DE102018111854A1

DE102018111854A1 - Verfahren zum Schätzen einer Höhe eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs mittels eines Ultraschallsensors durch Bestimmung von Wahrscheinlichkeitswerten und Extraktion von Parametern

Info

Publication number: DE102018111854A1
Application number: DE102018111854.6A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Poepperl; Raghavendra Gulagundi; Jean-Francois Bariant
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2019-11-21
Also published as: WO2019219420A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen einer Höhe eines Objekts (4) in einem Umgebungsbereich (5) eines Kraftfahrzeugs (1), bei welchem anhand eines von einem Ultraschallsensor (7) des Kraftfahrzeugs (1) ausgesendeten und in dem Umgebungsbereich (5) reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal (10) bestimmt wird, wobei das Empfangssignal (10) einen zeitlichen Verlauf von Amplitudenwerten (13) beschriebt, und anhand der Amplitudenwerte (13) eine Höhe des Objekts (4) abgeschätzt wird, wobei für die Amplitudenwerte (13) jeweilige Wahrscheinlichkeitswerte (14) bestimmt werden, welche eine Wahrscheinlichkeit angeben, ob der Amplitudenwert (13) das von dem Objekt (4) in dem Umgebungsbereich (5) reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, aus den Amplitudenwerten (13) und den Wahrscheinlichkeitswerten (14) Parameter (16) extrahiert werden und anhand der extrahieren Parameter (16) die Höhe des Objekts (4) abgeschätzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen einer Höhe eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs, bei welchem anhand eines von einem Ultraschallsensor des Kraftfahrzeugs ausgesendeten und in dem Umgebungsbereich reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt wird, wobei das Empfangssignal einen zeitlichen Verlauf von Amplitudenwerten beschreibt, und anhand der Amplitudenwerte eine Höhe des Objekts abgeschätzt wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegend Erfindung eine Recheneinrichtung sowie eine Ultraschallsensorvorrichtung. Des Weiteren betrifft die vorliegend Erfindung ein Fahrerassistenzsystem mit einer solchen Ultraschallsensorvorrichtung. Außerdem betrifft die vorliegen Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie ein computerlesbares Medium.
Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensoren für Kraftfahrzeuge. Derartige Ultraschallsensoren können beispielsweise Teil eines Fahrerassistenzsystems sein, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs zu unterstützen. Insbesondere werden derartige Ultraschallsensoren dazu verwendet, einen Abstand zu einem Objekt zu bestimmen beziehungsweise eine relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt zu ermitteln. Hierzu wird mit dem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet und das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals beziehungsweise Echos kann dann unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit der Abstand zu dem Objekt bestimmt werden.
Ferner ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass Messungen von Ultraschallsensoren dazu verwendet werden, um die Höhe des Objekts abzuschätzen. Die aktuelle Höhenschätzung im Bereich von Ultraschallsensorvorrichtungen basiert in den meisten Fällen auf der Auswertung des Echo-Typs beziehungsweise des Ausbreitungswegs des Ultraschallsignals. Dabei können prinzipiell zwei verschiedene Echo-Typen unterschieden werden. Zum einen der eines Objekts, das höher als die Einbauhöhe des Ultraschallsensors ist. In diesem Fall können zwei verschiedene Ausbreitungswege des Ultraschallsignals beobachtet werden. Hier ergibt sich die direkte Reflexion des Ultraschallsignals, bei dem das ausgesendete Ultraschallsignal direkt zu dem Objekt übertragen wird und das reflektierte Ultraschallsignal auf direktem Weg wieder zurück zu dem Ultraschallsensor gelangt. Ferner ergeben sich so genannte Mehrfachreflexionen, bei denen das ausgesendete Ultraschallsignal von dem Ultraschallsensor über eine Fahrbahnoberfläche zu dem Objekt und von dort wieder zurück zu dem Ultraschallsensor oder zuerst zu dem Objekt und dann über die Fahrbahnoberfläche und von dort zurück zu dem Ultraschallsensor gelangt. Diese beiden zuvor genannten Ausbreitungswege führen jedoch am Empfänger beziehungsweise Ultraschallsensor zu demselben Ergebnis, da die Ausbreitungswege Ultraschallsensor-Fahrbahnoberfläche-Objekt-Ultraschallsensor und Ultraschallsensor-Objekt-Fahrbahnoberfläche-Ultraschallsensor dieselbe Laufzeit aufweisen.
Aus der EP 1 764 630 B1 ist ein Verfahren zur Parklückenbestimmung mittels eines Puls-/Echoverfahrens unter Verwendung eines eine Sende-/Empfangseinrichtung aufweisenden Ultraschallsensors bekannt. Hierbei wird berücksichtigt, dass Objekte, die eine gewisse Mindesthöhe gegenüber dem Boden beziehungsweise der Fahrbahnebene aufweisen, zwei Echosignale erzeugen, nämlich ein erstes Echosignal aufgrund der Reflexion an dem Objekt und ein zweites Echosignal aufgrund der weiteren Reflexion der von dem Objekt gestreuten Schallwelle am Boden. Wenn ein solches Doppelecho erkannt wird, wird angenommen, dass das Objekt eine bestimmte Mindesthöhe aufweist.
Da bei diesen indirekten Reflexionen beziehungsweise Mehrfachreflexionen eine Reflexion des Ultraschallsensors an dem Boden beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche stattfindet, ist es naheliegend, dass die Bodenstruktur einen großen Einfluss auf die Performanz der Höhenschätzung mit dieser Methode besitzt. Des Weiteren können Bodenbeläge, wie zum Beispiel Schotter, dazu führen, dass die Detektion und Zuordnung von Echos zu einem Objekt erschwert wird, was die oben beschriebene Methode zusätzlich negativ beeinflusst.
Ferner ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass Abstandsdaten, die mit einem Abstandsdetektionssystem bereitgestellt werden, klassifiziert werden. Dies ist beispielsweise in der EP 2 073 038 B1 offenbart. Hierbei werden mittels des Abstandsdetektionssystems Signale ausgesendet und von entfernten Objekten reflektierte Messsignale wieder empfangen. Ferner erfolgt eine Korrelation der Zeiten zwischen Aussendung und Empfang der Messsignale mit daraus ermittelten Abstandsdaten. Zudem ist es vorgesehen, dass eine statistische Streuung der Abstandsdaten mit der ermittelten zugehörigen Höhe des reflektierenden Objekts korreliert wird. Hierbei wird berücksichtigt, dass größere Objekte, die Messsignale reflektieren, eine weit größere Streuung der Abstandsdaten zwischen zwei Messungen aufweisen als kleinere Objekte.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Höhenschätzung eines Objekts mit Hilfe eines Ultraschallsensors zuverlässiger durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße durch ein Verfahren, durch eine Recheneinrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem, durch ein Computerprogrammprodukt sowie durch ein computerlesbares Medium mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Schätzen einer Höhe eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird anhand eines von einem Ultraschallsensor des Kraftfahrzeugs ausgesendeten und in dem Umgebungsbereich reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt. Dieses Empfangssignal beschreibt einen zeitlichen Verlauf von Amplitudenwerten. Ferner wird anhand der Amplitudenwerte eine Höhe des Objekts abgeschätzt. Des Weiteren werden für die Amplitudenwerte jeweilige Wahrscheinlichkeitswerte bestimmt, welche eine Wahrscheinlichkeit angeben, ob der Amplitudenwert das von dem Objekt in dem Umgebungsbereich reflektierte Ultraschallsignal beschreibt. Darüber hinaus werden aus den Amplitudenwerten und den Wahrscheinlichkeitswerten Parameter extrahiert. Außerdem wird anhand der extrahieren Parameter die Höhe des Objekts abgeschätzt.
Mit Hilfe des Verfahrens soll die Höhe des Objekts, welches sich in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs befindet, abgeschätzt werden. Somit kann beispielsweise ermittelt werden, ob es sich bei dem Objekt um ein hohes Objekt oder um ein niedriges Objekt handelt. Ein niedriges Objekt kann ein derartiges Objekt beschreiben, welches beispielsweise von dem Kraftfahrzeug überfahren werden kann, ohne dass eine Beschädigung des Kraftfahrzeugs droht. Bei einem hohen Objekt droht üblicherweise eine Beschädigung des Kraftfahrzeugs. Die Höhe des Objekts wird bevorzugt in Hochrichtung des Kraftfahrzeugs beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung bestimmt. Zur Abschätzung der Höhe wird zumindest eine Messung mit dem Ultraschallsensor durchgeführt. Zunächst wird mit dem Ultraschallsensor das Ultraschallsignal ausgesendet. Hierzu kann der Ultraschallsensor mit einer elektronischen Recheneinrichtung angesteuert werden. Der Ultraschallsensor kann eine Membran aufweisen, die mit einem Wandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, gekoppelt ist. Mittels der Recheneinrichtung kann ein Anregungssignal in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung an das Wandlerelement übertragen werden. Hierdurch werden das Wandlerelement und somit auch die Membran zum Schwingen angeregt, wodurch das Ultraschallsignal ausgesendet wird. Darüber hinaus wird mit dem Ultraschallsensor das in dem Umgebungsbereich beziehungsweise das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen. Bei dem Empfangen des Ultraschallsignals trifft das reflektierte Ultraschallsignal oder ein Teil davon auf die Membran des Ultraschallsensors. Hierdurch wird diese und auch das Wandlerelement zum Schwingen angeregt. Mit dem Wandlerelement beziehungsweise dem Ultraschallsensor kann dann das Empfangssignal ausgegeben werden, welches die Schwingung der Membran in Abhängigkeit von der Zeit und somit das empfangene Ultraschallsignal beschreibt. Ferner setzt sich das Empfangssignal aus einer Mehrzahl von Amplitudenwerten zusammen, welche jeweils die Amplitude der Schwingung der Membran beziehungsweise des empfangenen Ultraschallsignals beschreiben. Es kann auch vorgesehen sein, dass zum Bestimmen des Empfangssignals ein Rohsignal in Form der zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung, das mit dem Wandlerelement ausgegeben wird, mit einem Analog-Digital-Wandler abgetastet wird. In diesem Fall können die einzelnen Amplitudenwerte den Abtastpunkten entsprechen.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass für die Amplitudenwerte jeweilige Wahrscheinlichkeitswerte bestimmt werden. Beispielsweise können für alle Amplitudenwerte des Empfangssignals jeweilige Wahrscheinlichkeitswerte bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass nur für vorbestimmte Amplitudenwerte ein Wahrscheinlichkeitswert bestimmt wird. Dieser Wahrscheinlichkeitswert gibt die Wahrscheinlichkeit an, ob der Amplitudenwert das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal beschreibt. Der Wahrscheinlichkeitswert gibt also an, ob der Amplitudenwert von dem Objekt beziehungsweise dem Ziel stammt. Aus den jeweiligen Wahrscheinlichkeitswerten ergibt sich eine Art von Wahrscheinlichkeitsfunktion für die gemessenen Amplitudenwerte. Hierbei handelt es sich lediglich um ein Maß für die Wahrscheinlichkeit und nicht um die tatsächliche Wahrscheinlichkeit für einen bestimmten Wert. In einem nächsten Schritt werden aus den Amplitudenwerten und den Wahrscheinlichkeitswerten Parameter extrahiert. Es werden also eine Mehrzahl von Amplitudenwerten und eine Mehrzahl von dazugehörigen Wahrscheinlichkeitswerten bestimmt, von denen die Parameter extrahiert werden. Dabei können die Parameter ausgewählte Amplitudenwerte oder Wahrscheinlichkeitswerte beschreiben. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Parameter anhand der Amplitudenwerte und/oder der Wahrscheinlichkeitswerte berechnet beziehungsweise bestimmt werden. In einem Folgeschritt werden dann die extrahierten Parameter dazu verwendet, die Höhe des Objekts abzuschätzen. Insgesamt wird also ein mehrstufiges Verfahren bereitgestellt, um auf Grundlage der Amplitudenwerte des Empfangssignals die Höhe des Objekts abschätzen zu können. Auf diese Art und Weise kann die Robustheit, Detailtiefe und Performanz der Höhenbestimmung mit dem Ultraschallsensor deutlich verbessert werden. Insgesamt kann somit die Höhenschätzung zuverlässiger durchgeführt werden.
Bevorzugt wird die Wahrscheinlichkeit anhand einer zuvor bestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion bestimmt, wobei die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eine Häufigkeit von Referenz-Amplitudenwerten bei Referenz-Messungen für Reflexionen des Ultraschallsignals an einer Fahrbahnoberfläche beschreibt. Um die Wahrscheinlichkeitswerte zu bestimmen, ist es zunächst vorgesehen, dass entsprechende Referenz-Messungen beziehungsweise Kalibrier-Messungen durchgeführt werden. Diese Referenz-Messungen können an Referenz-Fahrbahnoberflächen ohne zusätzliche Objekte in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass bei den Referenz-Messungen insbesondere das Ultraschallsignal ausgesendet und das von der Fahrbahnoberfläche beziehungsweise von dem Boden reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen wird. Diese Referenz-Messungen und die hieraus bestimmte Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion kann vor dem Einbau des Ultraschallsensors beziehungsweise der Ultraschallsensorvorrichtung in das Kraftfahrzeug durchgeführt werden. Bei den Referenz-Messungen kann eine Häufigkeit der Referenz-Amplitudenwerte bestimmt werden. Dies bedeutet, dass für vorbestimmte Referenz-Amplitudenwerte eine Häufigkeit ermittelt wird. Zu dieser Häufigkeitsverteilung kann dann die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion ermittelt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Kurve bestimmt werden, durch welche die Häufigkeitsverteilung angenähert werden kann. Diese Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion dient dann als Grundlage um die jeweiligen Wahrscheinlichkeitswerte zu bestimmen. So kann beispielsweise einem Amplitudenwert, der in der Messung bestimmt wird, dessen zugehöriger Referenz-Amplitudenwert mit einer geringen Häufigkeit auftritt, eine hohe Wahrscheinlichkeit zugeordnet werden.
In einer Ausführungsform werden die Referenz-Messungen für unterschiedliche Typen von Fahrbahnoberflächen durchgeführt. Es können also mehrere Referenz-Messungen für unterschiedliche Fahrbahnoberflächen beziehungsweise Bodenbelege durchgeführt werden. Beispielsweise können Referenz-Messungen für asphaltierte Straßen, für Schotterwege, für Rasenflächen oder dergleichen durchgeführt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass Referenz-Messungen für unterschiedliche Fahrbahnzustände, beispielsweise eine trockene Fahrbahn, eine nasse Fahrbahn, eine vereiste Fahrbahn oder dergleichen durchgeführt werden. Im Betrieb des Ultraschallsensors beziehungsweise der Ultraschallsensorvorrichtung kann eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion zugrunde gelegt werden, die auf Grundlage der verschiedenen Referenz-Messungen ermittelt wurde. Es kann auch vorgesehen sein, dass die aktuelle Fahrbahnoberfläche der Fahrbahn, auf der sich das Kraftfahrzeug aktuell befindet, bestimmt wird und die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion zu dieser Fahrbahnoberfläche verwendet wird. Beispielsweise kann die aktuelle Fahrbahnoberfläche anhand von Messungen mit dem Ultraschallsensor selbst erkannt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein anderer Sensor des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine Kamera, dazu verwendet wird, die aktuellen Fahrbahnoberfläche zu bestimmen. Die aktuelle Fahrbahnoberfläche kann auch auf Grundlage von digitalen Kartendaten ermittelt werden. Dies ermöglicht eine präzise Bestimmung der Wahrscheinlichkeitswerte auf Grundlage der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion in Abhängigkeit von einer Entfernung zu dem Ultraschallsensor bestimmt. Beispielsweise können unterschiedliche Abstandsbereiche vorgegeben werden, für die jeweils die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion bestimmt wird. Hierbei kann berücksichtigt werden, dass die Einflüsse von Bodenreflexionen in einem vorbestimmten Nahbereich, der sich an den Ultraschallsensor anschließt, höher sind als in einem Fernbereich. Somit können die jeweiligen Wahrscheinlichkeitswerte präzise bestimmt werden und somit die Höhe des Objekts zuverlässig abgeschätzt werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn bei dem Extrahieren der Parameter eine Reduzierung der Dimension der Daten durchgeführt wird. Wie bereits erläutert, können die Parameter aus den Amplitudenwerten und den Wahrscheinlichkeitswerten extrahiert werden. Zum Extrahieren der Parameter kann ein Verfahren verwendet werden, durch welche die Menge der Daten, die durch die Amplitudenwerte und die Wahrscheinlichkeitswerte gegeben ist, reduziert werden kann. Insbesondere kann die Dimension dieser Daten reduziert werden. Auf diese Weise kann der Rechenaufwand reduziert werden und somit die Rechenzeit verkürzt werden. Dies ermöglicht es, die Höhenschätzung des Objekts innerhalb einer kurzen Zeitdauer durchzuführen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum Extrahieren der Parameter ein statistisches Verfahren verwendet. Mit anderen Worten können die Parameter auf Grundlage der Amplitudenwerte und der Wahrscheinlichkeitswerte mittels eines statistischen Verfahrens bestimmt werden. Typische Parameter bei einer statistischen Analyse beziehungsweise bei einem statistischen Verfahren sind unter anderem der Mittelwert, die Standardabweichung oder die Schiefe. Diese Parameter können mit bekannten statistischen Verfahren auf zuverlässige Weise berechnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum Extrahieren der Parameter ein Clusteranalyse oder ein Clustering-Verfahren verwendet. Als Clusteranalyse kann beispielsweise die Hauptkomponentenzerlegung (PCA - Principal Component Analysis) oder die Unabhängigkeitsanalyse (ICA - Independent Component Analysis) verwendet werden. Mit Hilfe der Clusteranalyse können Ähnlichkeitsstrukturen in dem Amplitudenwerten und den Wahrscheinlichkeitswerten ermittelt werden. Die so gefundenen Gruppen von ähnlichen Elementen können dann zu einem Cluster zusammengefasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Abschätzung der Höhe anhand der Parameter mittels eines Klassifizierungsverfahrens durchgeführt. Als Klassifizierungsverfahren können beispielsweise eine Stützvektormaschine (support vector machine), k-nearest neighbour oder andere Klassifizierungsverfahren genutzt werden. Ferner können auch entsprechende Lehrverfahren, beispielsweise das so genannte Deep Learning verwendet werden. Auch klassische Verfahren, welche lediglich Schwellwerte zur Objektunterscheidung nutzen, sind denkbar. Dies ermöglicht eine zuverlässige Schätzung der Höhe.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Abschätzung Höhe anhand der Parameter mittels eines Regressionsverfahrens durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich zu dem Klassifizierungsverfahren kann also ein Regressionsverfahren zur Höhenschätzung genutzt werden. Für die Klassifizierung und/oder Regression können dann die Parameter, die aus der jeweiligen Parameter-Extraktion resultieren, kombiniert werden. Mit Hilfe dieser Kombination kann dann ein beliebiges Klassifizierungsverfahren genutzt werden, um die Höhe des Objekts abzuschätzen. Dies ermöglicht eine zuverlässige Höhenschätzung.
Eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung für eine Ultraschallsensorvorrichtung eines Kraftfahrzeugs ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Die Recheneinrichtung kann mit dem Ultraschallsensor zur Datenübertragung verbunden sein. Mit Hilfe der Recheneinrichtung kann ein Anregungssignal an den Ultraschallsensor übertragen werden, infolgedessen mit dem Ultraschallsensor das Ultraschallsignal ausgesendet wird. Ferner kann mit dem Ultraschallsensor beim Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals das Empfangssignal bestimmt werden und an die Recheneinrichtung übertragen werden. Ferner können mit der Recheneinrichtung die Wahrscheinlichkeitswerte bestimmt werden. Zudem kann mit der Recheneinrichtung die Parameter-Extraktion durchgeführt werden. Zudem kann die Höhenschätzung auf Grundlage der extrahierten Parameter durchgeführt werde.
Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeugs umfasst eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung sowie einen Ultraschallsensor. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist. Dabei kann die Recheneinrichtung durch ein elektronisches Steuergerät des Kraftfahrzeugs gebildet sein. Alternativ dazu kann die Recheneinrichtung in dem Gehäuse des Ultraschallsensors angeordnet sein. In diesem Fall ist es insbesondere vorgesehen, dass die Recheneinrichtung als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC - Application-Specific Integrated Circuit) ausgebildet ist.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Dabei kann es vorgesehen sein, dass mittels des Fahrerassistenzsystems beziehungsweise einer Ausgabeeinrichtung des Fahrerassistenzsystems eine Ausgabe an den Fahrer ausgegeben wird, welche beschreibt, ob es sich bei dem Objekt um ein hohes Objekt oder um ein niedriges Objekt handelt. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der erkannten Höhe des Objekts zumindest semiautonom manövriert. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem autonom eine Bremsung einleiten, falls das Objekt als hohes Objekt erkannt wird.
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 einer elektronischen Recheneinrichtung 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 einer elektronischen Recheneinrichtung geladen und auf einem Prozessor der elektronischen Recheneinrichtung abgearbeitet werden.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Recheneinrichtung, für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, 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 in einer Seitenansicht, wobei das Kraftfahrzeug ein Fahrerassistenzsystem mit einer Ultraschallsensorvorrichtung zur Abschätzung einer Höhe eines Objekts aufweist;
2 eine Häufigkeitsverteilung, welche eine Häufigkeit von Amplitudenwerten eines Empfangssignals eines Ultraschallsensors beschreibt sowie eine Kurve, welche eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion beschreibt;
3 ein Empfangssignal, welches mit dem Ultraschallsensor bereitgestellt wird;
4 einen zeitlichen Verlauf von Wahrscheinlichkeitswerten, welche anhand des Empfangssignals und der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion bestimmt werden;
5 eine Verteilung von Parametern, die mit Hilfe einer Clusteranalyse bestimmt werden; und
6 eine Verteilung von Parametern gemäß einer weiteren Ausführungsform.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 in einer Seitenansicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet. Ferner sind eine Längsrichtung x und eine Hochrichtung z des Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst wiederum eine Ultraschallsensorvorrichtung 3, mittels welcher eine Höhe eines Objekts 4 abgeschätzt werden kann. Vorliegend ist beispielhaft ein Objekt 4 gezeigt, welches sich in einem Umgebungsbereich 5 des Kraftfahrzeugs 1 befindet. Dabei ist das Objekt 4 auf einer Fahrbahnoberfläche 6 beziehungsweise einem Boden, auf welchem sich auch das Kraftfahrzeug 1 befindet, angeordnet.
Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 einen Ultraschallsensor 7. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Ultraschallsensor 7 an einem Frontbereich 9 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor 7 an oder verdeckt an einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung 3 mehrere Ultraschallsensoren 7 aufweist. Alternativ dazu kann der Ultraschallsensor 7 auch an einem Heckbereich oder an einem Seitenbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Der Ultraschallsensor 7 ist vorliegend in einer Einbauhöhe h angeordnet. Die Einbauhöhe h wird dabei entlang der Hochrichtung z des Kraftfahrzeugs 1 bestimmt.
Mit dem Ultraschallsensor 7 kann ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Hierzu kann der Ultraschallsensor 7 mit einer Recheneinrichtung 8 der Ultraschallsensorvorrichtung 3 angesteuert werden. Vorliegend ist die Recheneinrichtung 8 durch ein elektronisches Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 gebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Recheneinrichtung in einem Gehäuse des Ultraschallsensors 7 integriert ist und beispielsweise als anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgebildet ist. Wenn mit dem Ultraschallsensor 7 das Ultraschallsignal ausgesendet wird, wird dies entlang von dem Objekt 4 reflektiert und gelangt wieder zu dem Ultraschallsensor 7 zurück. Mit dem Ultraschallsensor 7 kann dann ein Empfangssignal 10 bestimmt werden (siehe 3), welches das von dem Objekt 4 reflektierte Ultraschallsignal beschreibt. Dieses Empfangssignal 10 kann dann zur Auswertung an die Recheneinrichtung 8 übertragen werden.
Bei dem Objekt 4 handelt es sich vorliegend um ein hohes Objekt. Dies bedeutet, dass die Höhe des Objekts 4 höher ist als die Einbauhöhe h des Ultraschallsensors 7. In diesem Fall ergibt sich neben den direkten Signalweg von dem Ultraschallsensor direkt zu dem Objekt 4 und entlang des direkten Wegs wieder zurück zu dem Ultraschallsensor 7 auch der indirekte Weg beziehungsweise eine Mehrfachreflexion. Bei dem indirekten Weg wird das ausgesendete Ultraschallsignal entweder zunächst an dem Objekt 4 und anschließend an der Fahrbahnoberfläche 6 reflektiert bevor es zu dem Ultraschallsensor 7 zurück gelangt oder das Objekt 4 wird zunächst an der Fahrbahnoberfläche 6 und anschließend an dem Objekt 4 reflektiert bevor es zu dem Ultraschallsensor 7 zurück gelangt. Vorliegend soll anhand des Empfangssignals 10, das mit dem Ultraschallsensor 7 bereitgestellt wird, die Höhe des Objekts 4 abgeschätzt werden.
Vor der Messung mit dem Ultraschallsensor 7 werden zunächst eine oder mehrere Referenz-Messungen durchgeführt. Bei den Referenz-Messungen wird das Ultraschallsignal mit dem Ultraschallsensor 7 ausgesendet und das von dem Boden beziehungsweise von der Fahrbahnoberfläche 6 reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen. So wird eine Häufigkeitsverteilung bestimmt, welche die Häufigkeit der jeweiligen Referenz-Amplitudenwerte W_R beschreibt. Diese Referenz-Amplitudenwerte W_R können beispielsweise einzelne Abtastpunkte des Empfangssignals 19 bei der Referenz-Messung sein. Hierzu zeigt 2 eine Häufigkeitsverteilung, wobei die einzelnen Balken 11 eine Anzahl a der Referenz-Amplitudenwerte W_R darstellen. Ferner ist eine Kurve dargestellt, welche zur Annäherung der Häufigkeitsverteilung beziehungsweise der Balken 11 dient. Vorliegend entspricht die Kurve einer Gamma-Verteilung. Diese Kurve beziehungsweise die Gamma-Verteilung kann als Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion 12 verwendet werden. Die Kurve kann je nach Datenformat und Messdaten angepasst werden.
3 zeigt das Empfangssignal 10, das im Betrieb zur Höhenschätzung des Objekts 4 mit dem Ultraschallsensor 7 bereitgestellt wird. Dabei ist auf der Abszisse der Abstand d und auf der Ordinate eine Amplitude A aufgetragen. Das Empfangssignal 10 setzt sich aus mehreren Amplitudenwerten 13 zusammen, wobei die Amplitudenwerte beispielsweise die einzelnen Abtastpunkte des Empfangssignals 10 darstellen können. Mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion 12 kann für jeden der Amplitudenwerte 13 ein Wahrscheinlichkeitswert 14 bestimmt werden. Dieser Wahrscheinlichkeitswert 14 beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass der jeweilige Amplitudenwert 13 von dem Objekt 4 stammt beziehungsweise das von dem Objekt 4 reflektierte Ultraschallsignal beschreibt.
Hierzu zeigt 4 eine Wahrscheinlichkeitskurve 15, die sich aus einer Mehrzahl von Wahrscheinlichkeitswerten 14 zusammensetzt. Es ist klar zu erkennen, dass in diesem Fall durch die Auswertung der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion 12 der Einfluss der Bodenbeschaffenheit stark reduziert werden kann. Vorliegend wird beispielsweise den Amplitudenwerten 13, die im Abstandsbereich von etwa einem Meter zu finden sind (siehe 3) ein sehr geringer Wahrscheinlichkeitswert 14 zugeordnet (siehe 4). Der Grund hierfür ist, dass in diesem Abstandsbereich sehr häufig Amplitudenwerte 13 auftreten. Im Vergleich hierzu wird dem Amplitudenwert 13, der dem Abstand d von etwa 1,5 Meter zugeordnet ist, eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit beziehungsweise ein sehr hoher Wahrscheinlichkeitswert 14 zugeordnet, da in diesem Abstandsbereich die Amplitudenwerte 13 mit einer sehr geringen Häufigkeit auftreten.
Die Amplitudenwerte 13 und die Wahrscheinlichkeitswerte 14 werden anschließend für eine Parameter-Extraktion genutzt. Hierzu sind für eine Vielzahl von Objekten 4 und Messungen Parameter 16 gezeigt, die mit Hilfe einer Hauptkomponentenanalyse bestimmt wurden. Anhand dieser Parameter 16 kann dann mit einem geeigneten Klassifizierungsansatz die Höhe des Objekts 4 bestimmt werden. Bei dem Diagramm von 5 ist eine funktionale Hauptkomponentenanalyse dargestellt und in einem Beispiel von 6 ist eine auf das Verhältnis bezogene Hauptkomponentenanalyse dargestellt. In den Diagrammen von 5 und 6 ist auf der Abszisse ein erstes Merkmal f1 und auf der Ordinate ein zweites Merkmal f2 aufgetragen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1764630 B1 [0004]
EP 2073038 B1 [0006]

Claims

Verfahren zum Schätzen einer Höhe eines Objekts (4) in einem Umgebungsbereich (5) eines Kraftfahrzeugs (1), bei welchem anhand eines von einem Ultraschallsensor (7) des Kraftfahrzeugs (1) ausgesendeten und in dem Umgebungsbereich (5) reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal (10) bestimmt wird, wobei das Empfangssignal (10) einen zeitlichen Verlauf von Amplitudenwerten (13) beschriebt, und anhand der Amplitudenwerte (13) eine Höhe des Objekts (4) abgeschätzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Amplitudenwerte (13) jeweilige Wahrscheinlichkeitswerte (14) bestimmt werden, welche eine Wahrscheinlichkeit angeben, ob der Amplitudenwert (13) das von dem Objekt (4) in dem Umgebungsbereich (5) reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, aus den Amplitudenwerten (13) und den Wahrscheinlichkeitswerten (14) Parameter (16) extrahiert werden und anhand der extrahieren Parameter (16) die Höhe des Objekts (4) abgeschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit anhand einer zuvor bestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (12) bestimmt wird, wobei die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (12) eine Häufigkeit (a) von Referenz-Amplitudenwerten (W_R) bei Referenz-Messungen für Reflexionen des Ultraschallsignals an einer Fahrbahnoberfläche (6) beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz-Messungen für unterschiedliche Typen von Fahrbahnoberflächen (6) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (12) in Abhängigkeit von einer Entfernung zu dem Ultraschallsensor (7) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Extrahieren der Parameter (16) eine Reduzierung der Dimension der Daten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Extrahieren der Parameter (16) ein statistisches Verfahren verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Extrahieren der Parameter (16) ein Clusteranalyse verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschätzung der Höhe anhand der Parameter (16) mittels eines Klassifizierungsverfahrens durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschätzung Höhe anhand der Parameter (16) mittels eines Regressionsverfahrens durchgeführt wird.
Recheneinrichtung (8) für eine Ultraschallsensorvorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1), welche zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
Ultraschallsensorvorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Recheneinrichtung (8) nach Anspruch 10 und mit zumindest einem Ultraschallsensor (7).
Fahrerassistenzsystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Ultraschallsensorvorrichtung (3) nach Anspruch 11.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor einer elektronischen Recheneinrichtung (8) abgearbeitet wird.
Computerlesbares Medium, insbesondere in Form einer computerlesbaren Diskette, CD, DVD, Speicherkarte, USB-Speichereinheit, oder ähnlichen, in dem Programmcodemittel gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einen Speicher einer elektronischen Recheneinrichtung (8) geladen und auf einem Prozessor der elektronischen Recheneinrichtung (8) abgearbeitet werden.