DE102019119585A1 - Determination of the installation location and the alignment of ultrasonic sensors by means of neural networks - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Einbauposition und/oder der Ausrichtung mindestens eines Ultraschallsensors eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Aussenden eines Ultraschallimpulses durch einen am Fahrzeug angeordneten Ultraschallsensor und Erfassen eines von der Oberfläche eines Oberflächenbelags reflektierten Ultraschallsignals; b) Ausgeben eines oder mehrerer dem erfassten Ultraschallsignal entsprechender Messwerte; c) Eingeben des oder der Messwerte in ein künstliches neuronales Netzwerk; d) Ermitteln der Position und Ausrichtung des Ultraschallsensors durch das künstliche neuronale Netzwerk, e) Ausgeben eines oder mehrerer für die Ultraschallsensorposition und -Ausrichtung charakterisierenden Werte aus dem künstlichen neuronalen Netzwerk. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Kraftfahrzeug, ein nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium sowie ein Fahrunterstützungssystem, welches eingerichtet ist das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.The present invention relates to a method for monitoring the installation position and / or the alignment of at least one ultrasonic sensor of a vehicle, the method comprising the following method steps: a) sending an ultrasonic pulse by an ultrasonic sensor arranged on the vehicle and detecting an ultrasonic signal reflected from the surface of a surface covering ; b) outputting one or more measured values corresponding to the recorded ultrasonic signal; c) entering the measured value or values into an artificial neural network; d) determining the position and alignment of the ultrasonic sensor by the artificial neural network, e) outputting one or more values characterizing the ultrasonic sensor position and alignment from the artificial neural network. The present invention also relates to the use of the method according to the invention in a motor vehicle, a non-volatile, computer-readable storage medium and a driving support system which is set up to carry out the method according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Einbauposition und/oder der Ausrichtung mindestens eines Ultraschallsensors eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Aussenden eines Ultraschallimpulses durch einen am Fahrzeug angeordneten Ultraschallsensor und Erfassen eines von der Oberfläche eines Oberflächenbelags reflektierten Ultraschallsignals; b) Ausgeben eines oder mehrerer dem erfassten Ultraschallsignal entsprechender Messwerte; c) Eingeben des oder der Messwerte in ein künstliches neuronales Netzwerk; d) Ermitteln der Position und Ausrichtung des Ultraschallsensors durch das künstliche neuronale Netzwerk, e) Ausgeben eines oder mehrerer für die Ultraschallsensorposition und -Ausrichtung charakterisierenden Werte aus dem künstlichen neuronalen Netzwerk. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Kraftfahrzeug, ein nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium sowie ein Fahrunterstützungssystem, welches eingerichtet ist das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.The present invention relates to a method for monitoring the installation position and / or the alignment of at least one ultrasonic sensor of a vehicle, the method comprising the following method steps: a) sending an ultrasonic pulse by an ultrasonic sensor arranged on the vehicle and detecting an ultrasonic signal reflected from the surface of a surface covering ; b) outputting one or more measured values corresponding to the recorded ultrasonic signal; c) entering the measured value or values into an artificial neural network; d) determining the position and alignment of the ultrasonic sensor by the artificial neural network, e) outputting one or more values characterizing the ultrasonic sensor position and alignment from the artificial neural network. The present invention also relates to the use of the method according to the invention in a motor vehicle, a non-volatile, computer-readable storage medium and a driving support system which is set up to carry out the method according to the invention.

Das Verkehrsaufkommen als solches und die Komplexität desselben hat in den letzten Jahren eine deutliche Steigerung erfahren. Nicht nur die Tatsache, dass mehr Verkehrsteilnehmer auf den Straßen zu finden sind, sondern auch die Beteiligung neuer Verkehrsgruppen, wie beispielsweise Pedelecs, mit neuen Bewegungsprofilen und - Eigenschaften, hat zu immer unübersichtlicheren Verkehrssituationen geführt. Eine Möglichkeit den damit auf die Verkehrsteilnehmer einwirkenden Stress zu reduzieren ist der Einsatz technischer Hilfsmittel, wie beispielsweise elektronischer Fahrunterstützungssysteme, die den Fahrzeugführern einen Teil der Informationsbeschaffung und -verarbeitung abnehmen und zu einer sichereren und entspannteren Fortbewegung beitragen sollen. Grundvoraussetzung für eine einwandfreie Funktion der Systeme ist natürlich, dass die zur Informationsgewinnung eingesetzten Sensoren einwandfrei funktionieren.The volume of traffic as such and its complexity has increased significantly in recent years. Not only the fact that more road users can be found on the streets, but also the participation of new traffic groups, such as pedelecs, with new movement profiles and properties, has led to increasingly confusing traffic situations. One way of reducing the stress on road users is the use of technical aids, such as electronic driving support systems, which relieve vehicle drivers of some of the information gathering and processing and are intended to contribute to safer and more relaxed travel. The basic requirement for the systems to function properly is, of course, that the sensors used to obtain information function properly.

Am Beispiel von Ultraschallsensoren bedeutet dies, dass in heutigen Fahrassistenzsystemen der Einbau in ein neues Fahrzeugmodel nur nach einer aufwändigen manuellen Kalibrierung erfolgen kann. Diese Kalibrierung wird meist durch speziell geschulte Personen durchgeführt, welche verschiedenste Szenarien untersuchen und die Sensoren entsprechend einstellen. Dieser Vorgang ist nicht nur zeitaufwändig, sondern benötigt auch besondere Umgebungsbedingungen. Eine flexible Anpassung der Einstellungen während der Fahrt, z.B. als Funktion der Fahrbahn, ist in den meisten Fällen nicht vorgesehen. Ein ebenfalls wichtiger Punkt sind die Toleranzen beim Einbau der Sensoren. Diese Toleranzen können dazu führen, dass schon bei einem Neuwagen die Funktion der Ultraschallsensoren nicht der kalibrierten entspricht und somit das System nicht optimal funktioniert. Des Weiteren kann sich im alltäglichen Betrieb die Ausrichtung der Ultraschallsensoren, z.B. durch Beschädigung der Stoßstange, ändern. Bei diesen Schäden können die Ultraschallsensoren heutzutage meist nicht mehr verwendet werden, obwohl die Sensoren selbst nicht beschädigt wurden.Using the example of ultrasonic sensors, this means that in today's driver assistance systems, installation in a new vehicle model can only take place after a complex manual calibration. This calibration is usually carried out by specially trained people who examine a wide variety of scenarios and adjust the sensors accordingly. This process is not only time-consuming, it also requires special environmental conditions. A flexible adjustment of the settings while driving, e.g. as a function of the roadway, is not provided in most cases. Another important point are the tolerances when installing the sensors. These tolerances can lead to the fact that the function of the ultrasonic sensors does not correspond to the calibrated one even in a new vehicle and thus the system does not function optimally. In addition, the alignment of the ultrasonic sensors can change in everyday operation, e.g. due to damage to the bumper. With this type of damage, the ultrasonic sensors can usually no longer be used nowadays, although the sensors themselves have not been damaged.

Zur Verbesserung der Funktionsfähigkeit und zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten wurden in der Patentliteratur vielfältige Möglichkeiten vorgeschlagen.Various possibilities have been suggested in the patent literature to improve the functionality and to expand the possible uses.

So offenbart beispielsweise die DE 10 2017 208 268 B3 ein Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustands eines Fahrzeugs und/oder zur Bestimmung der Einbauhöhe (h) mindestens eines Ultraschallsensors des Fahrzeugs, wobei ein Ultraschallsensor des Fahrzeugs ausgebildet ist, akustische Signale auszusenden und Echosignale aus dem Umfeld des Fahrzeugs zu empfangen, und wobei der Ultraschallsensor zur Erfassung des Umfelds des Fahrzeugs in einem ersten Betriebsmodus betrieben wird und der Ultraschallsensor zur Bestimmung des Beladungszustands des Fahrzeugs und/oder zur Bestimmung der Einbauhöhe in einem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsensor in dem zweiten Betriebsmodus derart betrieben wird, dass der Ultraschallsensor eine im Vergleich zu dem ersten Betriebsmodus erhöhte Schallabstrahlung in einer Richtung einer Fahrbahn aufweist, wobei zur Bestimmung des Beladungszustands des Fahrzeugs und/oder zur Bestimmung der Einbauhöhe des Ultraschallsensors von der Fahrbahn reflektierte Echosignale ausgewertet werden.For example, the DE 10 2017 208 268 B3 a method for determining the load condition of a vehicle and / or for determining the installation height (h) of at least one ultrasonic sensor of the vehicle, wherein an ultrasonic sensor of the vehicle is designed to emit acoustic signals and to receive echo signals from the surroundings of the vehicle, and wherein the ultrasonic sensor for Detection of the surroundings of the vehicle is operated in a first operating mode and the ultrasonic sensor for determining the load condition of the vehicle and / or for determining the installation height is operated in a second operating mode, characterized in that the ultrasonic sensor is operated in the second operating mode in such a way that the Ultrasonic sensor has increased sound radiation in one direction of a roadway compared to the first operating mode, echo signals reflected from the roadway starting to determine the load condition of the vehicle and / or to determine the installation height of the ultrasonic sensor be evaluated.

Ein weiteres Verfahren zur Funktionsprüfung wird in der DE 10 2012 216 290 A1 vorgeschlagen. Das Dokument offenbart ein Verfahren zur Funktionsüberwachung von Ultraschallsensoren eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug mindestens einen Ultraschallsensor, der parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist, und mindestens einen Ultraschallsensor, der senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist, umfasst, wobei die Ultraschallsensoren Ultraschallsignale mit einer Frequenz fo aussenden und wobei die Ultraschallsensoren während der Fahrt vom Boden reflektierte Bodenechos empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einem senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichteten Ultraschallsensor ein Bodenecho als Referenzsignal aufgezeichnet wird und mit mindestens einem parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichteten Ultraschallsensor ein dopplerverschobenes Bodenecho als Messsignal aufgezeichnet wird, wobei abhängig von der Dopplerfrequenz f1 des dopplerverschobenen Bodenechos ein Verhältnis (A) aus Messsignal und Referenzsignal gebildet wird und aus mindestens zwei bei verschiedenen Dopplerfrequenzen f1 bestimmten Verhältnissen (A) die Frequenzgangkurve des mindestens einen parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichteten Ultraschallsensors ermittelt wird und wobei eine Fehlfunktion eines Ultraschallsensors durch Abweichungen der ermittelten Frequenzgangkurve von einer Referenzfrequenzgangkurve erkannt wird.Another function test procedure is described in the DE 10 2012 216 290 A1 suggested. The document discloses a method for monitoring the function of ultrasonic sensors of a vehicle, the vehicle comprising at least one ultrasonic sensor that is oriented parallel to the direction of movement and at least one ultrasonic sensor that is oriented perpendicular to the direction of movement, the ultrasonic sensors emitting ultrasonic signals with a frequency fo and wherein the ultrasonic sensors receive floor echoes reflected from the floor while driving, characterized in that a floor echo is recorded as a reference signal with at least one ultrasonic sensor aligned perpendicular to the direction of movement and a Doppler shifted floor echo is recorded as a measurement signal with at least one ultrasonic sensor aligned parallel to the direction of movement, depending on the Doppler frequency f1 des Doppler-shifted ground echoes, a ratio (A) is formed from the measurement signal and reference signal and the frequency response curve of the at least one ultrasonic sensor aligned parallel to the direction of movement is determined from at least two ratios (A) determined at different Doppler frequencies f1, and a malfunction of an ultrasonic sensor due to deviations of the determined frequency response curve from a reference frequency response curve is detected.

Ein weiteres Funktionsüberprüfungsverfahren ist in der DE 10 2005 057 973 A1 gezeigt. Das Verfahren betrifft die Funktionsprüfung eines Ultraschallsensors an einem Kraftfahrzeug, wobei der Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal abgibt und das Ultraschallsignal von einer Bodenfläche vor dem Fahrzeug reflektiert und von dem Ultraschallsensor oder einem weiteren Ultraschallsensor wieder empfangen wird ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer und/oder die Amplitude des ausgesendeten Ultraschallsignals derart groß gewählt wird, um unter herkömmlichen Bedingungen ein Empfangen des von der Bodenfläche reflektierten Signals zu ermöglichen, und dass bei einem Empfangen des reflektierten Signals eine Funktion des Ultraschallsensors festgestellt wird.Another functional check procedure is in the DE 10 2005 057 973 A1 shown. The method relates to the functional test of an ultrasonic sensor on a motor vehicle, wherein the ultrasonic sensor emits an ultrasonic signal and the ultrasonic signal is reflected from a floor surface in front of the vehicle and received again by the ultrasonic sensor or another ultrasonic sensor is characterized in that the duration and / or the amplitude of the emitted ultrasonic signal is selected to be large enough to enable reception of the signal reflected from the floor surface under conventional conditions, and that a function of the ultrasonic sensor is determined when the reflected signal is received.

Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich der Einfachheit des genutzten Aufbaus und der Genauigkeit der daraus erhältlichen Ergebnisse.Such solutions known from the prior art can offer further potential for improvement, in particular with regard to the simplicity of the structure used and the accuracy of the results obtained therefrom.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine flexibel adaptierbare Lösung bereitzustellen, durch welche für vielfältige Sensor-, Fahrzeugaufbauten und Umgebungsbedingungen, eine verlässliche Überwachung der Ausrichtung von Ultraschallsensoren gegeben ist.It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages known from the prior art. In particular, it is the object of the present invention to provide a flexibly adaptable solution by means of which reliable monitoring of the alignment of ultrasonic sensors is provided for a wide variety of sensor and vehicle structures and environmental conditions.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch die Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 10 und ein Fahrunterstützungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.The object is achieved according to the invention by a method with the features of claim 1. The object is also achieved according to the invention by using the method according to claim 10 and a driving assistance system with the features of claim 12. Preferred embodiments of the invention are set out in the subclaims, in the description or the figures, with further features described or shown in the dependent claims or in the description or the figures individually or in any combination being able to represent an object of the invention if the context does not clearly indicate the opposite.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Überwachung der Einbauposition und/oder der Ausrichtung mindestens eines Ultraschallsensors eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

  1. a) Aussenden eines Ultraschallimpulses durch einen am Fahrzeug angeordneten Ultraschallsensor und Erfassen eines von der Oberfläche eines Oberflächenbelags reflektierten Ultraschallsignals;
  2. b) Ausgeben eines oder mehrerer dem erfassten Ultraschallsignal entsprechender Messwerte;
  3. c) Eingeben des oder der Messwerte in ein künstliches neuronales Netzwerk;
  4. d) Ermitteln der Position und Ausrichtung des Ultraschallsensors durch das künstliche neuronale Netzwerk,
  5. e) Ausgeben eines oder mehrerer für die Ultraschallsensorposition und -Ausrichtung charakterisierenden Werte aus dem künstlichen neuronalen Netzwerk.
According to the invention, a method for monitoring the installation position and / or the alignment of at least one ultrasonic sensor of a vehicle is proposed, the method comprising the following method steps:
  1. a) sending an ultrasonic pulse by an ultrasonic sensor arranged on the vehicle and detecting an ultrasonic signal reflected from the surface of a surface covering;
  2. b) outputting one or more measured values corresponding to the recorded ultrasonic signal;
  3. c) entering the measured value or values into an artificial neural network;
  4. d) Determination of the position and alignment of the ultrasonic sensor by the artificial neural network,
  5. e) outputting one or more values characterizing the ultrasonic sensor position and alignment from the artificial neural network.

Überraschend wurde gefunden, dass obiges Verfahren in der Lage ist, die ortsspezifische Funktionsweise von Ultraschallsensoren ohne weiteren technischen Aufwand sehr genau zu überwachen und gegebenenfalls bei Abweichungen des soll- zum tatsächlichen Verhalten dieses verlässlich anzuzeigen. Diese Vorteile werden ohne weiteren Hardwareaufwand an den Sensoren erreicht, welches generell die Verfahrenskosten reduziert. Es lassen sich einfach und flexibel Ist-Situationen abbilden und Fehler an der Ausrichtung, entweder bedingt durch den Einbau als solchem oder beispielsweise nach einem Unfall, nicht ordnungsgemäß positionierter Ultraschallsensoren erkennen. Somit ist es möglich, im Falle von Abweichungen die Kalibrierung des Sensors entsprechend anzupassen oder nur falsch positionierte Sensoren manuell neu zu positionieren. Dies kann die generelle Ausschussrate in der Herstellung verringern sowie Reparaturkosten niedrig halten. Das Verfahren ist durch den Einsatz des neuronalen Netzes zudem so flexibel, dass es generell möglich ist, weitere Einflussfaktoren mit in das Verfahren einzubeziehen, so dass eine optimale Funktionsweise gewährleistet werden kann. Dieses Ergebnis ist zudem überraschend, da allgemein im Stand der Technik davon ausgegangen wird, dass die Intensität reflektierter Ultraschallwellen im Normalbetrieb, ohne weitere Maßnahmen zur verlässlichen Bestimmung der Ultraschallsensor-Position, zu gering oder generell ungeeignet ist. Somit ist es ein weiterer Verfahrensvorteil, dass dieses Verfahren in einem „üblichen“ Betriebsmodi eines Ultraschallsensors betrieben werden kann. Es handelt sich also um ein neuronales Netzwerk basiertes Kalibrierverfahren, mit welchem eine Online-Kalibrierung durchgeführt werden kann, wobei die Kalibrierung Untergrund unabhängig ist und auch mit weiteren Objekten in der näheren Fahrzeugumgebung durchgeführt werden kann. Des Weiteren ermöglichen auch erst die in der letzten Zeit erreichten Verbesserung im Rahmen der Ultraschallsensoren eine verlässliche und passgenaue Modellerstellung durch künstliche neuronale Netzwerk, da mangels Rechen- und Verarbeitungskapazität „alte“ Sensoren nur spezifische Datenausschnitte oder integrale Werte anstatt der gesamten, vollständig zeitaufgelösten Daten weitergeben konnten. Letzteres bestimmt aber in einem wesentlichen Umfang die Genauigkeit der erhältlichen Modelle. Insofern kann die gesteigerte Empfindlichkeit der Sensoren und die gesteigerten Datenraten und -umfänge zur automatisierten Selbstüberwachung durch ein künstliches neuronales Netzwerk genutzt werden. Eine übliche Kalibrierung durch manuelle Einstellung von Schwellwerten als solche, wie bisher aus dem Standder-Technik bekannt, ist somit überflüssig.Surprisingly, it has been found that the above method is able to monitor the location-specific functioning of ultrasonic sensors very precisely without further technical effort and, if necessary, to display this reliably in the event of deviations between the target and the actual behavior. These advantages are achieved without additional hardware outlay on the sensors, which generally reduces the process costs. Current situations can be mapped easily and flexibly and errors in alignment can be detected, either due to the installation as such or, for example after an accident, incorrectly positioned ultrasonic sensors. This makes it possible to adjust the calibration of the sensor accordingly in the event of deviations or to manually reposition only incorrectly positioned sensors. This can reduce the general reject rate in production and keep repair costs low. Thanks to the use of the neural network, the method is also so flexible that it is generally possible to include other influencing factors in the method, so that optimal functionality can be guaranteed. This result is also surprising, since it is generally assumed in the prior art that the intensity of reflected ultrasonic waves in normal operation, without further measures to reliably determine the ultrasonic sensor position, is too low or generally unsuitable. It is thus a further advantage of the method that this method can be operated in a “usual” operating mode of an ultrasonic sensor. It is therefore a neural network-based calibration method with which an online calibration can be carried out, the calibration being underground is independent and can also be carried out with other objects in the immediate vicinity of the vehicle. Furthermore, only the recent improvements made in the context of ultrasonic sensors make it possible to create a reliable and precise model using an artificial neural network, since "old" sensors only pass on specific data extracts or integral values instead of the entire, completely time-resolved data due to a lack of computing and processing capacity could. However, the latter largely determines the accuracy of the available models. In this respect, the increased sensitivity of the sensors and the increased data rates and volumes can be used for automated self-monitoring by an artificial neural network. A customary calibration by manual setting of threshold values as such, as previously known from the prior art, is thus superfluous.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Überwachung der Einbauposition und/oder der Ausrichtung mindestens eines Ultraschallsensors eines Fahrzeugs. Über das Verfahren können somit sowohl die Höhe des Ultraschallsensors über dem Boden als auch die Winkelausrichtung des Ultraschallsensors zum Boden bestimmt werden. Die Ausrichtung beschreibt dabei die Winkelkomponente und die Einbauposition die Ortskomponente bezogen auf den Boden oder einen anderen Fixpunkt, beispielsweise einem Fahrzeugfixpunkt. Die einzelnen Parameter der Einbauposition sind weiter hinten in der Figurenbeschreibung dargestellt und definiert. Durch geeignete Koordinatentransformationen lassen sich aber gegebenenfalls auch weitere Möglichkeiten für die Einbauposition angeben, beispielsweise in Form kartesischer Koordinaten in Bezug auf einen Fahrzeug-Referenzpunkt. Ebenso kann der Winkel unter Bezug auf eine geeignete Fahrzeug-Achse angegeben werden.The method according to the invention is a method for monitoring the installation position and / or the alignment of at least one ultrasonic sensor of a vehicle. The method can thus be used to determine both the height of the ultrasonic sensor above the floor and the angular alignment of the ultrasonic sensor to the floor. The orientation describes the angular component and the installation position describes the spatial component in relation to the floor or another fixed point, for example a vehicle fixed point. The individual parameters of the installation position are shown and defined further below in the description of the figures. By means of suitable coordinate transformations, however, further possibilities for the installation position can optionally also be specified, for example in the form of Cartesian coordinates in relation to a vehicle reference point. The angle can also be specified with reference to a suitable vehicle axis.

Fahrzeuge im Sinne der Erfindung können dabei Land-, Wasser- oder Luftfahrzeuge sein. Es ist also möglich, das erfindungsgemäße Verfahren sowohl für die Herstellung von Flugzeugen, Schienenfahrzeugen, Kraftfahrzeugen oder Schiffen zu verwenden, solange die Fahrzeuge sich zumindest zeitweise in der Nähe mit der Erde verbundener Strukturen befinden. Bevorzugt ist ein Fahrzeug ein motorgetriebenes Landfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug.Vehicles within the meaning of the invention can be land, water or air vehicles. It is therefore possible to use the method according to the invention both for the production of aircraft, rail vehicles, motor vehicles or ships, as long as the vehicles are at least temporarily in the vicinity of structures connected to the earth. A vehicle is preferably a motor-driven land vehicle, in particular a motor vehicle.

Im Verfahrensschritt a) erfolgt das Aussenden eines Ultraschallimpulses durch einen am Fahrzeug angeordneten Ultraschallsensor und Erfassen eines von der Oberfläche eines Oberflächenbelags reflektierten Ultraschallsignals. Die Daten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden über einen Ultraschallsensor geliefert, welcher eine permanente oder nur eine temporäre Verbindung zum Fahrzeug aufweist. Der Ultraschallsensor kann dabei fest am Fahrzeug montiert oder aber nur in kurzzeitigen Kontakt zum Fahrzeug stehen. Letzteres kann beispielsweise auch ein „Anhalten“ des Ultraschallsensors über einen Roboterarm an das Fahrzeug beinhalten. Wesentlich dabei ist, dass sowohl Position wie auch Ausrichtung des Ultraschallsensors im Rahmen des Trainings bekannt sind und genau eingehalten werden. Es ist natürlich auch möglich, dass das gesamte Verfahren mit einem oder mehreren Ultraschallsensoren durchgeführt wird.In method step a), an ultrasonic pulse is transmitted by an ultrasonic sensor arranged on the vehicle and an ultrasonic signal reflected from the surface of a surface covering is recorded. The data of the method according to the invention are supplied via an ultrasonic sensor which has a permanent or only a temporary connection to the vehicle. The ultrasonic sensor can be permanently mounted on the vehicle or it can only be in brief contact with the vehicle. The latter can also include, for example, “stopping” the ultrasonic sensor on the vehicle via a robot arm. It is essential that both the position and the alignment of the ultrasonic sensor are known during the training and are precisely adhered to. It is of course also possible for the entire method to be carried out with one or more ultrasonic sensors.

Der Ultraschallsensor sendet von seiner Position am Fahrzeug aus Schallwellen ab, welche zumindest partiell auch auf den Boden auftreffen, auf welchem das Fahrzeug steht. Dabei wird von dem Ultraschallsensor ein derartiges Ultraschallsignal ausgesandt, das wenigstens teilweise auf die Oberfläche ausgerichtet ist, auf dem sich das Fahrzeug bewegt. Dazu bedarf es in der Regel keiner zusätzlichen Maßnahmen, da auch das Profil der Ultraschallsignale, die von herkömmlichen Ultraschallsensoren für die Abstandsmessung ausgesandt werden, jedenfalls teilweise auf die Oberfläche treffen auf dem sich da Kraftfahrzeug befindet. Ganz bevorzugt gilt in diesem Zusammenhang, dass das Ultraschallsignal mit einem derartigen Einfallswinkel auf die Oberfläche trifft, der größer als 30° ist, vorzugsweise größer als 40° und ganz besonders bevorzugt größer als 50°. Mit größer werdendem Einfallswinkel sinkt zwar die Reflexionsrate, jedoch hat sich gezeigt, dass gleichwohl noch derartige Reflexionen mit dem Ultraschallsensor erfassbar sind, die die Ermittlung der Sensorposition relativ zur Oberfläche des von dem Kraftfahrzeug befahrenen Oberflächenbelags mit Hilfe des künstlichen neuronalen Netzwerks ermöglichen. Typische Werte für die Sendefrequenz üblicher Ultraschallsensoren sind 40 bis 60 kHz.From its position on the vehicle, the ultrasonic sensor emits sound waves which at least partially also hit the ground on which the vehicle is standing. In this case, the ultrasonic sensor emits an ultrasonic signal of this type which is at least partially aligned with the surface on which the vehicle is moving. As a rule, no additional measures are required for this, since the profile of the ultrasonic signals, which are sent out by conventional ultrasonic sensors for distance measurement, at least partially hit the surface on which the motor vehicle is located. In this context, it is very preferred that the ultrasonic signal hits the surface with such an angle of incidence that is greater than 30 °, preferably greater than 40 ° and very particularly preferably greater than 50 °. As the angle of incidence increases, the reflection rate decreases, but it has been shown that the ultrasonic sensor can still detect such reflections that enable the determination of the sensor position relative to the surface of the surface covering on which the motor vehicle is traveling with the aid of the artificial neural network. Typical values for the transmission frequency of conventional ultrasonic sensors are 40 to 60 kHz.

Im Verfahrensschritt b) erfolgt das Ausgeben eines oder mehrerer dem erfassten Ultraschallsignal entsprechender Messwerte. Der Ultraschallsensor leitet also die aufgenommenen Schallwellen als Funktion des zeitlichen Abstandes und in Form ihrer Amplitude als elektrische Signale oder Abtastpunkte weiter. Dazu ist es möglich, dass der Sensor kontinuierlich arbeitet und sämtliche Signale als kontinuierliche Messwerte einer oder mehrerer Messungen weiterleitet. Es ist aber auch möglich, dass nur ein Teil der aufgenommenen Schallwellen in Messwerte umgewandelt werden, beispielsweise als Funktion des zeitlichen Auftreffens. Weiterhin können sowohl die Rohdaten als auch mathematisch transformierte, d.h. verarbeitete Daten, beispielsweise in Form einer mathematischen Beschreibung der Hüllkurve der Signale, weitergeleitet werden. Auf diese Art und Weise können beispielsweise die Datenmenge oder aber auch die Anzahl an Störsignalen, welche nicht von der Oberfläche stammen können, reduziert werden.In method step b), one or more measured values corresponding to the recorded ultrasonic signal are output. The ultrasonic sensor therefore forwards the recorded sound waves as a function of the time interval and in the form of their amplitude as electrical signals or scanning points. In addition, it is possible that the sensor works continuously and forwards all signals as continuous measured values of one or more measurements. However, it is also possible that only some of the recorded sound waves are converted into measured values, for example as a function of the time of impact. Furthermore, both the raw data and mathematically transformed, i.e. processed data, for example in the form of a mathematical description of the envelope curve of the signals, can be passed on. In this way, for example, the amount of data or also the number of interfering signals that cannot originate from the surface can be reduced.

Im Verfahrensschritt c) erfolgt das Eingeben des oder der Messwerte in ein künstliches neuronales Netzwerk. Die Messwerte der von der Oberfläche reflektierten Schallwellen werden als Eingangswerte eines künstlichen neuronalen Netzwerkes genutzt. Dazu kann die Eingabe der Messwerte als solches, beispielsweise in Form eines Frequenzspektrums, einer zeitlichen Hüllkurve oder aber in mathematisch transformierter Form erfolgen. Die Transformation kann auf Basis der zu erwartenden Daten und als Form des verwendeten künstlichen neuronalen Netzwerkes gewählt werden. Wie schon weiter oben angegeben können dabei die Gesamtheit an Messwerten oder aber auch nur ein zweckmäßig gewählter Teil der Daten als Inputwerte herangezogen werden. Dadurch kann die anfallende Datenmenge reduziert und die Verarbeitung der Daten beschleunigt werden. Zur Verarbeitung kommen unterschiedliche Strukturen für künstliche neuronale Netzwerke in Frage, beispielsweise künstliche neuronale Netzwerk mit FFNN- oder CNN-Struktur.In method step c) the input of the measured value or values takes place in an artificial neural network. The measured values of the sound waves reflected from the surface are used as input values of an artificial neural network. To this end, the measured values can be input as such, for example in the form of a frequency spectrum, a time envelope or in a mathematically transformed form. The transformation can be selected on the basis of the expected data and as the form of the artificial neural network used. As already stated above, the entirety of the measured values or only an appropriately selected part of the data can be used as input values. This allows the amount of data to be reduced and the processing of the data to be accelerated. Different structures for artificial neural networks can be used for processing, for example artificial neural networks with FFNN or CNN structures.

Im Verfahrensschritt d) wird die Position und Ausrichtung des Ultraschallsensors durch das künstliche neuronale Netzwerk ermittelt. Zur Bestimmung der Position kann das künstliche neuronale Netzwerk beispielsweise schon anhand unterschiedlicher Datensätze aus unterschiedlichen Anwendungssituationen mit unterschiedlichen Untergründen, unterschiedlichen Ultraschallsensorpositionen und -Ausrichtungen trainiert worden sein. In einer derartigen Trainingsphase lernt das künstliche neuronale Netzwerk, unterschiedliche Positionen aufgrund verschiedener von dem Ultraschallsensor ausgegebener Messwerte zu unterscheiden. Dabei gilt, dass ein entsprechendes Training grundsätzlich nur einmal für jede Anordnung eines Ultraschallsensors bzw. einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren und für jeden Typ des Fahrzeugs erforderlich ist. Ist das System einmal angelernt, kann die Ermittlung der Ultraschallsensorposition und -Ausrichtung direkt auf die aktuell gemessenen Daten des aktuell verwendeten Fahrzeugs angewandt werden.In method step d), the position and alignment of the ultrasonic sensor is determined by the artificial neural network. To determine the position, the artificial neural network can, for example, have already been trained on the basis of different data sets from different application situations with different substrates, different ultrasonic sensor positions and orientations. In such a training phase, the artificial neural network learns to differentiate between different positions based on different measured values output by the ultrasonic sensor. It applies here that a corresponding training is basically only required once for each arrangement of an ultrasonic sensor or a plurality of ultrasonic sensors and for each type of vehicle. Once the system has been trained, the determination of the ultrasonic sensor position and orientation can be applied directly to the currently measured data from the vehicle currently in use.

Im Verfahrensschritt e) erfolgt das Ausgeben eines oder mehrerer für die Ultraschallsensorposition und -Ausrichtung charakterisierenden Werte aus dem künstlichen neuronalen Netzwerk. Mittels der Eingabe der Reflektionen an dem Untergrund lassen für die Ausrichtung von Ultraschallsensoren fundamentale Daten wie beispielsweise die Höhe über dem Boden, die Ausrichtung des Ultraschallsensors bezogen auf eine Fahrzeugachse oder zum Boden bestimmen. Eine Möglichkeit zur Definition der Ultraschallsensorposition ist beispielsweise weiter hinten in den Figuren angegeben. Es ist aber auch möglich, andere Koordinatensystem zur Ausgabe der Ultraschallsensorposition und Ausrichtung anzugeben, beispielsweise bezogen auf einen Fahrzeugreferenzpunkt sowie eine -referenzachse. Diese Daten ergeben sich als Output-Werte des künstlichen neuronalen Netzwerkes.In method step e), one or more values characterizing the ultrasonic sensor position and alignment are output from the artificial neural network. By entering the reflections on the ground, fundamental data such as the height above the ground, the alignment of the ultrasonic sensor in relation to a vehicle axis or to the ground can be determined for the alignment of ultrasonic sensors. One possibility for defining the ultrasonic sensor position is given further back in the figures, for example. However, it is also possible to specify other coordinate systems for outputting the ultrasonic sensor position and alignment, for example in relation to a vehicle reference point and a reference axis. These data result as output values of the artificial neural network.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann das künstliche neuronale Netzwerk über Ultraschallsensor-Echodaten trainiert werden, welche mit einem vom Oberflächenbelag verschiedenen Referenzobjekt in einer oder mehreren vordefinierten Entfernungen erhalten wurden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Training des künstlichen neuronalen Netzwerks anhand von Ultraschallsensordaten durchzuführen, bei denen das Ultraschallecho sowohl Komponenten aus Reflektionen an der Oberfläche als auch zusätzliche Echo-Komponenten von einem weiteren Objekt aufweisen, welches in definiertem Abstand zum Ultraschallsensor positioniert ist. Die Kalibrierung des künstlichen neuronalen Netzwerkes wird also mit einem Referenzobjekt in vordefinierten Entfernungen durchgeführt. Diese Methode bietet sich insbesondere bei Kraftfahrzeugen und hier bei Neuwagen an, da über den genau definierten Aufbau des zusätzlichen Objektes zusammen mit der genau bekannten Entfernung zwischen Sensor, Boden und Objekt eine hohe Genauigkeit in der Positions- und Ausrichtungsbestimmung des künstlichen neuronalen Netzwerkes erzielt werden kann. Die Genauigkeit kann zudem dadurch erhöht werden, indem verschiedene Objekte, Untergründe, Abstände und Ultraschallsensorpositionen und -Ausrichtungen in das Training einfließen. Dabei gilt, dass ein entsprechendes Training grundsätzlich nur einmal für jede Anordnung eines Ultraschallsensors bzw. einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren und für jeden Fahrzeugtyp erforderlich ist. Ist das System einmal angelernt, kann die Ermittlung der Position und der Ausrichtung direkt auf die gemessenen Daten des aktuell verwendeten Fahrzeugs angewandt werden.In a preferred embodiment of the method, the artificial neural network can be trained using ultrasonic sensor echo data that was obtained with a reference object different from the surface covering at one or more predefined distances. It has proven to be advantageous to train the artificial neural network using ultrasound sensor data in which the ultrasound echo has both components from reflections on the surface and additional echo components from another object which is positioned at a defined distance from the ultrasound sensor . The calibration of the artificial neural network is therefore carried out with a reference object at predefined distances. This method is particularly suitable for motor vehicles and here for new vehicles, as the precisely defined structure of the additional object together with the precisely known distance between the sensor, the ground and the object can achieve a high level of accuracy in determining the position and orientation of the artificial neural network . Accuracy can also be increased by including different objects, surfaces, distances and ultrasonic sensor positions and orientations in the training. It applies here that a corresponding training is basically only required once for each arrangement of an ultrasonic sensor or a plurality of ultrasonic sensors and for each type of vehicle. Once the system has been trained, the determination of the position and the orientation can be applied directly to the measured data of the vehicle currently in use.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann das künstliche neuronale Netzwerk über Ultraschallsensor-Echodaten trainiert werden, welche von der Oberfläche eines oder mehrerer definierter Oberflächenbeläge stammen. Eine weitere bevorzugte Möglichkeit des Trainings besteht darin, einen bestimmten Bodenbelag, bzw. die Bodenechos auf diesem Belag, zur Kalibrierung bzw. zum Anlernen des künstlichen neuronalen Netzwerkes zu verwenden. Als möglicher Bodenbelag kommt z.B. Asphalt in Frage. Vorteilhafterweise kann in diesem Fall auch durch den Endnutzer bzw. automatisch durch das System selbst eine neue Kalibrierung durchgeführt werden.In a further preferred embodiment of the method, the artificial neural network can be trained using ultrasonic sensor echo data that originate from the surface of one or more defined surface coverings. Another preferred option for training is to use a specific floor covering, or the floor echoes on this covering, for calibration or for teaching the artificial neural network. Asphalt, for example, is a possible floor covering. In this case, a new calibration can advantageously also be carried out by the end user or automatically by the system itself.

In einer weiteren Alternative des Verfahrens kann das künstliche neuronale Netzwerk über Ultraschallsensor-Echodaten trainiert werden, wobei die Echodaten von einem Ultraschallsensor in unterschiedlichen Einbaupositionen und/oder Ausrichtungen stammen. Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, dass unabhängig von der Wahl des zum Training des künstlichen neuronalen Netzwerkes ausgewählten Aufbaus, beispielsweise umfassend einen speziellen Untergrund, Fahrzeug, weitere Referenzobjekte, verschiedenste Einbauwinkel und Einbauhöhen erzeugt und die Antwortsignale für Trainingszwecke aufgezeichnet werden. Das heißt, dass diese Varianzen in der Position und der Ausrichtung des Sensors sowohl mit einer Kalibrierung über bekannte Bodenbeläge oder mit einer Kalibrierung über ein zusätzliches Referenzobjekt im bekannten Abstand kombiniert werden können. Durch diese Kombinationen lassen sich besonders robuste und genaue Modelle erhalten. Es hat sich zudem gezeigt, dass das Training des künstlichen neuronalen Netzwerkes umso besser wird, je höher die Anzahl an unterschiedlichen Ultraschallsensorpositionen und -Ausrichtungen ist. Um die Vielzahl an notwendigen Trainingsdaten zu erzeugen, bietet sich eine Automatisierung der Messungen z.B. mithilfe eines Roboterarms an, welcher den Sensor nur temporär aber mit festgelegter Position und Ausrichtung am Fahrzeug befestigt.In a further alternative of the method, the artificial neural network can be trained using ultrasonic sensor echo data, the echo data coming from an ultrasonic sensor in different installation positions and / or orientations. It has been found to be particularly cheap pointed out that regardless of the choice of the structure selected for training the artificial neural network, for example including a special surface, vehicle, other reference objects, various installation angles and installation heights, the response signals are recorded for training purposes. This means that these variances in the position and alignment of the sensor can be combined with calibration using known floor coverings or with calibration using an additional reference object at a known distance. These combinations make it possible to obtain particularly robust and precise models. It has also been shown that the training of the artificial neural network becomes better the higher the number of different ultrasonic sensor positions and orientations. In order to generate the large number of necessary training data, it is possible to automate the measurements, for example with the help of a robot arm, which attaches the sensor to the vehicle only temporarily but with a fixed position and orientation.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante können die Ultraschallsignal-Echodaten vor Eingabe in das künstliche neuronale Netzwerk in unterschiedliche zeitliche Bereiche aufgeteilt werden. Zur Reduzierung der Datenmengen und zum Erhalt der Möglichkeit die Daten sofort, also ohne signifikante zeitliche Verzögerung, zu verarbeiten, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, nicht sämtliche vom Ultraschallsensor gelieferten Daten zu nutzen, sondern nur bestimmte Datenfenster daraus. Für das Training kann also durch Verwendung bestimmter Distanzbereiche der Echos die Datenmenge die dem Netzwerk übergeben wird reduziert werden. Durch geeignete Vorverarbeitung kann die Größe der Eingangsdaten des Netzwerks typischerweise soweit reduziert werden, dass sich besonders effiziente künstliche neuronale Netzwerkstrukturen einsetzen lassen, beispielsweise Multilayer Perceptrons. Durch die geringe Netztiefe können Architekturen erstellt werden, die zur Online-Kalibrierung auf einer Fahrzeug-ECU geeignet sind. Es ist also nicht mehr nötig auf größere Rechnerkapazitäten ausweichen.In a preferred variant of the method, the ultrasonic signal echo data can be divided into different time ranges before being input into the artificial neural network. To reduce the amount of data and to maintain the possibility of processing the data immediately, i.e. without a significant time delay, it has proven advantageous not to use all the data supplied by the ultrasonic sensor, but only certain data windows from it. For training, the amount of data transferred to the network can be reduced by using certain distance ranges for the echoes. By suitable preprocessing, the size of the input data of the network can typically be reduced to such an extent that particularly efficient artificial neural network structures can be used, for example multilayer perceptrons. Due to the small network depth, architectures can be created that are suitable for online calibration on a vehicle ECU. So it is no longer necessary to switch to larger computer capacities.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann der Messwert in Vektor- oder in Matrixform in das künstliche neuronale Netzwerk eingegeben werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Hauptteil der Signalverarbeitung typischerweise im Sensor selbst stattfinden. Die Daten die auf der ECU verfügbar sind, können aber bereits gefiltert, downgesampelt und quantisiert, vorliegen. Für das Netzwerk ist nur ein relevanter Ausschnitt dieser Daten notwendig. Die Daten liegen dann vorteilhafterweise als Vektor vor, der dem Netzwerk übergeben werden kann.In a further preferred embodiment of the method, the measured value can be entered into the artificial neural network in vector or matrix form. With the method according to the invention, the main part of the signal processing can typically take place in the sensor itself. The data that are available on the ECU can, however, already be filtered, sampled and quantized. Only a relevant section of this data is required for the network. The data are then advantageously available as a vector that can be transferred to the network.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann das künstliche neuronale Netzwerk ein vorwärts gerichtetes neuronales Netzwerk, FFNN, sein. Es hat sich als besonders geeignet herausgestellt, ein künstliches neuronales Netzwerk mit der Struktur eines „feed forward neural networks“ FFNN in der Form eines Multilayer Perceptrons zu nutzen. Zur Implementierung des erfindungsgemäßen Prozesses sind für das künstliche neuronale Netzwerk bis zu 5 hidden layers denkbar und ausreichend. Die genaue Anzahl der Layer und der Neuronen kann dabei während des Trainingsprozesses bestimmt werden. Das Output-Layer kann beispielsweise aus zwei Neuronen bestehen, welche insbesondere eine Höhe und ein Winkel bestimmten. In einer Erweiterung des Verfahrens auf einen zweiten Winkel und einen relativen Abstand zum nächsten Sensor wären dann vier Neuronen erforderlich. Die Anzahl der Neuronen in der Eingangslage ist abhängig vom gewählten Ausschnitt und von der Abtastrate der Daten. Typischerweise könnten jedoch weniger als 100 Neuronen geeignet sein. Als Optimierungsfunktion können beispielsweise heuristische Methoden wie die SGD („Stochastic Gradient Descent“) eingesetzt werden, welche die Parameter in Richtung eines lokalen Minimums in der Abweichung hin optimieren. Für die Hidden Neuronen kann typischerweise ReLU verwendet werden. Aufgrund der gewählten Regression kann zweckmäßigerweise im Output Layer eine sigmoid-Aktivierung, beispielsweise in den Fällen in denen die Eingangsdaten normiert sind oder keine Aktivierungsfunktion verwendet werden.In a preferred embodiment of the method, the artificial neural network can be a forward neural network, FFNN. It has turned out to be particularly suitable to use an artificial neural network with the structure of a “feed forward neural network” FFNN in the form of a multilayer perceptron. To implement the process according to the invention, up to 5 hidden layers are conceivable and sufficient for the artificial neural network. The exact number of layers and neurons can be determined during the training process. The output layer can consist of two neurons, for example, which in particular determine a height and an angle. In an extension of the method to a second angle and a relative distance to the next sensor, four neurons would then be required. The number of neurons in the input layer depends on the selected section and the sampling rate of the data. Typically, however, fewer than 100 neurons might be suitable. Heuristic methods such as SGD (“Stochastic Gradient Descent”), for example, can be used as an optimization function, which optimize the parameters in the direction of a local minimum in the deviation. ReLU can typically be used for the hidden neurons. Due to the selected regression, a sigmoid activation can expediently be used in the output layer, for example in cases in which the input data is normalized or no activation function is used.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann das künstliche neuronale Netzwerk als Eingangswerte neben den Ultraschallsignal-Echodaten auch die konstruktiv vorgesehenen Werte des Einbauwinkels und der -höhe des verwendeten Ultraschallsensors umfassen. Zum Training des künstlichen neuronalen Netzwerkes hat es sich als besonders effektiv herausgestellt, dass neben den Ultraschallsensor-Echodaten auch die konstruktiv vorgesehenen Einbaupositionen der derzeit verwendeten Sensoren als Eingangswerte mit ins Netz eingespeist werden. Es werden also Daten mit ins Netzwerk eingespeist, welche beispielsweise die eigentliche Soll-Höhe und die Soll-Ausrichtung des Ultraschallsensors umfassen. Die Soll-Höhe und -Ausrichtung sind dabei diejenigen Werte, welche nach der Fahrzeugplanung optimaler Weise einzuhalten wären. Diese Einbaudaten können natürlich von den Daten der aktuellen Situation abweichen. Dies kann zu einer schnelleren Lernphase und zu verbesserten Ergebnissen beitragen. Diese Parameter sind hier nur bevorzugt genannt, da die Signaleigenschaften, die das neuronale Netzwerk für die Regression des Winkels und der Höhe tatsächlich nutzt, vom Netz selbst während des Trainings bestimmt werden.In a further preferred embodiment of the method, the artificial neural network can include as input values, in addition to the ultrasonic signal echo data, the constructively provided values of the installation angle and height of the ultrasonic sensor used. For training the artificial neural network, it has been found to be particularly effective that, in addition to the ultrasonic sensor echo data, the constructional installation positions of the sensors currently in use are also fed into the network as input values. In other words, data is also fed into the network, which includes, for example, the actual target height and the target alignment of the ultrasonic sensor. The target height and orientation are those values that should be optimally adhered to according to the vehicle planning. These installation data can of course differ from the data of the current situation. This can contribute to a faster learning phase and improved results. These parameters are only mentioned here as preferred, since the signal properties that the neural network actually uses for the regression of the angle and height are determined by the network itself during training.

In einer weiteren Alternative des Verfahrens kann in einen weiteren Verfahrensschritt f) ein Abgleich der über das künstliche neuronale Netzwerk ermittelten Position und Ausrichtung mit einer für den Ultraschallsensor hinterlegten Zielposition und -Ausrichtung erfolgen. In einem weiteren Schritt kann innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Vergleich der Soll- mit den Ist-Werten für einen oder sämtliche am Fahrzeug vorhandene Ultraschallsensoren erfolgen. Über den Abgleich kann festgestellt werden, ob die Positionen übereinstimmen oder ob es zu signifikanten Abweichungen in Position und/ oder Ausrichtung kommt. In letzteren Fall kann die Kalibrierung des betroffenen Sensors angepasst oder eine Warnung an den Fahrzeugführer ausgegeben werden.In a further alternative of the method, in a further method step f), the position and orientation determined via the artificial neural network can be compared with a target position and orientation stored for the ultrasonic sensor. In a further step, the setpoint and actual values for one or all of the ultrasonic sensors present on the vehicle can be compared within the method according to the invention. The comparison can be used to determine whether the positions match or whether there are significant deviations in position and / or alignment. In the latter case, the calibration of the affected sensor can be adjusted or a warning can be issued to the vehicle driver.

Des Weiteren erfindungsgemäßen ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere für Kraftfahrzeuge bietet sich das erfindungsgemäßen Verfahren an, da über die schon am Fahrzeug vorhandenen Ultraschallsensoren keine weitere Investition in die Sensortechnik erfolgen muss. Zudem hat sich gezeigt, dass die üblicherweise im Straßenverkehr vorliegenden Bodenbeläge eine besonders genaue Kalibrierung, respektive ein effizientes Training des künstlichen neuronalen Netzwerkes, erlauben. Durch diese Verwendung ist also eine automatische und zeitlich unmittelbare Überwachung der Position der vorliegenden Ultraschallsensoren möglich.The use of the method according to the invention in a motor vehicle is also according to the invention. The method according to the invention is particularly suitable for motor vehicles, since no further investment in sensor technology has to be made via the ultrasonic sensors already present on the vehicle. In addition, it has been shown that the floor coverings usually found in road traffic allow particularly precise calibration or efficient training of the artificial neural network. This use enables the position of the ultrasonic sensors present to be monitored automatically and immediately over time.

Des Weiteren erfindungsgemäß ist ein nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium mit darauf abgespeicherten Befehlen, die bei ihrer Ausführung auf einem Prozessor das erfindungsgemäße Verfahren bewirken.Furthermore, according to the invention is a non-volatile, computer-readable storage medium with commands stored thereon which, when executed on a processor, bring about the method according to the invention.

Des Weiteren erfindungsgemäß ist ein Fahrunterstützungssystem umfassend mindestens einen Ultraschallsensor der ausgebildet ist, akustische Signale auszusenden und Echosignale aus dem Fahrzeugumfeld zu empfangen, eine Steuereinheit zur Ansteuerung des mindestens einen Ultraschallsensors und eine Auswerteeinheit zur Auswertung der empfangenen Echosignale in Form eines künstlichen neuronalen Netzwerkes, wobei das Fahrerassistenzsystem ausgebildet ist einen Vergleich einer für den Ultraschallsensor hinterlegten Zielposition und -Ausrichtung mit einer über das künstliche neuronale Netzwerk nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Position und Ausrichtung durchzuführen. Zu den Vorteilen des erfindungsgemäß einsetzbaren Fahrunterstützungssystems wird explizit auf die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen. Des Weiteren ist anzumerken, dass auf Basis der gewählten Auswertung über ein künstliches neuronales Netzwerk die Rechenleistungen üblicherweise verwendeter Fahrzeug-Zentraleinheiten (ECU) ausreichend sind, sodass hier keine weiteren Investitionen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nötig sind.Furthermore, according to the invention, a driving support system comprising at least one ultrasonic sensor which is designed to transmit acoustic signals and to receive echo signals from the vehicle environment, a control unit for controlling the at least one ultrasonic sensor and an evaluation unit for evaluating the received echo signals in the form of an artificial neural network, wherein the A driver assistance system is designed to carry out a comparison of a target position and orientation stored for the ultrasonic sensor with a position and orientation determined via the artificial neural network according to the method according to the invention. With regard to the advantages of the driving assistance system that can be used according to the invention, reference is made explicitly to the advantages of the method according to the invention. It should also be noted that, based on the selected evaluation via an artificial neural network, the computing power of commonly used vehicle central units (ECU) is sufficient, so that no further investments are required here to carry out the method according to the invention.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit Ultraschallsensoren, die zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen eingerichtet sind;
  • 2 ein mögliches Teilkoordinatensystem zur Kennzeichnung der Position und Ausrichtung eines Ultraschallsensors; und
  • 3 eine mögliche erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Sensoranordnung im Rahmen eines erfindungsgemäßen Fahrunterstützungssystems.
Further advantages and advantageous configurations of the subject matter according to the invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings are only of a descriptive nature and are not intended to restrict the invention in any way. In the drawings show:
  • 1 schematically, a motor vehicle with ultrasonic sensors which are set up for sending and receiving ultrasonic signals;
  • 2 a possible partial coordinate system to identify the position and orientation of an ultrasonic sensor; and
  • 3 a possible embodiment according to the invention of a sensor arrangement within the scope of a driving support system according to the invention.

Aus der 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1 mit Ultraschallsensoren 2 ersichtlich, die zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen eingerichtet sind. Die Ultraschallsensoren 2 sind einerseits im Frontbereich des Kraftfahrzeugs 1 und andererseits im Heckbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet und können dort, wie aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, zur Abstandsmessung für Parkvorgänge dienen.From the 1 is schematically a motor vehicle 1 with ultrasonic sensors 2 that are set up to send and receive ultrasonic signals. The ultrasonic sensors 2 are on the one hand in the front area of the motor vehicle 1 and on the other hand in the rear area of the motor vehicle 1 arranged and can, as is generally known from the prior art, serve to measure the distance for parking processes.

Die 2 zeigt schematisch eine Möglichkeit zur Definition des Einbauortes eines Ultraschallsensors 2. Die Position des Ultraschallsensors 2 lässt sich relativ zum Boden 3 oder zum Referenzuntergrund 3 angeben, wobei die Lage des Ultraschallsensors 2 durch die Höhe 4 vom Boden 3 und den Winkel 5 zum Boden 3 gekennzeichnet ist. Es lassen sich aber auch andere Koordinatensysteme verwenden, welche die relative Lage zwischen Boden 3 und Ultraschallsensor 2 kennzeichnen.The 2 shows schematically a possibility for defining the installation location of an ultrasonic sensor 2 . The position of the ultrasonic sensor 2 can be relative to the ground 3 or to the reference background 3 Specify the location of the ultrasonic sensor 2 through the height 4th from the ground 3 and the angle 5 to the ground 3 is marked. However, other coordinate systems can also be used, which determine the relative position between the ground 3 and ultrasonic sensor 2 mark.

In 3 ist schematisch dargestellt, dass die Ultraschallsensoren 2 gemäß der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung Bestandteil einer Sensoranordnung sind, die über die Ultraschallsensoren 2 hinaus eine Zentraleinheit 6 (ECU) aufweist, mit der die Ultraschallsensoren 2 verbunden sind. Die Zentraleinheit 6 steuert die Ultraschallsensoren 2 und kann von den Ultraschallsensoren 2 erfasste Ultraschallsignale verarbeiten. Dazu weist die Zentraleinheit 6 unter anderem ein künstliches neuronales Netzwerk 7, im vorliegenden Fall ein vorwärts gerichtetes künstliches neuronales Netzwerk 7 (FFNN), auf.In 3 is shown schematically that the ultrasonic sensors 2 According to the preferred exemplary embodiments of the invention described here, they are part of a sensor arrangement which, via the ultrasonic sensors 2 also a central unit 6th (ECU) with which the ultrasonic sensors 2 are connected. The central unit 6th controls the ultrasonic sensors 2 and can from the ultrasonic sensors 2 process recorded ultrasonic signals. The central unit 6th including an artificial neural network 7th , in the present case a forward-looking artificial neural network 7th (FFNN), on.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Fahrzeugvehicle
22
UltraschallsensorUltrasonic sensor
33
Bodenground
44th
Höheheight
55
Winkelangle
66th
ZentraleinheitCentral unit
77th
künstliches neuronales Netzwerkartificial neural network

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017208268 B3 [0005]DE 102017208268 B3 [0005]
  • DE 102012216290 A1 [0006]DE 102012216290 A1 [0006]
  • DE 102005057973 A1 [0007]DE 102005057973 A1 [0007]

Claims (12)

Verfahren zur Überwachung der Einbauposition und/oder der Ausrichtung mindestens eines Ultraschallsensors (2) eines Fahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Aussenden eines Ultraschallimpulses durch einen am Fahrzeug (1) angeordneten Ultraschallsensor (2) und Erfassen eines von der Oberfläche eines Oberflächenbelags reflektierten Ultraschallsignals; b) Ausgeben eines oder mehrerer dem erfassten Ultraschallsignal entsprechender Messwerte; c) Eingeben des oder der Messwerte in ein künstliches neuronales Netzwerk (7); d) Ermitteln der Position und Ausrichtung des Ultraschallsensors (2) durch das künstliche neuronale Netzwerk (7), e) Ausgeben eines oder mehrerer für die Ultraschallsensorposition und - Ausrichtung charakterisierenden Werte aus dem künstlichen neuronalen Netzwerk (7).Method for monitoring the installation position and / or the alignment of at least one ultrasonic sensor (2) of a vehicle (1), characterized in that the method comprises the following method steps: a) Emission of an ultrasonic pulse by an ultrasonic sensor (2) arranged on the vehicle (1) and detecting an ultrasonic signal reflected from the surface of a surface covering; b) outputting one or more measured values corresponding to the recorded ultrasonic signal; c) input of the measured value or values into an artificial neural network (7); d) determining the position and alignment of the ultrasonic sensor (2) by the artificial neural network (7), e) outputting one or more values characterizing the ultrasonic sensor position and alignment from the artificial neural network (7). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das künstliche neuronale Netzwerk (7) über Ultraschallsensor-Echodaten trainiert wird, welche mit einem vom Oberflächenbelag (3) verschiedenen Referenzobjekt in einer oder mehreren vordefinierten Entfernungen erhalten wurden.Procedure according to Claim 1 , wherein the artificial neural network (7) is trained via ultrasonic sensor echo data which was obtained with a reference object different from the surface covering (3) at one or more predefined distances. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das künstliche neuronale Netzwerk (7) über Ultraschallsensor-Echodaten trainiert wird, welche von der Oberfläche eines oder mehrerer definierter Oberflächenbeläge (3) stammen.Method according to one of the preceding claims, wherein the artificial neural network (7) is trained using ultrasonic sensor echo data which originate from the surface of one or more defined surface coverings (3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das künstliche neuronale Netzwerk (7) über Ultraschallsensor-Echodaten trainiert wird, wobei die Echodaten von einem Ultraschallsensor (2) in unterschiedlichen Einbaupositionen und/oder Ausrichtungen stammen.Method according to one of the preceding claims, wherein the artificial neural network (7) is trained via ultrasonic sensor echo data, the echo data originating from an ultrasonic sensor (2) in different installation positions and / or orientations. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ultraschallsignal-Echodaten vor Eingabe in das künstliche neuronale Netzwerk (7) in unterschiedliche zeitliche Bereiche aufgeteilt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the ultrasonic signal echo data are divided into different time ranges before being input into the artificial neural network (7). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Messwert in Vektor- oder in Matrixform in das künstliche neuronale Netzwerk (7) eingegeben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the measured value is entered into the artificial neural network (7) in vector or matrix form. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das künstliche neuronale Netzwerk (7) ein vorwärts gerichtetes neuronales Netzwerk (7), FFNN, ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the artificial neural network (7) is a forward neural network (7), FFNN. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-7, wobei das künstliche neuronale Netzwerk (7) als Eingangswerte neben den Ultraschallsignal-Echodaten auch die konstruktiv vorgesehenen Werte des Einbauwinkels und der -höhe des verwendeten Ultraschallsensors umfassen.Method according to one of the Claims 2 - 7th , the artificial neural network (7) including as input values, in addition to the ultrasonic signal echo data, the constructively intended values of the installation angle and height of the ultrasonic sensor used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einen weiteren Verfahrensschritt f) ein Abgleich der über das künstliche neuronale Netzwerk (7) ermittelten Position und Ausrichtung mit einer für den Ultraschallsensor (2) hinterlegten Zielposition und -Ausrichtung erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein in a further method step f) the position and alignment determined via the artificial neural network (7) is compared with a target position and alignment stored for the ultrasonic sensor (2). Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug (1).Use of a method according to one of the preceding claims in a motor vehicle (1). Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium mit darauf abgespeicherten Befehlen, die bei ihrer Ausführung auf einem Prozessor ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 bewirken.Non-volatile, computer-readable storage medium with instructions stored on it, which when executed on a processor, a method according to one of the Claims 1 - 9 cause. Fahrunterstützungssystem umfassend mindestens einen Ultraschallsensor (2) der ausgebildet ist, akustische Signale auszusenden und Echosignale aus dem Fahrzeugumfeld zu empfangen, eine Steuereinheit (6) zur Ansteuerung des mindestens einen Ultraschallsensors (2) und eine Auswerteeinheit zur Auswertung der empfangenen Echosignale in Form eines künstlichen neuronalen Netzwerkes (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem ausgebildet ist einen Vergleich einer für den Ultraschallsensor (2) hinterlegten Zielposition und -Ausrichtung mit einer über das künstliche neuronale Netzwerk (7) nach einem Verfahren der Ansprüche 1-9 ermittelten Position und Ausrichtung durchzuführen.Driving support system comprising at least one ultrasonic sensor (2) which is designed to send out acoustic signals and to receive echo signals from the vehicle environment, a control unit (6) for controlling the at least one ultrasonic sensor (2) and an evaluation unit for evaluating the received echo signals in the form of an artificial neural one Network (7), characterized in that the driver assistance system is designed to compare a target position and orientation stored for the ultrasonic sensor (2) with that of the artificial neural network (7) according to a method of Claims 1 - 9 determined position and alignment.
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