DE102019208508A1

DE102019208508A1 - Verfahren zur Höhenklassifizierung von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs und Fahrerassistenzsystem

Info

Publication number: DE102019208508A1
Application number: DE102019208508.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Schumann; Tom Reimann; Juergen Schmidt; Stevens Wang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2020-12-17
Also published as: WO2020249375A1; CN113950629A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Höhenklassifizierung von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs (1) unter Verwendung von Ultraschallsensoren (10) vorgeschlagen. Die Ultraschallsensoren (10) senden Ultraschallpulse aus und empfangen von Objekten reflektierte Ultraschallechos. Bei der Höhenklassifizierung wird zwischen niedrigen, überfahrbaren Objekten und hohen, nicht überfahrbaren Objekten unterschieden. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass für einen ausgesandten Ultraschallpuls ein Höhenindikator H bestimmt wird, welcher gegeben ist durch die Anzahl der empfangenen Ultraschallechos, der Amplituden der empfangenen Ultraschallechos, der Signalkorrelationen der empfangenen Ultraschallechos und den empfangenen Ultraschallechos zugeordneten Abständen. Für die Werte des Höhenindikators H wird ferner ein Histogramm mit n Klassen Kierstellt, wobei die Klassen K1bis KhWerte des Höhenindikators H repräsentieren, die ein hohes Objekt kennzeichnen, und die Klassen K(h+1)bis KnWerte des Höhenindikators H repräsentieren, die ein niedriges Objekt kennzeichnen, und es wird ein Indikator Q bestimmt, der eine Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen eines hohen Objekts angibt. Der Indikator Q ist ein Quotient aus einer mit dem Gewichtungsfaktor bigewichteten Summe über i von 1 bis h der Klassen Ki, welche hohe Objekte angeben, und der mit dem Gewichtungsfaktor bigewichteten Summe über i von 1 bis n aller Klassen Ki.Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem (100), welches zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Höhenklassifizierung von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs unter Verwendung von Ultraschallsensoren, welche Ultraschallpulse aussenden und von Objekten reflektierte Ultraschallechos wieder empfangen, wobei bei der Höhenklassifizierung zwischen niedrigen, überfahrbaren Objekten und hohen, nicht überfahrbaren Objekten unterschieden wird. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem, welches zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist.
Stand der Technik
Moderne Fahrzeuge sind mit einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen ausgestattet, welche den Fahrer des Fahrzeugs bei der Ausführung verschiedener Fahrmanöver unterstützen. Des Weiteren sind Fahrerassistenzsysteme bekannt, welche den Fahrer vor Gefahren in der Umgebung warnen. Für ihre Funktion benötigen die Fahrerassistenzsysteme präzise Daten über die Umgebung des Fahrzeugs und insbesondere über Objekte, welche sich in der Umgebung des Fahrzeugs befinden.
Häufig werden ultraschallbasierte Objektlokalisierungsmethoden eingesetzt, bei denen zwei oder mehr Ultraschallsensoren eingesetzt werden. Die Ultraschallsensoren senden dabei jeweils Ultraschallpulse aus und empfangen von Objekten in der Umgebung reflektierte Ultraschallechos. Aus der Laufzeit der Ultraschallpulse bis zum Empfang des entsprechenden Ultraschallechos sowie der bekannten Schallgeschwindigkeit lässt sich jeweils der Abstand zwischen einem reflektierenden Objekt und dem jeweiligen Sensor ermitteln. Befindet sich ein Objekt im Sichtfeld von mehr als einem Ultraschallsensor, also kann der Abstand zu dem Objekt von mehr als einem Ultraschallsensor ermittelt werden, kann über Laterationsalgorithmen auch die genaue Lage des reflektierenden Objekts relativ zu den Sensoren beziehungsweise zu dem Fahrzeug ermittelt werden.
Durch die immer größer werdenden Sichtfelder und Sensitivitäten der Sensoren können zunehmend auch Objekte auf dem Boden wie beispielsweise Bordsteine, Schwellen oder Gullideckel erkannt werden. Für die korrekte Funktion der Fahrerassistenzsysteme ist es dabei wichtig, zwischen kollisionsrelevanten Objekten, wie beispielsweise Pfosten, Wände oder Verkehrsschilder, und für eine Kollision nicht relevante überfahrbare Objekte wie beispielsweise Bordsteine, Schwellen oder Gullideckel, unterscheiden zu können.
Aus DE 10 2009 046 158 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung von Objekten mit geringer Höhe bekannt. Dabei ist vorgesehen, kontinuierlich einen Abstand zu einem Objekt mittels Abstandssensoren zu erfassen und zu überprüfen, ob das Objekt beim Annähern des Fahrzeugs bei Unterschreiten eines vorgegebenen Abstands von den Abstandssensoren weiter erfasst wird oder ob es aus dem Detektionsbereich der Abstandssensoren verschwindet. Wird erkannt, dass das Objekt bei der Annäherung aus dem Detektionsbereich der Abstandssensoren verschwindet, wird das Objekt als ein Objekt mit geringer Höhe eingestuft.
Im Stand der Technik sind zudem Verfahren bekannt, bei denen ausgenutzt wird, dass hohe und ausgedehnte Objekte in der Regel keinen einzigen, klar definierten Reflexionspunkt aufweisen und dadurch auf einen einzelnen Ultraschallimpuls mehrere Reflexionen und damit mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Ultraschallechos hervorrufen können. Bei einem hohen Objekt läuft beispielsweise ein Reflex direkt horizontal, also parallel zum Boden vom Sensor zum Objekt und wieder zurück. Ein weiterer Reflex wird von der Kehle zwischen dem Boden und dem hohen Objekt zurückgeworfen. Dieses zweite Ultraschallecho trifft zeitlich nach dem ersten Ultraschallecho ein, da von der Einbauposition des Sensors bis zu dem Übergang zwischen dem Objekt und dem Boden ein längerer Weg zurückgelegt werden muss als der direkte, parallel zum Boden verlaufende Weg. Des Weiteren ist bekannt, dass bestimmte Objekte wie beispielsweise Büsche oder Fußgänger aber auch flache Objekte wie Ablaufgitter oder Gullideckel eine Vielzahl von Reflexionen verursachen, welche sich als ein rauschartiges Signal als Echo bemerkbar machen.
DE 10 2007 061 235 A1 beschreibt ein Verfahren zur Klassifizierung der Höhe von Objekten unter Ausnutzung von statistischer Streuung, welche insbesondere durch mehrfache Reflexionen des Messsignals verursacht wird.
Problematisch an den bekannten Verfahren zur Höhenklassifikation ist, dass die zur Klassifizierung verwendeten Parameter wie insbesondere die Anzahl der empfangenen Reflexionen eines Objekts stark von weiteren Bedingungen wie beispielsweise dem momentanen Störpegel abhängig sind.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zur Höhenklassifizierung von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs unter Verwendung von Ultraschallsensoren vorgeschlagen. Die Ultraschallsensoren senden Ultraschallpulse aus und empfangen von Objekten reflektierte Ultraschallechos. Bei der Höhenklassifizierung wird zwischen niedrigen, überfahrbaren Objekten und hohen, nicht überfahrbaren Objekten unterschieden. Bei dem Verfahren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass für einen ausgesandten Ultraschallpuls ein Höhenindikator H bestimmt wird. Für die Werte des Höhenindikators H wird ferner ein Histogramm mit n Klassen K_i erstellt, wobei die Klassen K₁ bis K_h Werte des Höhenindikators H repräsentieren, die ein hohes Objekt kennzeichnen, und die Klassen K(_h+1) bis K_n Werte des Höhenindikators H repräsentieren, die ein niedriges Objekt kennzeichnen, und es wird ein Indikator Q bestimmt, der eine Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen eines hohen Objekts angibt. Der Indikator Q ist ein Quotient aus einer mit dem Gewichtungsfaktor b_i gewichteten Summe über i von 1 bis h der Klassen K, welche hohe Objekte kennzeichnen, und der mit dem Gewichtungsfaktor b_i gewichteten Summe über i von 1 bis n aller Klassen K_i. Somit ist der Indikator Q gegeben durch die Formel $Q = \frac{\sum_{i = 1}^{h} b_{i} K_{i}}{\sum_{i = 1}^{n} b_{i} K_{i}} .$
Der Höhenindikator H wird bestimmt basierend auf der Anzahl der empfangenen Ultraschallechos, der Amplituden der empfangenen Ultraschallechos, der Signalkorrelationen der empfangenen Ultraschallechos, den empfangenen Ultraschallechos zugeordneten Abständen und Kombinationen von mindestens zwei dieser Parameter. Bevorzugt gehen alle genannten Parameter in die Bestimmung des Höhenindikators H ein.
Bei dem Verfahren sendet zumindest einer der Ultraschallsensoren eines Fahrzeugs einen Ultraschallpuls aus, was auch als ein einzelner „Schuss“ dieses Ultraschallsensors bezeichnet wird, und die Ultraschallsensoren des Fahrzeugs empfangen anschließend von Objekten in der Umgebung reflektierte Ultraschallechos. Dabei kann ein Objekt, je nach seiner Größe, Höhe und Beschaffenheit nicht nur zu einem einzelnen Ultraschallecho führen, sondern es treten in der Regel mehrere Ultraschallechos auf. Beispielsweise liefert ein hohes, nicht überfahrbares Objekt in der Regel mindestens zwei Ultraschallechos auf einen ausgesandten Ultraschallpuls. Ein erstes Ultraschallecho läuft dabei horizontal auf Höhe des Ultraschallsensors vom Objekt zurück zum Ultraschallsensor. Ein zweites Ultraschallecho wird von der Kehle zwischen dem Objekt und dem Boden hervorgerufen und legt dabei aufgrund des Höhenunterschieds einen längeren Weg zurück als das erste Ultraschallecho. Die Ultraschallechos können dabei jeweils von einem oder von mehreren Ultraschallsensoren des Fahrzeugs empfangen werden.
Bei dem Verfahren ist vorgesehen, die von einem Objekt stammenden mehrfachen Ultraschallechos zu dem Höhenindikator zusammenzufassen. Der Höhenindikator ist dabei bevorzugt dem Objekt zugeordnet, von dem die Ultraschallechos stammen. In den Höhenindikator H gehen neben der Anzahl der auf einen ausgesendeten Ultraschallpuls empfangenen Ultraschallechos auch deren Amplituden, deren Signalkorrelationen und/oder die zu den Ultraschallechos bestimmten Abstände ein. Die Signalkorrelation bezeichnet dabei die Korrelation des entsprechenden Ultraschallechos mit dem ausgesendeten Ultraschallpuls. Der einem Ultraschallecho zugeordnete Abstand wird aus der bekannten Schallgeschwindigkeit in Luft und der jeweiligen Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallpulses und dem Empfang des Ultraschallechos bestimmt. Dabei können insbesondere die Abweichungen der Abstände zwischen den einzelnen Ultraschallechos betrachtet werden, also beispielsweise die Differenz zwischen dem Abstand des ersten Ultraschallechos und dem Abstand des letzten Ultraschallechos einer Mehrfach-Reflexion.
Eine Gruppierung mehrere empfangener Ultraschallechos zu mehreren Reflexionen eines Objekts findet bevorzugt auf einer unteren Signalebene statt, in der es noch keine Informationen über die Objektposition gibt. Hierzu wird beispielsweise ein zeitliches Fangfenster vorgegeben, wobei Echos innerhalb dieses Fangfensters als Mehrfach-Reflexionen eines Objekts behandelt werden.
Zum Bestimmen des Höhenindikators werden die ausgewählten Parameter wie die Anzahl der empfangenen Ultraschallechos, die Amplituden der empfangenen Ultraschallechos, die Signalkorrelationen der empfangenen Ultraschallechos, die den empfangenen Ultraschallechos zugeordneten Abständen und Kombinationen von mindestens zwei dieser Parameter zum Höhenindikator H verknüpft.
Das Verfahren wird bevorzugt fortlaufend durchlaufen, so dass entsprechend fortlaufend der Höhenindikator H bestimmt wird. Zur weiteren Auswertung wird ein Histogramm der für den Höhenindikator H erhaltenen Werte erstellt. Das Histogramm weist n Klassen auf. Beispielsweise wird n im Bereich von 4 bis 100 gewählt, besonders bevorzugt im Bereich von 6 bis 20. Beispielsweise werden 7 oder 16 Klassen gewählt.
Der Höhenindikator H kann in Form kontinuierlicher Werte vorliegen, wobei jeder Klasse ein vorgegebener Wertebereich des Höhenindikators zugeordnet wird. Alternativ dazu kann der Höhenindikator in Form diskreter Werte oder Aussagen vorliegen, wobei einer Klasse eine oder mehrere diskrete Werte bzw. Aussagen zugeordnet werden können. Eine Aussage kann beispielsweise eine Einstufung dahingehend sein, dass die verknüpften Parameter einen Höhenindikator ergeben, der auf eine bestimmte Situation oder auf einen bestimmten Typ von Objekt hinweist. Beispielsweise kann ein Höhenindikator aussagen, dass die berücksichtigten Parameter typischerweise einen Bordstein, eine Wand, einen Busch oder einen Fußgänger repräsentieren. Von den genannten Beispielen ist lediglich der Bordstein überfahrbar.
Ein für einen Bordstein charakteristischer Höhenindikator zeichnet sich beispielsweise aus durch ein bis zwei empfangene Ultraschallechos, deren Abstand gering ist. Die Amplitude des zweiten Ultraschallechos ist sehr niedrig und die Amplitude des ersten Echos ist abhängig vom Abstand.
Ein für eine Wand charakteristischer Höhenindikator zeichnet sich beispielsweise aus durch zwei Ultraschallechos, wobei das erste Ultraschallecho eine sehr hohe Amplitude und eine hohe Korrelation aufweist und das zweite Ultraschallecho eine niedrige Amplitude und eine niedrige Korrelation aufweist. Die den Ultraschallechos zugeordneten Abstände sind dabei größer als bei einem Bordstein.
Ein für einen Busch charakteristischer Höhenindikator zeichnet sich beispielsweise aus durch zwei bis vier Ultraschallechos, wobei alle Echos eine sehr geringe Amplitude und Korrelation aufweisen.
Ein für einen Fußgänger charakteristischer Höhenindikator zeichnet sich beispielsweise aus durch zwei bis drei Ultraschallechos mit mittleren Amplituden und niedrigen Korrelationen. Typischerweise sind Variationen der den Ultraschallechos zugeordneten Abstände sehr groß (bis zu 40cm zwischen ersten und letzten Echo).
Anhand des Histogramms, welches fortlaufend aktualisiert wird, wird dann fortlaufend der Indikator Q bestimmt, der gegeben ist aus der gewichteten Summe aller Klassen, die auf ein hohes Objekt hinweisen, geteilt durch die gewichtete Summe aller Klassen.
Ob eine Klasse auf ein hohes, nicht überfahrbares Objekt hinweist, oder umgekehrt auf ein niedriges, überfahrbares Objekt hinweist, wird bevorzugt anhand von Versuchen empirisch ermittelt. Dementsprechend wird der Parameter h, der angibt, welche der Klassen auf ein hohes Objekt hinweisen, empirisch gewählt.
Auch die Gewichtungsfaktoren bi, welche für die Gewichtung der Summe verwendet werden, werden bevorzugt empirisch über Versuche ermittelt. Die Gewichtungsfaktoren b_i können dann beispielsweise in einem Speicher eines Steuergeräts, welches das Verfahren implementiert, hinterlegt werden. Beispielsweise können die Gewichtungsfaktoren b_i in Form eines lookup-tables hinterlegt werden.
Bevorzugt gibt der empirisch bestimmte Gewichtungsfaktor b_i an, wie aussagekräftig die Klasse K_i für die Höhenklassifizierung ist.
Der Wert des so erhaltenen und bevorzugt fortlaufend aktualisierten Indikators Q wird dann als Indikator für das Vorliegen eines hohen, nicht überfahrbaren Objekts verwendet.
Bei dem Verfahren ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Detektionsschwelle der Ultraschallsensoren an einen momentanen Störpegel cl derart angepasst wird, dass eine Rate für eine falsche Einstufung eines Ultraschallechos als das Echo eines Objekts konstant ist.
Der Störpegel cl ist dabei in der Regel vom sogenannten Clutter dominiert, welcher durch Bodenechos hervorgerufen wird. Die Amplitude und Anzahl der Bodenechos bzw. des Clutters ist dabei stark von der Beschaffenheit des Bodens abhängig. Bei einem glatten Untergrund treten weniger Bodenechos auf als bei einem unebenen Untergrund wie beispielsweise Schotter. Des Weiteren können andere Umgebungsgeräusche oder Ultraschallpulse anderer Ultraschallsensoren einen Störpegel erzeugen. Dementsprechend ist bevorzugt vorgesehen, die Detektionsschwelle jeweils an die momentan vorliegenden Umweltbedingungen anzupassen, sodass bei geringem Umgebungsrauschen oder einer geringen Anzahl von Bodenechos der Detektionsschwellenwert gesenkt wird und umgekehrt in einer lauten Umgebung mit vielen Störsignalen und großem Rauschen und/oder einer hohen Anzahl von Bodenechos, beispielsweise durch einen rauen Untergrund wie Schotter, die Detektionsschwelle angehoben wird. Für das Adaptieren des Detektionsschwellenwerts kann beispielsweise ein Algorithmus eingesetzt werden, der die Detektionsschwelle derart regelt, dass eine konstante Falschalarmrate erzielt wird (Constant false alarm rate, CAFR).
Bevorzugt wird bei der Erstellung des Histogramms eine Gewichtung gemäß der Beziehung $K_{i} = K_{i} + a_{i} * H$
vorgenommen, wobei a_i ein empirisch bestimmter Gewichtungsfaktor ist.
Dabei ist der empirisch bestimmte Gewichtungsfaktor a_i bevorzugt so gewählt, dass eine Normierung erfolgt, durch die der Höhenindikator H unabhängig von einer momentan eingestellten Empfindlichkeit der Ultraschallsensoren ist.
Der empirisch ermittelte Gewichtungsfaktor a_i ist bevorzugt eine vom Störpegel cl und dem Abstand d des Objekts abhängige Funktion a_i(cl, d).
Der Gewichtungsfaktoren a_i bzw. die Funktion a_i(cl, d) sind bevorzugt in Form einer Tabelle bzw. in Form eines lookup-tables in einem Speicher eines Steuergeräts abgelegt, welches das Verfahren implementiert.
Durch einen als Funktion a_i(cl, d) vorgegebenen Gewichtungsfaktor für die Bildung des Histogramms wird ein Normierungsfaktor geschaffen, der die Einflüsse von Distanz d und dem Störpegel cl, insbesondere dem Clutter, eliminiert. Vorteilhafter Weise wird bei Kombination mit einem adaptiven Schwellenwert für die Ultraschallsensoren das System bei niedrigem Störpegel sensitiver und bei hohem Störpegel insensitiver. Bei sensitiver eingestellten Ultraschallsensoren würden ohne eine entsprechende Normierung die erhaltenen Werte für den Höhenindikator H für alle Objekte anwachsen, also sowohl für niedrige als auch für hohe Objekte. Des Weiteren sind bei niedrigem Störpegel bestimmte Wertebereiche des Höhenindikators nicht aussagekräftig, so dass diese gegebenenfalls mit einem Gewichtungsfaktor von 0 ausgeblendet werden.
Auch der ermittelte Abstand d des Objekts hat einen Einfluss auf die Aussagekraft des Höhenindikators. Im Nahbereich bis etwa 50 cm Abstand liegen Ultraschallechos, welche von der Kehle zwischen einem Objekt und dem Boden stammen, außerhalb eines Sichtfeldes der Ultraschallsensoren. Die Ultraschallsensoren sind jedoch nur in der Lage Ultraschallechos von einem Objekt zu erhalten, welches sich innerhalb ihres Sichtfeldes liegt. Im Bereich zwischen 80 cm und 120 cm erreicht der vom Clutter verursachte Störpegel sein Maximum. Im Fernbereich oberhalb von 200 cm sinken die Amplituden von einigen Ultraschallechos unter die Detektionsschwelle der Ultraschallsensoren ab. In diesen problematischen Bereichen werden die Gewichtungsfaktoren a_i entsprechend bevorzugt niedriger gewählt, als außerhalb dieser Entfernungsbereiche.
Im Fall von Mehrfach-Reflexionen, also wenn mehr als ein Ultraschallecho einem Objekt zugeordnet wird, wird bevorzugt der dem ersten Ultraschallecho zugeordnete Abstand als Abstand d des Objekts angesehen.
Bevorzugt wird zu dem Indikator Q ein Konfidenzwert bestimmt, wobei der Konfidenzwert von der Anzahl der Einträge im Histogramm abhängig ist. Bei einer kleinen Anzahl an Einträgen, also mit wenigen empfangenen Ultraschallechos, ist die Aussagekraft des Indikators Q noch gering und wächst erst mit zunehmender Anzahl von empfangenen Ultraschallechos und entsprechend mit steigender Anzahl von Einträgen im Histogramm an.
Bevorzugt wird bei der Durchführung der Höhenklassifizierung neben dem Indikator Q mindestens ein weiterer Klassifizierungsparameter berücksichtigt, wobei der mindestens eine weitere Klassifizierungsparameter ausgewählt ist aus dem Konfidenzwert des Indikators Q, der Amplitude der Ultraschallechos, einem Gradient der Amplitude der Ultraschallechos, einem Quotienten aus Distanzdifferenz und Differenz aus gefahrener Wegstrecke und Kombinationen mehrerer dieser Klassifizierungsparameter.
Bei dem Gradienten der Amplitude der Ultraschallechos handelt es sich um die bei einer Veränderung des Abstands eines Objekts zum Fahrzeug beobachtete Änderung der Amplitude der diesem Objekt zugeordneten Ultraschallechos. Dabei ist beispielsweise vorgesehen, kontinuierlich einen Abstand zu einem Objekt mittels der Ultraschallsensoren zu erfassen und zu überprüfen, ob das Objekt beim Annähern des Fahrzeugs bei Unterschreiten eines vorgegebenen Abstands von den Abstandssensoren weiter erfasst wird oder ob es aus dem Detektionsbereich der Abstandssensoren verschwindet. Wird beispielsweise erkannt, dass das Objekt bei der Annäherung aus dem Detektionsbereich der Abstandssensoren verschwindet, wird das Objekt als ein niedriges, überfahrbares Objekt eingestuft.
Bei dem Quotienten aus Distanzdifferenz und Differenz aus gefahrener Wegstrecke wird eine Veränderung des über die Laufzeit gemessenen Abstands im Verhältnis zu einer Veränderung des Abstands zum Objekt durch eine Bewegung des Fahrzeugs betrachtet. Für ein Nebenecho, welches beispielsweise von der Kehle zwischen dem Boden und einem hohen Objekt zurückgeworfen wird, ergibt sich nach dem Satz des Pythagoras der aus der Laufzeit des Ultraschallechos berechnete Abstand D aus $D = \sqrt{d^{2} + h^{2}}$
wobei d der Abstand des Objekts zum Sensor ist und h die Einbauhöhe des Sensors über dem Boden ist. Der Abstand d des Objekts zum Sensor ist dabei immer der kürzeste Abstand, welcher sich aus einer direkten, parallel zum Boden verlaufenden Linie ergibt. Da die Sensorhöhe h konstant ist ändert sich der berechnete Abstand D weniger stark als der tatsächliche Abstand d zum Objekt.
Um ein empfangenes Echo einem Objekt in der Umgebung zuordnen zu können, ist es bevorzugt, Objekthypothesen zu erstellen und die empfangenen Ultraschallechos jeweils einer Objekthypothese zuzuordnen. Eine Zuordnung von Ultraschallechos zu einer Objekthypothese kann beispielsweise unter Verwendung von Lateration erfolgen. Eine solche Positionsbestimmung mittels Lateration ist vorteilhaft für die Verwendung der erhaltenen Daten in einem Fahrerassistenzsystem. Für die Ausführung des erfindungsgemäßen Klassifizierungsverfahrens ist eine derartige Zuordnung jedoch nicht erforderlich. Eine Interpretation von Mehrfach-Reflexionen als Ultraschallechos eines einzigen Objekts erfolgt bevorzugt unter Verwendung eines zeitlichen Fangfensters, wobei alle Ultraschallechos, welche innerhalb dieses Fangfensters empfangen werden, als Mehrfach-Reflexionen desselben Objekts angesehen werden.
Bevorzugt werden zur Ausführung der Lateration über mindestens zwei Ultraschallsensoren mit zumindest teilweise überlappenden Sichtfeldern Abstände zwischen dem jeweiligen Ultraschallsensor und Ultraschallpulse reflektierenden Objekten in der Umgebung ermittelt, wobei eine Positionsbestimmung der reflektierenden Objekte mittels Lateration erfolgt.
Dabei können insbesondere zeitlich aufeinanderfolgend gewonnene Messwerte, also zeitlich nacheinander bestimmte Abstandswerte ein und derselben Objekthypothese zugeordnet werden, wenn eine Lateration ergibt, dass die Position des jeweiligen den Ultraschall reflektierenden Objekts mit der einer Objekthypothese zugeordneten Position übereinstimmt beziehungsweise in dessen Nähe liegt. Durch Auswerten der Gesamtmenge der einer Objekthypothese zugeordneten Messungen beziehungsweise von den mit den Ultraschallsensoren bestimmten Abständen und Positionen können dann des Weiteren auch Rückschlüsse auf die Kontur des Objekts geschlossen werden. Bewegt sich das Fahrzeug beispielsweise gleichmäßig in eine Richtung fort und liegen alle einer Objekthypothese zugeordneten Positionen auf einer Linie oder liegen alle einer Objekthypothese zugeordneten Positionen aller Ultraschallsensoren eines Stoßfängers auf einer Linie, so kann darauf geschlossen werden, dass es sich bei dem dieser Objekthypothese zugeordneten Objekt um ein ausgedehntes Objekt handelt, wie beispielsweise eine Mauer oder ein anderes Fahrzeug. Verändert sich die Position hingegen näherungsweise nicht, so liegt wahrscheinlich ein punktförmiges Objekt vor, welches in der Ebene parallel zum Boden gesehen nur eine geringe geometrische Ausdehnung aufweist. Beispielsweise handelt es sich um einen Pfosten, ein Verkehrsschild oder um eine charakteristische Ecke eines anderen Objekts, wie beispielsweise eine Fahrzeugecke oder eine Häuserecke oder auch um eine Bordsteinkantenecke. Ein solches Zusammenfügen einzelner gemessener Abstände zu ausgedehnten Objekten ist beispielsweise in DE 10 2007 051 234 A1 beschrieben.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem umfassend mindestens einen Ultraschallsensor und ein Steuergerät. Das Fahrerassistenzsystem ist dazu ausgebildet und/oder eingerichtet, eines der hierin beschriebenen Verfahren auszuführen.
Da das Fahrerassistenzsystem zur Ausführung eines der Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet ist, gelten im Rahmen eines der Verfahren beschriebene Merkmale entsprechend für das Fahrerassistenzsystem und umgekehrt gelten im Rahmen eines der Fahrerassistenzsysteme beschriebene Merkmale umgekehrt für die Verfahren.
Das Fahrerassistenzsystem ist bevorzugt zusätzlich eingerichtet, unter Verwendung von mindestens zwei Ultraschallsensoren die Position von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs zu bestimmen und empfangene Ultraschallechos einer Objekthypothese zuzuordnen, welche das Objekt repräsentiert.
Vorteile der Erfindung
Durch das vorgeschlagene Verfahren und das vorgeschlagene Fahrerassistenzsystem wird eine robuste Höhenklassifizierung von Objekten in niedrige, überfahrbare Objekte und hohe, nicht überfahrbare Objekte ermöglicht. Insbesondere bei schwierigen Grenzfällen, wie beispielsweise einer Bordsteinkannte kann im Vergleich zu bekannten Verfahren eine erhöhte Trennschärfe erreicht werden.
Vorteilhafterweise werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt, so dass eine einfache Implementierung mit den üblicherweise bei modernen Fahrzeugen eingesetzten Ultraschallsensoren möglich ist.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem in einer Ansicht von der Seite.

Ausführungsformen der Erfindung
Die Figur stellt den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt ein Fahrzeug 1, welches sich auf einer Straße 22 befindet, in einer Ansicht von der Seite. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 100 mit einem Ultraschallsensor 10 und einem Steuergerät 20. In der Seitenansicht der 1 ist nur ein Ultraschallsensor 10 sichtbar, das Fahrzeug 1 umfasst jedoch mehrere Ultraschallsensoren 10. In der in 1 dargestellten Ausführungsform verfügt das Fahrerassistenzsystem 100 zudem über eine mit dem Steuergerät 20 verbundene Anzeigevorrichtung 28. Das Steuergerät 20 ist zudem dazu eingerichtet, einen Bremseingriff auszuführen. Dies ist in der Darstellung der 1 durch eine Verbindung des Steuergeräts 20 mit einem Pedal 29 dargestellt.
Der in 1 sichtbare Ultraschallsensor 10 am Heck des Fahrzeugs 1 montiert. Der Ultraschallsensor 10 weist ein Sichtfeld 30 auf, innerhalb dem der Ultraschallsensor 10 in der Lage ist, Objekte wie das Verkehrsschild 26 oder eine Schwelle 24 zu erkennen. Die in der 1 ebenfalls dargestellte weitere Schwelle 24', welche sich im Vergleich zur Schwelle 24 dichter am Fahrzeug 1 befindet, kann in der in 1 dargestellten Situation durch den Ultraschallsensor 10 nicht mehr erkannt werden, da sich diese weitere Schwelle 24' außerhalb des Sichtfelds 30 des Ultraschallsensors 10 befindet. Eine Höhenklassifizierung der Schwelle 24 kann bei einer Annäherung des Fahrzeugs 1 an die Schwelle 24 durch eine Veränderung der Amplitude beziehungsweise eine Veränderung des Detektionsverhaltens erkannt werden. Fährt das Fahrzeug 1 langsarr rückwärts in Richtung der Schwelle 24, wird diese an einem bestimmten Punkt das Sichtfeld 30 des Ultraschallsensors 10 verlassen, was an einem starken Abfall einer Amplitude eines entsprechenden Ultraschallechos erkennbar wird. Der Zeitpunkt beziehungsweise die Entfernung der Schwelle 24 zum Fahrzeug 1 zu dem Zeitpunkt, an dem diese durch den Ultraschallsensor 10 nicht mehr erkannt werden kann, kann dann verwendet werden, um Rückschlüsse auf die Höhe der Schwelle 24 zu ziehen. Würde es sich bei der Schwelle 24 um ein hohes Objekt handeln, ähnlich dem Verkehrsschild 26, kann kein Verlassen des Sichtfelds 30 des Ultraschallsensors 10 bei einer Annäherung erfolgen. Ein solches Verlassen des Sichtfelds 30 bei einer Annäherung ist nur für niedrige, in der Regel überfahrbare Objekte möglich.
Eine sichere Einstufung des Verkehrsschilds 26 als ein hohes Objekt ist jedoch aufgrund der vergleichsweise geringen Fläche, welche Ultraschall des Ultraschallsensors 10 reflektieren kann, und damit aufgrund der vergleichsweise kleinen Amplituden der empfangenen Ultraschallechos nicht allein auf Basis der Amplitude möglich. Es müssen somit weitere Kriterien herangezogen werden.
Erfindungsgemäß wird für ausgesandte Ultraschallpulse jeweils ein Höhenindikator H bestimmt, welcher bevorzugt gegeben ist durch die Anzahl der empfangenen Ultraschallechos, der Amplituden der empfangenen Ultraschallechos, der Signalkorrelationen der empfangenen Ultraschallechos und den empfangenen Ultraschallechos zugeordneten Abständen d. Ferner wird ein Histogramm der Werte des Höhenindikators H mit n Klassen K_i erstellt, wobei die Klassen K₁ bis K_h Werte repräsentieren, die ein hohes Objekt kennzeichnen, und die Klassen K_(h+1) bis K_n Werte repräsentieren, die ein niedriges Objekt kennzeichnen. Zu dem Histogramm wird schließlich ein Indikator Q bestimmt, der eine Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen eines hohen Objekts angibt. Der Indikator Q ist ein Quotient aus einer mit dem Gewichtungsfaktor b_i gewichteten Summe über i von 1 bis h der Klassen K, welche hohe Objekte angeben, und der mit dem Gewichtungsfaktor b_i gewichteten Summe über i von 1 bis n aller Klassen K_i.
Der Wert des so erhaltenen und bevorzugt fortlaufend aktualisierten Indikators Q wird dann als Indikator für das Vorliegen eines hohen, nicht überfahrbaren Objekts verwendet.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009046158 A1 [0005]
DE 102007061235 A1 [0007]
DE 102007051234 A1 [0041]

Claims

Verfahren zur Höhenklassifizierung von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs (1) unter Verwendung von Ultraschallsensoren (10), welche Ultraschallpulse aussenden und von Objekten reflektierte Ultraschallechos wieder empfangen, wobei bei der Höhenklassifizierung zwischen niedrigen, überfahrbaren Objekten und hohen, nicht überfahrbaren Objekten unterschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass für einen ausgesandten Ultraschallpuls ein Höhenindikator H bestimmt wird, ein Histogramm der Werte des Höhenindikators H mit n Klassen K_i erstellt wird, wobei die Klassen K₁ bis K_h Werte repräsentieren, die ein hohes Objekt kennzeichnen, und die Klassen K_(h+1) bis K_n Werte repräsentieren, die ein niedriges Objekt kennzeichnen, und ein Indikator Q bestimmt wird, der eine Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen eines hohen Objekts angibt, wobei der Indikator Q gegeben ist durch $Q = \frac{\sum_{i = 1}^{h} b_{i} K_{i}}{\sum_{i = 1}^{n} b_{i} K_{i}},$
wobei b_i ein empirisch bestimmter Gewichtungsfaktor für die Klasse K_i ist und der Höhenindikator H bestimmt wird basierend auf der Anzahl der empfangenen Ultraschallechos, der Amplituden der empfangenen Ultraschallechos, der Signalkorrelationen der empfangenen Ultraschallechos, den empfangenen Ultraschallechos zugeordneten Abständen und Kombinationen von mindestens zwei dieser Parameter.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektionsschwelle der Ultraschallsensoren (10) an einen momentanen Störpegel cl derart angepasst wird, dass eine Rate für eine falsche Einstufung eines Ultraschallechos als das Echo eines Objekts konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erstellen des Histogramms eine Gewichtung gemäß der Beziehung K_i=K_i+a_i*H erfolgt, wobei a_i ein empirisch bestimmter Gewichtungsfaktor ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der empirisch bestimmte Gewichtungsfaktor a_i so gewählt ist, dass eine Normierung erfolgt, durch die der Höhenindikator H unabhängig von einer momentan eingestellten Empfindlichkeit der Ultraschallsensoren (10) ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der empirisch ermittelte Gewichtungsfaktor a_i eine Funktion a_i(cl, d) ist, die abhängig ist von dem Störpegel cl und einem Abstand d des Objekts.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der empirisch bestimmte Gewichtungsfaktor b_i angibt, wie aussagekräftig die Klasse K_i für die Höhenklassifizierung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Indikator Q ein Konfidenzwert bestimmt wird, wobei der Konfidenzwert von der Anzahl der Einträge im Histogramm abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung der Höhenklassifizierung neben dem Indikator Q mindestens ein weiterer Klassifizierungsparameter berücksichtigt wird, wobei der mindestens eine weitere Klassifizierungsparameter ausgewählt ist aus dem Konfidenzwert des Indikators Q, der Amplitude der Ultraschallechos, einem Gradient der Amplitude der Ultraschallechos, einem Quotienten aus Distanzdifferenz und Differenz aus gefahrener Wegstrecke und Kombinationen mehrerer dieser Klassifizierungsparameter.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei über mindestens zwei Ultraschallsensoren (10) mit zumindest teilweise überlappenden Sichtfeldern (30) Abstände zwischen dem jeweiligen Ultraschallsensor (10) und Ultraschallpulse reflektierenden Objekten in der Umgebung ermittelt werden und eine Positionsbestimmung der reflektierenden Objekte mittels Lateration erfolgt.
Fahrerassistenzsystem (100) umfassend mindestens einen Ultraschallsensor (10) und ein Steuergerät (20), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem (100) für die Ausführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.