignals beschreibt. Ferner werden bevorzugt Resonanzkurven bestimmt, welche das Empfangssignal beschreiben und das zumindest eine Objekt wird bevorzugt anhand einer Form der jeweiligen Resonanzkurven charakterisiert. Außerdem ist es bevorzugt vorgesehen, dass eine erste Resonanzkurve der Resonanzkurven derart bestimmt wird, dass diese insbesondere ein Maximum des Empfangssignals beschreibt. Zudem wird insbesondere ein erstes Differenzempfangssignal bestimmt, welches bevorzugt das Empfangssignal abzüglich der ersten Resonanzkurve beschreibt. Außerdem wird eine zweite Resonanzkurve der Resonanzkurven derart bestimmt, dass diese insbesondere ein Maximum des ersten Differenzsignals beschreibt. Das zumindest eine Objekt wird bevorzugt anhand der ersten Resonanzkurve und der zweiten Resonanzkurve charakterisiert.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Erfassen zumindest eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird mittels eines Abstandssensors ein Sensorsignal ausgesendet und das von dem zumindest einen Objekt reflektierte Sensorsignal empfangen. Des Weiteren wird ein Empfangssignal bestimmt, welches einen zeitlichen Verlauf von Amplituden des reflektierten Sensorsignals beschreibt. Zudem werden Resonanzkurven bestimmt, welche das Empfangssignal beschreiben und das zumindest eine Objekt wird anhand einer Form der jeweiligen Resonanzkurven charakterisiert. Dabei ist es vorgesehen, dass eine erste Resonanzkurve der Resonanzkurven derart bestimmt wird, dass diese ein Maximum des Empfangssignals beschreibt. Außerdem wird ein erstes Differenzempfangssignal bestimmt, welches das Empfangssignal abzüglich der ersten Resonanzkurve beschreibt. Darüber hinaus wird eine zweite Resonanzkurve der Resonanzkurven derart bestimmt, dass diese ein Maximum des ersten Differenzsignals beschreibt. Ferner wird das zumindest eine Objekt anhand der ersten Resonanzkurve und der zweiten Resonanzkurve charakterisiert.
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 zumindest einen Objekt reflektierte Sensorsignal wieder empfangen werden. Dabei kann es der Fall sein, dass das Sensorsignal an einem einzigen 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 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 zumindest einen 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 Gaußförmig 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 vorgesehen, dass die erste Resonanzkurve bestimmt wird, welche ein Maximum des Empfangssignals beschreibt. In dem Empfangssignal wird also nach einer Signalspitze beziehungsweise einem Peak gesucht. Für diesen Peak wird dann die erste Resonanzkurve ermittelt, welche einen Teil des Empfangssignals in Bereich des Peaks beschreibt. Diese erste Resonanzkurve kann dann beispielsweise einem ersten Objekt in dem Umgebungsbereich zugeordnet werden. Auf Grundlage der Form der ersten Resonanzkurve, beispielsweise einer Amplitude und/oder einer Breite der ersten Resonanzkurve, kann dann dieses Objekt charakterisiert werden. Zudem kann der ersten Resonanzkurve eine Laufzeit zugeordnet werden, welche die zeitliche Dauer zwischen dem Aussenden des Sensorsignals und dem Empfangen des Signalanteils, welcher der ersten Resonanzkurve zugeordnet ist, beschreibt. Anhand der Laufzeit kann ein radialer Abstand zwischen dem Abstandssensor und dem Objekt bestimmt werden. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass ein erstes Differenzempfangssignal bestimmt wird, welches das Empfangssignal abzüglich der ersten Resonanzkurve beschreibt. Das erste Differenzempfangssignal beschreibt also die Differenz zwischen dem Empfangssignal und der ersten Resonanzkurve. Somit kann quasi der Rest des Empfangssignals ohne den Anteil, welcher der ersten Resonanzkurve zugeordnet wird, näher untersucht werden. Außerdem wird die zweite Resonanzkurve bestimmt, welche ein Maximum des ersten Differenzsignals beschreibt. 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 diese empfangenen und sich überlagernden Echos voneinander trennen zu können, wird das erste Differenzempfangssignal bestimmt und in diesem das Maximum beziehungsweise der Peak erkannt. Für diesen Peak in dem Differenzempfangssignal wird dann die zweite Resonanzkurve bestimmt. Ferner kann überprüft werden, ob die erste Resonanzkurve und die zweite Resonanzkurve von demselben Objekt stammen oder von zwei verschiedenen Objekten. Auf Grundlage der Form der ersten Resonanzkurve und der zweiten Resonanzkurve kann dann das zumindest eine Objekt charakterisiert werden. Somit kann die Charakterisierung des zumindest einen Objekts auf einfache Weise zuverlässiger durchgeführt werden.
Bevorzugt wird in einem Iterationsschritt ein zweites Differenzempfangssignal bestimmt, welches das erste Differenzempfangssignal abzüglich der zweiten Resonanzkurve beschreibt, und eine dritte Resonanzkurve der Resonanzkurven wird derart bestimmt, dass diese ein Maximum des zweiten Differenzempfangssignals beschreibt. Nach dem Bestimmen der zweiten Resonanzkurve kann das Verfahren also iterativ fortgesetzt werden. Somit kann überprüft werden, ob in dem zweiten Differenzempfangssignal die dritte Resonanzkurve erkannt werden kann, welche ebenfalls das zumindest eine Objekt beschreibt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass auch anhand der Form der dritten Resonanzkurve das zumindest eine Objekt charakterisiert wird. Das Verfahren kann entsprechend iterativ fortgesetzt werden, indem ein drittes Differenzempfangssignal und hierzu eine vierte Resonanzkurve bestimmt werden. Ferner kann auch ein viertes Differenzempfangssignal und hierzu eine fünfte Resonanzkurve bestimmt werden und so weiter. Somit wird es ermöglicht, eine Überlagerung von mehreren Echos in dem Empfangssignal zu erkennen und die erkannten Echos voneinander zu trennen.
In einer Ausführungsform werden mehrere Iterationsschritte durchgeführt, wobei die Iterationsschritte solange durchgeführt werden, bis eine Amplitude des Maximums des Differenzempfangssignals eine vorbestimmte Mindestamplitude unterschreitet. Die zuvor beschriebenen Iterationsschritte, bei denen jeweils die Resonanzkurven bestimmt werden, können solange durchgeführt werden, bis die Amplitude des Maximums des aktuell bestimmten Differenzempfangssignals die vorbestimmte Mindestamplitude unterschreiten. Diese Mindestamplitude kann beispielsweise ein Zehntel der Amplitude der ersten Resonanzkurve betragen. Falls die Amplitude der aktuell bestimmten Differenzempfangssignals die Mindestamplitude unterschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass das aktuell bestimmte Differenzempfangssignal nur noch Rauschen beschreibt. Ein solches Differenzempfangssignal kann dann als Rauschsignal angenommen werden. Somit kann die Iteration nur solange durchgeführt werden, solange auch sinnvolle Resonanzkurven bestimmt werden können.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn angenommen wird, dass eine der Resonanzkurven von dem zumindest einen Objekt stammt, falls eine Breite der Resonanzkurve größer ist als eine Breite einer Sende-Resonanzkurve, welche einen Amplitudenverlauf des ausgesendeten Sensorsignals beschreibt. Die Sende-Resonanzkurve beschreibt insbesondere eine Einhüllende beziehungsweise Hüllkurve des zeitlichen Verlaufs des ausgesendeten Sensorsignals. Dabei wird angenommen, dass die Breite der Resonanzkurve größer ist als die Breite der Sende-Resonanzkurve. Hierbei wird berücksichtigt, dass die Signalform beziehungsweise der zeitliche Verlauf des ausgesendeten Ultraschallsignals durch die Reflexion an dem zumindest ist einen Objekt verbreitert wird. Wenn nun eine Resonanzkurve bestimmt wird, deren Breite geringer ist als die Breite der Sende-Resonanzkurve, kann davon ausgegangen werden, dass diese Resonanzkurve kein Echo ein von einem Objekt beschreibt. In diesem Fall ist es insbesondere vorgesehen, dass die Analyse weiter fortgeführt wird und diese Resonanzkurve von dem Empfangssignal beziehungsweise dem aktuellen Differenzempfangssignal abgezogen wird. Ferner kann es vorgesehen sein, dass diese Resonanzkurve als von einem Störer stammend angenommen wird und/oder als Störsignal gekennzeichnet wird. Somit können Störsignale, die in dem Empfangssignal enthalten sind, bei der Charakterisierung des zumindest einen Objekts unberücksichtigt bleiben.
In einer weiteren Ausführungsform werden zeitlich aufeinanderfolgende Messzyklen durchgeführt und in jedem der Messzyklen werden Kurvenparameter der jeweiligen Resonanzkurven bestimmt, wobei bei der Bestimmung der jeweiligen Kurvenparameter in einem Messzyklus die in einem vorhergehenden Messzyklus bestimmten Kurvenparameter unberücksichtigt bleiben. Hierbei umfasst ein Messzyklus insbesondere die Bestimmung der jeweiligen Resonanzkurven auf Grundlage des Empfangssignals und gegebenenfalls der Differenzempfangssignale. Die jeweiligen Kurvenparameter, welche anhand der Resonanzkurven bestimmt werden, können eine Amplitude der Resonanzkurve, eine Breite der Resonanzkurve und eine der Resonanzkurve zugeordnete Laufzeit beschreiben. Die Laufzeit zwischen dem Aussenden des Sensorsignals um dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Sensorsignals beschreibt einen radialen Abstand zwischen dem Abstandssensor und dem Objekt. Die Breite und die Amplitude der jeweiligen Resonanzkurve beschreibt die Form des Objekts, die räumlichen Abmessungen des Objekts und/oder die Reflexionseigenschaften des Objekts. Auf Grundlage der Kurvenparameter kann das zumindest eine Objekt auf einfache Weise näher charakterisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden zeitliche aufeinanderfolgende Messzyklen durchgeführt und in jedem der Messzyklen werden Kurvenparameter der jeweiligen Resonanzkurven bestimmt werden, wobei bei der Bestimmung der jeweiligen Kurvenparameter in einem Messzyklus die einem vorhergehenden Messzyklus bestimmten Kurvenparameter zu einem vorbestimmten Anteil berücksichtigt werden. Der Kurvenparameter, welcher die Laufzeit beschreibt, kann üblicherweise in einem Messzyklus hinreichend genau bestimmt werden. Die Bestimmung der Kurvenparameter, welche die Breite und die Amplitude der Resonanzkurve beschreiben, verbessert sich, wenn diese in zumindest zwei aufeinanderfolgenden Messzyklen bestimmt und miteinander verglichen werden. Bei der Bestimmung dieser Kurvenparameter in einem Messzyklus können die Kurvenparameter, die in einem zeitlich vorhergehenden Messzyklus bestimmt wurden, berücksichtigt werden. Hierbei können die in dem aktuellen Messzyklus bestimmen Kurvenparameter und die in dem vorhergehenden Messzyklus bestimmten Kurvenparameter jeweils gewichtet werden. Beispielsweise können die Kurvenparameter, die in dem aktuellen Messzyklus bestimmt werden mit einem Faktor von 0,5 gewichtet werden und die in dem vorhergehenden Messzyklus bestimmten Kurvenparameter können mit einer Funktion gewichtet werden, welche sich aus den Änderungen der vorhergehenden Messzyklen ergibt. Dies bedeutet, dass je geringer die Unterschiede zwischen den Messzyklen sind, umso höher ist das Gewicht. Damit können die Kurvenparameter zuverlässig bestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden Kurvenparameter der jeweiligen der Resonanzkurve, wobei Kurvenparameter eine Amplitude, eine Breite und eine der Resonanzkurve zugeordnete Laufzeit beschreiben, mittels einer Recheneinrichtung des Abstandssensors bestimmt und an ein Steuergerät übertragen, wobei die Charakterisierung des zumindest einen Objekts anhand der Kurvenparameter mittels des Steuergeräts durchgeführt wird. Der Abstandssensor kann eine integrierte Recheneinrichtung aufweisen, mittels welcher zu jeder der bestimmten Resonanzkurven die Kurvenparameter bestimmt werden können. Insbesondere werden mittels der Recheneinrichtung für jede der Resonanzkurven jeweils drei Kurvenparameter bestimmt. Ein erster Kurvenparameter kann die maximale Amplitude der Resonanzkurve beschreiben, ein zweiter Kurvenparameter kann die Breite der Resonanzkurve beschreiben und ein dritter Kurvenparameter kann die Laufzeit beschreiben. Diese Kurvenparameter können dann von der Recheneinrichtung zu dem Steuergerät übertragen werden. Dadurch, dass nur drei Kurvenparameter übertragen werden, kann zwischen der Recheneinrichtung und dem Steuergerät ein Datenbus beziehungsweise eine Datenleitung mit einer geringen Datenrate verwendet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung werden Kurvenparameter für die jeweiligen Resonanzkurven bestimmt und die Kurvenparameter werden mit zuvor bestimmten Referenz-Kurvenparameter verglichen, wobei die Referenz-Kurvenparameter anhand von Referenz-Messungen an Referenz-Objekten bestimmt werden. 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. Auf diese Weise kann insbesondere unterschieden werden, ob die Bereiche des Empfangssignals, denen die jeweiligen Resonanzkurven zugeordnet werden, von einem einzigen Objekt oder von unterschiedlichen Objekten stammen. Somit kann beispielsweise ein niedriges Objekt erkannt werden, welches sich vor einem hohen Objekt befindet.
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.
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; und
3 einen zeitlichen Verlauf eines Empfangssignals gemäß einer weiteren Ausführungsform und eine Mehrzahl von Resonanzkurven, durch deren Überlagerung sich das Empfangssignal darstellen lässt;
4 einen zeitlichen Verlauf eines ersten Differenzempfangssignals, welches anhand des Empfangssignals gemäß 3 bestimmt wird, sowie Resonanzkurven, durch deren Überlagerung sich das erste Differenzempfangssignal darstellen lässt;
5 einen zeitlichen Verlauf eines zweiten Differenzempfangssignals, welches anhand des ersten Differenzempfangssignals gemäß 4 bestimmt wird, sowie Resonanzkurven, durch deren Überlagerung sich das zweite Differenzempfangssignal darstellen lässt;
6 einen zeitlichen Verlauf eines dritten Differenzempfangssignals, welches anhand des zweiten Differenzempfangssignals gemäß 5 bestimmt wird, sowie eine Resonanzkurve, anhand der sich das dritte Differenzempfangssignal darstellen lässt; und
7 einen zeitlichen Verlauf eines vierten Differenzempfangssignals, welche anhand des dritten Differenzempfangssignals gemäß 6 bestimmt wird.

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 jeweiligen 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. Mithilfe der Datenübertragung 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 10 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.
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 dessen 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 darstellen. Insbesondere eignet sich eine Gauß-Kurve oder Gauß-Funktion für die Beschreibung der Anteile des Empfangssignals 10, welche die Echos beschreiben beziehungsweise für die Beschreibung der Echoabschnitte 13. 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 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, 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. Diese ist ein Maß für die empfangene Energie in dem Abstandssensor 4. Die Maximalamplitude U_{0_N} 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 U_{0_N} 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 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. Der von dem Abstandssensor 4 bereitgestellte zeitliche Verlauf der Spannung U beziehungsweise das Empfangssignal 10 ist nun die Summe aus dem Spannungsverlauf der einzelnen Objekte 8 oder Oberflächenelemente der Objekte 8. Diese einzelnen Spannungsverläufe können jeweils mit den oben beschriebenen Resonanzkurven dargestellt werden. Dabei sind die Kurvenparameter U_{0_N}, t_{0_N} und µ_N charakteristische Größen für die zu bestimmenden Parameter des zumindest einen Objekts 8.
Zur Bestimmung dieser Kurvenparameter 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 für verschiede 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. Wenn hier ein Empfangssignal 10 mit dem Abstandssensor 4 bereitgestellt wird, wird von diesem Empfangssignal 10 zunächst ein Maximum M beziehungsweise ein maximaler Peak bestimmt. Hierbei wird überprüft, ob dieser Peak zu einen die Bedingung erfüllt, dass die Breite des Peaks größer als die Breite des ausgesendeten Sensorsignals ist. Zudem wird überprüft, ob die Amplitude des Peaks größer als eine vorgegebene Mindestamplitude ist.
3 zeigt ein Empfangssignal 10, welches mit einem der Abstandssensoren 4 bereitgestellt wird, gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hier beschreibt das Empfangssignal 10 einen Amplitudenverlauf beziehungsweise eine Einhüllende der mit dem Abstandsensor 4 bereitgestellten Spannung U. Dieses Empfangssignal 10 weist ein Maximum M auf. Zudem sind mehrere Resonanzkurven K1, K2, K3 und K4 dargestellt, durch deren Überlagerung das Empfangssignal 10 beschrieben werden kann. Nachfolgend wird erläutert, wie die einzelnen Resonanzkurven K1 bis K4 bestimmt werden können. Hierzu wird in dem Empfangssignal 10 zunächst das Maximum M erkannt. Danach wird überprüft, ob das erkannte Maximum M die oben beschriebenen Bedingungen erfüllt. Falls das Maximum M die Bedingungen erfüllt, wird eine erste Resonanzkurve K1 bestimmt, welche das Maximum M beschreibt. Dabei wird angenommen, dass diese Resonanzkurve K1 ein Echo des ausgesendeten Sensorsignals beschreibt und somit von einem Objekt 8 stammt. Diese erste Resonanzkurve K1 wird nun von dem Empfangssignal 10 abgezogen.
4 zeigt ein erstes Differenzempfangssignal 14, welches das Empfangssignal 10 abzüglich der ersten Resonanzkurve K1 beschreibt. Zudem sind die weiteren Resonanzkurven K2 bis K4 dargestellt, durch deren Überlagerung das erste Differenzempfangssignal 14 beschrieben werden kann. Auch von dem ersten Differenzempfangssignal 14 wird das Maximum M beziehungsweise der maximale Peak bestimmt. Falls die oben genannten Bedingungen erfüllt sind, wird für dieses Maximum M - analog zu der Bestimmung der ersten Resonanzkurve K1 für das Maximum M des Empfangssignals 10 - eine zweite Resonanzkurve K2 bestimmt. Diese zweite Resonanzkurve K2, welche das Maximum M des ersten Differenzempfangssignals 14 beschreibt, wird ebenfalls als von einem Objekt 8 stammend angenommen. Dabei kann die zweite Resonanzkurve K2 dem gleichen Objekt 8 zugeordnet werden wie die erste Resonanzkurve K1. Es kann auch der Fall sein, das die zweite Resonanzkurve K2 einem anderen Objekt 8 zugeordnet wird als die erste Resonanzkurve K1.
5 zeigt ein zweites Differenzempfangssignal 14', welches das Empfangssignal 10 abzüglich der ersten Resonanzkurve K1 und der zweiten Resonanzkurve K2 beschreibt. Das zweite Differenzempfangssignal 14' beschreibt also das erste Differenzempfangssignal 14 abzüglich der zweiten Resonanzkurve K2. Auch für das zweite Differenzempfangssignal 14' wird das Maximum M ermittelt und für dieses eine dritte Resonanzkurve K3 bestimmt. Des Weiteren zeigt 6 ein drittes Differenzempfangssignal 14", welches das Empfangssignal 10 abzüglich der ersten Resonanzkurve K1, der zweiten Resonanzkurve K2 und der dritten Resonanzkurve K3 beschreibt. In analoger Weise wird für das dritte Differenzempfangssignal 14" das Maximum M bestimmt und auf Grundlage des Maximums M eine vierte Resonanzkurve K4 ermittelt.
7 zeigt ein viertes Differenzempfangssignal 14''', welches das Empfangssignal 10 abzüglich der ersten Resonanzkurve K1, der zweiten Resonanzkurve K2, der dritten Resonanzkurve K3 und der vierten Resonanzkurve K4 beschreibt. Hierbei ist zu erkennen, dass das vierte Differenzempfangssignal 14''' einem Rauschsignal R entspricht. Dabei wird entschieden, dass die Iterationsschritte, bei denen jeweils ein Rauschsignal K2 bis K4 von einem Differenzempfangssignal 14, 14', 14" abgezogen wird, beendet wird. Das Beenden der Iterationsschritte kann erfolgen, wenn die Amplitude des Differenzempfangssignals 14, 14', 14'', 14''' eine vorbestimmte Mindestamplitude unterschreitet. Bei der iterativen Bestimmung der jeweiligen Resonanzkurven K1 bis K4 wird jeweils überprüft, ob das Maximum M des Empfangssignals 10 beziehungsweise des Differenzempfangssignals 14 bis 14''' die vorbestimmten Bedingungen erfüllt beziehungsweise ob das Maximum M eine erforderliche Mindestbreite und Mindestamplitude aufweist. Wenn ein Maximum M diese Bedingungen nicht erfüllt, soll trotzdem die Analyse durchgeführt werden und zu diesem Maximum M eine Kurve bestimmt werden und diese von dem Empfangssignal 10 beziehungsweise dem Differenzempfangssignal 14 bis 14''' abgezogen werden. Allerdings ist diese Kurve dann als Störer beziehungsweise Störsignal zu kennzeichnen.
Zu den ermittelten Resonanzkurven K1 bis K4 können dann jeweils die Kurvenparameter U_{0_N}, T_{0_N} und µ_N bestimmt werden. Anschließend daran kann dann durch den Vergleich der jeweiligen Kurvenparameter mit den in den Referenz-Messungen bestimmten Referenz-Kurvenparametern verglichen werden. Auf diese Weise kann dann auf Grundlage der Versuchsmatrix jeder der Resonanzkurven K1 bis K4 ein Objekt 8 zugeordnet werden. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Kurvenparameter mittels einer Recheneinrichtung des Abstandssensors 4 bestimmt werden und über den Datenbus an das Steuergerät 5 übertragen werden. Dadurch, dass nur die Kurvenparameter von der Recheneinrichtung an das Steuergerät 5 übertragen werden, kann ein Datenbus mit einer verhältnismäßig geringen Datenrate verwendet werden. In dem Steuergerät 5 können dann die Resonanzkurven K1 bis K4 anhand der Kurvenparameter rekonstruiert werden. Das Charakterisieren der zu den jeweiligen Resonanzkurven gehörigen Objekten 8 kann dann mittels des Steuergeräts 5 durchgeführt werden.
Wird diese Analyse erstmalig durchgeführt, dann ist zunächst nur die Information, welchen den radialen Abstand beschreibt und welche anhand des Kurvenparameters t_{0_N} bestimmt wird, hinreichend genau. Jede weitere Messung beziehungsweise jeder weitere Messzyklus, in welchem die Resonanzkurven K1 bis K4 und/oder die Kurvenparameter bestimmt werden, verbessert die Genauigkeit für die Aussage über die Art des Objekts 8 sowie dessen geometrischer Abmessungen. Für aufeinanderfolgende Messzyklen können zwei Analysemethoden vorgesehen sein. Zum einen kann der Messzyklus ohne Vorwissen gestartet werden. Dies bedeutet, dass die Durchführung des Messzyklus wie bei einem erstmalig durchgeführten Messzyklus erfolgt. Zum anderen kann der Messzyklus mit dem Vorwissen aus dem vorhergehenden Messzyklus durchgeführt werden. Bei dem Bestimmen des Ergebnisses einer Folgemessung kann das aktuelle Ergebnis und das Ergebnis aus dem vorhergehenden Messzyklus jeweils mit einer bestimmten Gewichtung berücksichtigt werden. Als Möglichkeit der Gewichtung kann das aktuelle Ergebnis mit einem Faktor 0,5 gewichtet werden und das Ergebnis aus der vorhergehenden Messung kann mit einer vorgegebenen Funktion gewichtet werden, welche sich aus den Änderungen der vorhergehenden Messzyklen ergibt.
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 zum Erfassen zumindest eines Objekts (8) in einem Umgebungsbereich (9) eines Kraftfahrzeugs (1), bei welchem mittels eines Abstandssensors (4) ein Sensorsignal ausgesendet wird, das von dem zumindest einen Objekt (8) reflektierte Sensorsignal empfangen wird, ein Empfangssignal (10) bestimmt wird, welches einen zeitlichen Verlauf von Amplituden des reflektierten Sensorsignals beschreibt, Resonanzkurven (K1 bis K4) bestimmt werden, welche das Empfangssignal (10) beschreiben, und das zumindest eine Objekt (8) anhand einer Form der jeweiligen Resonanzkurven (K1 bis K4) charakterisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Resonanzkurve (K1) der Resonanzkurven (K1 bis K4) derart bestimmt wird, dass diese ein Maximum (M) des Empfangssignals (10) beschreibt, ein erstes Differenzempfangssignal (14) bestimmt wird, welches das Empfangssignal (10) abzüglich der ersten Resonanzkurve (K1) beschreibt, eine zweite Resonanzkurve (K2) der Resonanzkurven (K2) derart bestimmt wird, dass diese ein Maximum (M) des ersten Differenzempfangssignals (14) beschreibt, und das zumindest eine Objekt (8) anhand der Form der ersten Resonanzkurve (K1) und der zweiten Resonanzkurve (K2) charakterisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Iterationsschritt ein zweites Differenzempfangssignal (14') bestimmt wird, welches das erste Differenzempfangssignal (14) abzüglich der zweiten Resonanzkurve (K2) beschreibt, und eine dritte Resonanzkurve (K3) der Resonanzkurven (K1 bis K4) derart bestimmt wird, dass diese ein Maximum (M) des zweiten Differenzempfangssignals (14') beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Iterationsschritte durchgeführt werden, wobei die Iterationsschritte solange durchgeführt werden, bis eine Amplitude des Maximums (M) des Differenzempfangssignals (14, 14', 14'', 14''') eine vorbestimmte Mindestamplitude unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass angenommen wird, dass eine der Resonanzkurven (K1 bis K4) von dem zumindest einen Objekt (8) stammt, falls eine Breite der Resonanzkurve (K1 bis K4) größer ist als eine Breite einer Senderesonanzkurve, welche einen zeitlichen Verlauf von Amplituden des ausgesendeten Sensorsignals beschreibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich aufeinanderfolgende Messzyklen durchgeführt werden und in jedem der Messzyklen Kurvenparameter der jeweiligen Resonanzkurven (K1 bis K4) bestimmt werden, wobei bei der Bestimmung der jeweiligen Kurvenparameter in einem Messzyklus die in einem vorhergehenden Messzyklus bestimmten Kurvenparameter unberücksichtigt bleiben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zeitliche aufeinanderfolgende Messzyklen durchgeführt werden und in jedem der Messzyklen Kurvenparameter der jeweiligen Resonanzkurven (K1 bis K4) bestimmt werden, wobei bei der Bestimmung der jeweiligen Kurvenparameter in einem Messzyklus die einem vorhergehenden Messzyklus bestimmten Kurvenparameter zu einem vorbestimmten Anteil berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kurvenparameter für jeweils bestimmten Resonanzkurven (K1 bis K4) bestimmt werden und die Kurvenparameter mit zuvor bestimmten Referenz-Kurvenparameter verglichen werden, wobei die Referenz-Kurvenparameter anhand von Referenz-Messungen an Referenz-Objekten bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Objekt (8) anhand einer Zuordnung der Kurvenparameter, welche für die Resonanzkurven (K1 bis K4) bestimmt werden, zu den Referenz-Kurvenparametern 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 Kurvenparameter der jeweiligen Resonanzkurve (K1 bis K4), wobei Kurvenparameter eine Amplitude, eine Breite und eine der Resonanzkurve (K1 bis K4) zugeordnete Laufzeit beschreiben, mittels einer Recheneinrichtung des Abstandssensors (4) bestimmt werden und an ein Steuergerät (5) übertragen werden, wobei die Charakterisierung des zumindest einen Objekts (8) anhand der Kurvenparameter mittels des Steuergeräts (5) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils bestimmten Resonanzkurven (K1 bis K4) eine Gauß-Verteilung beschreiben.
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 12.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 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 11 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.