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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klassifizierung der Höhe eines über Ultraschall in der Umgebung erkannten Objekts, wobei fortlaufend Ultraschallpulse ausgesendet und von Objekten in der Umgebung reflektierte Ultraschallechos wieder empfangen werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klassifizierung der Höhe eines über Ultraschall in der Umgebung erkannten Objekts, welche zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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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.
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DE 10 2015 104 940 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bereitstellen von Höheninformationen eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs. Dabei ist vorgesehen, einem Objekt eine erste Höhenklasse „hoch“, eine zweite Höhenklasse „niedrig“ und eine dritte Höhenklasse „Objekt nicht unterteilbar“ zuzuweisen. Des Weiteren wird eine Wahrscheinlichkeit für eine Korrektheit dieser Klassifizierung zugeordnet. Vorzugsweise wird dann, wenn das Objekt mit einer ersten Wahrscheinlichkeit in einer Höhenklasse und mit einer zweiten Wahrscheinlichkeit in einer anderen Höhenklasse klassifiziert wird, abhängig von den beiden Wahrscheinlichkeiten entschieden, in welche Höhenklasse das Objekt final klassifiziert wird.
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DE 11 2013 004 908 T5 beschreibt eine Objekterfassungsvorrichtung, welche an einem mobilen Körper angeordnet ist, und beispielsweise Wellen in Form von Ultraschall aussendet und wieder empfängt. Auf Basis der empfangenen Wellen wird ein Abstand zu einem reflektierenden Objekt berechnet und es werden Höhenbestimmungsvariablen bestimmt, welche gewichtete Mittel sein können.
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DE 10 2017 202 964 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bereitstellen von Ultraschallsignalinformationen, bei dem Echosignale empfangen werden und eine Zusammengehörigkeit einzelner Echosignale basierend auf einer Laufzeit und/oder einer Signalähnlichkeit des Echosignals zu einem ursprünglich ausgesendeten Ultraschallsignal bestimmt wird. Zusammengehörige Echosignale werden zu Echogruppen zusammengefasst. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass basierend auf für die Echogruppe charakteristischen Eigenschaften eine Klassifizierung eines Objekts erfolgt, an welchem die Echosignale reflektiert wurden. Beispielsweise kann zwischen ebenflächigen Hindernissen wie einem Fahrzeug und strukturierten Hindernissen wie einem Busch unterschieden werden.
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Nachteilig an den bekannten Verfahren für eine Klassifizierung von Objekten ist, dass übliche angewendete Kriterien zur Unterscheidung von hohem Objekten, welche kollisionsrelevant sind, und niedrigen Objekten, welche überfahrbar sind, erst bei kurzer Distanzen von üblicherweise weniger als 1,5 m bis 2 m zuverlässig arbeiten. Es besteht daher ein Bedarf nach einem Verfahren zur Klassifizierung der Höhe von Objekten, welches insbesondere auch bei größeren Distanzen eine zuverlässige Klassifizierung ermöglicht. Des Weiteren wäre es wünschenswert, wenn das Verfahren an die jeweiligen Umweltbedingungen anpassbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Verfahren zur Klassifizierung der Höhe eines über Ultraschall in der Umgebung erkannten Objekts vorgeschlagen. Bei dem Verfahren werden fortlaufend Ultraschallpulse ausgesendet und von Objekten in der Umgebung reflektierte Ultraschallechos wieder empfangen. Ferner ist vorgesehen, dass für jedes Ultraschallecho ein Zuordnen des empfangenen Ultraschallechos zu einem Kartenobjekt erfolgt, wobei ein Kartenobjekt ein Objekt in der Umgebung repräsentiert, oder ein Erstellen eines neuen Kartenobjekts erfolgt, wenn das empfangene Ultraschallecho keinem bestehenden Kartenobjekt zugeordnet werden kann, wobei bei Erstellen eines neuen Kartenobjekts ein dem Kartenobjekt zugeordneter Höhenindikator mit einem Startwert initialisiert wird. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt ein Extrahieren mindestens eines Attributs aus dem empfangenen Ultraschallecho und/oder zuvor dem Kartenobjekt zugeordneten Ultraschallechos, wobei das mindestens eine Attribut einen Hinweis auf die Höhe des Objekts gibt, welches von dem Kartenobjekt repräsentiert wird. Ferner erfolgt ein Verändern des Höhenindikators um einen Punktwert, wobei der Punktwert aus einer Zuordnungstabelle (LUT, look up table) in Abhängigkeit des extrahierten mindestens einen Attributs und einer Entfernung des Objekts abgerufen wird. Die Entfernung des vom Kartenobjekt repräsentierten Objekts wird dabei bevorzugt aus Laufzeiten der dem Kartenobjekt zugeordneten Ultraschallechos bestimmt. Nachfolgend erfolgt ein Einstufen des von dem Kartenobjekt repräsentierten Objekts als hohes, nicht überfahrbares Objekt, wenn der Wert des Höhenindikators einen vorgegeben Grenzwert übersteigt.
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Dieser Grenzwert ist bevorzugt entfernungsabhängig und kann fest vorgegeben sein oder dynamisch gewählt werden. Bevorzugt wird ein entfernungsabhängiger Grenzwert fest vorgegeben.
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Das Verfahren wird beispielsweise im Zusammenhang mit einer Umfeldsensorik eines Fahrzeugs eingesetzt, wobei das Fahrzeug dabei bevorzugt zumindest zwei Ultraschallsensoren umfasst, mit denen jeweils Ultraschallpulse ausgesendet und Ultraschallechos wieder empfangen werden können.
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Bevorzugt werden für jedes empfange Ultraschallecho zumindest die Schritte des Zuordnens zu einem Kartenobjekt, das Extrahieren von Attributen, das Verändern des Höhenindikators und das Einstufen ausgeführt, wobei die Schritte in dieser Reihenfolge ausgeführt werden können. Es sind jedoch auch andere Reihenfolgen denkbar. Beispielsweise können Attribute eines Ultraschallechos bereits vor dem Zuordnen zu einem Kartenobjekt extrahiert werden.
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Die Ultraschallpulse werden über Ultraschallsensoren ausgesendet und es werden Ultraschallechos der Ultraschallpulse wieder empfangen. Dabei kann ein Ultraschallecho von dem Ultraschallsensor empfangen werden, der den ursprünglichen Ultraschallpuls ausgesendet hat. In diesem Fall wird das empfangene Ultraschallecho als Direktecho bezeichnet. Wird das Ultraschallecho von einem anderen Ultraschallsensor empfangen, so wird es als Kreuzecho bezeichnet.
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Über die Zeit, welche zwischen dem Aussenden eines Ultraschallpulses und dem Empfangen eines Ultraschallechos vergangen ist, sowie der bekannten Schallgeschwindigkeit in Luft kann der Abstand zwischen dem jeweiligen Ultraschallsensor und dem reflektierenden Objekt bestimmt werden. Werden Ultraschallechos von mehreren Ultraschallsensoren empfangen, so kann neben dem Abstand auch die relative Lage des reflektierenden Objekts zum Sensor unter Verwendung von Laterationsalgorithmen bestimmt werden. Derartige Verfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und beispielsweise in
DE 10 2017 202 964 A1 beschrieben.
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Empfangene Ultraschallechos werden jeweils einem Kartenobjekt zugeordnet. Das Kartenobjekt repräsentiert dabei ein reales Objekt in der Umgebung und kann beispielsweise in einem Speicher eines Steuergeräts abgelegt sein. Dem Kartenobjekt ist dabei zumindest eine Lage des Objekts zugeordnet, welche beispielweise relativ zu einem Ultraschallsensor oder einem Fahrzeug, welches Ultraschallsensoren für eine Überwachung der Umgebung einsetzt, angegeben ist. Des Weiteren können dem Kartenobjekt weitere Eigenschaften zugeordnet werden, welche jeweils für eine bestimmte Eigenschaft des repräsentierten Objekts stehen. Insbesondere ist vorgesehen, dem Kartenobjekt einen Höhenindikator zuzuordnen, welcher für die Klassifizierung der Höhe des Objekts verwendet wird.
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Für die Zuordnung eines empfangenen Ultraschallechos zu einem Kartenobjekt kann beispielsweise geprüft werden, ob die bestimmte Lage des reflektierenden Objekts in der Nähe der Position eines existierenden Kartenobjekts liegt. Ist dies der Fall, so wird das Ultraschallecho diesem Kartenobjekt zugeordnet. Andernfalls wird ein neues Kartenobjekt erstellt und das Ultraschallecho diesem neuen Kartenobjekt zugeordnet.
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Aus dem zugeordneten Ultraschallecho und gegebenenfalls zuvor diesem Kartenobjekt zugeordneten Ultraschallechos, werden Attribute extrahiert, welche einen Hinweis auf die Höhe des Objekts geben.
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Bevorzugt ist das mindestens eine Attribut ausgewählt aus einer Amplitude eines Ultraschallechos, einer Signifikanz eines Ultraschallechos, einer Zugehörigkeit zu weiteren Ultraschallechos, einem zeitlichen Abstand zu zugehörigen Ultraschallechos, einer Anzahl von Mehrfachreflexionen, der Art eines Ultraschallechos, eine Pulsdauer des ursprünglich ausgesendeten Ultraschallpulses und Kombinationen mehrerer dieser Attribute. Insbesondere kann vorgesehen sein, mehrere verschiedene Kombinationen aus diesen Attributen einzusetzen.
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Die Signifikanz eines Ultraschallechos ist ein Wert, welcher eine Ähnlichkeit zwischen einem Ultraschallecho und dem zugehörigen ursprünglich ausgesendeten Ultraschallpuls oder einem erwarteten Ultraschallecho beschreibt. Die Signifikanz ist insbesondere ein Wert, welcher mittels eines Optimalfilters oder Matchingfilters ermittelt wird. Die Signifikanz beschreibt insbesondere eine Signalähnlichkeit des Ultraschallechos zu dem Ultraschallpuls oder eine Signalähnlichkeit des Ultraschallechos zu einem erwarteten Ultraschallecho.
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Zwei empfangene Echos können beispielsweise als zueinander zugehörig angesehen werden, wenn eine Laufzeitdifferenz zwischen den Laufzeiten der beiden zeitlich aufeinander folgenden Ultraschallechos geringer als ein bestimmter Zeitwert ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass zwei einzelne Ultraschallechos als zusammengehörig bewertet werden können, wenn diese innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls empfangen werden. In der Regel handelt es sich dabei um Mehrfachreflexionen, bei denen ein einzelner Ultraschallpuls mehrfach von einem Objekt reflektiert wird und somit mehrere Ultraschallechos ausgehend von einem Objekt empfangen werden.
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Bei der Art des Ultraschallechos wird beispielsweise zwischen einem Direktecho, welches von dem Ultraschallsensor empfangen wurde, der den Ultraschallpuls ursprünglich ausgesendet hat, oder einem Kreuzecho, bei dem das Ultraschallecho von einem anderen Ultraschallsensor empfangen wurde, unterschieden.
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Mehrere dieser Attribute können, gegebenenfalls unter Verwendung von vorgegebenen Gewichtungsfaktoren, zu einem zusammengesetzten Attribut kombiniert werden.
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Bei dem Verfahren wird dem Kartenobjekt eine Entfernung zum Ultraschallsensor bzw. zu dem Fahrzeug zugeordnet, welche anhand der bestimmten Signallaufzeiten der zugeordneten Ultraschallechos bestimmt wird. Da sich der Abstand mit der Zeit verändert, kann hierbei vorgesehen sein, jeweils nur das letzte zugeordnete Ultraschallecho oder neben dem letzten zugeordneten Ultraschallecho eine vorgegebene Anzahl vorheriger zugeordneter Ultraschallechos zu berücksichtigen.
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Für eine Klassifizierung eines Objekts ist eine Unterteilung in hohe Objekte, welche kollisionsrelevant sind, und niedrigen Objekten, welche überfahren werden können, vorgesehen. Hohe, kollisionsrelevante Objekten sind beispielsweise Pfosten, Wände oder Verkehrsschilder. Niedrige, überfahrbare Objekte sind beispielsweise Bordsteine, Schwellen oder Gullideckel. Für eine Klassifizierung wird dem jeweiligen Kartenobjekt ein Höhenindikator zugeordnet, welcher bei Erstellung des Kartenobjekts auf einen Startwert, beispielsweise 0, initialisiert wird.
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Für jedes empfangene und einem Kartenobjekt zugeordnete Objekt wird der Höhenindikator um einen bestimmten Punktwert verändert, welcher aus einer Zuordnungstabelle (LUT, look up table) entnommen wird. Die Zuordnungstabelle ist beispielsweise in einem Speicher eines Steuergeräts abgelegt. Dabei wird der Höhenindikator erhöht, wenn die Zuordnungstabelle einen positiven Punktwert angibt und entsprechend verringert, wenn die Zuordnungstabelle einen negativen Punktwert angibt. Die Punktwerte der Einträge der Zuordnungstabelle sind dabei insbesondere abhängig von der ermittelten Entfernung des Objekts sowie von mindestens einem extrahierten Attribut. Wird lediglich ein einziges Attribut verwendet, so ist die Zuordnungstabelle zweidimensional. Die Anzahl der Dimensionen der Zuordnungstabelle steigt entsprechend mit der Anzahl der verwendeten Attribute an. Beispielsweise kann die Zuordnungstabelle drei Attribute zusammen mit der Entfernung mit hinterlegten Punktwerten verknüpfen. Dabei sind die drei Attribute bevorzugt ausgewählt aus der Länge des ausgesendeten Ultraschallpulses, der Art des Ultraschallechos und einer Höhensignifikanz. Das Attribut „Höhensignifikanz“ wird dabei aus einer Kombination von Attributen gebildet, wobei bevorzugt die Zugehörigkeit zu weiteren Ultraschallechos, der zeitliche Abstand zu den zugehörigen Ultraschallechos sowie die Anzahl der Mehrfachreflexionen in die Höhensignifikanz einfließen. Durch das Bilden derartiger zusammengesetzter weiterer Attribute kann die Anzahl der Dimensionen in der Zuordnungstabelle reduziert werden.
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Bevorzugt wird das Verfahren in Verbindung mit dem Erfassen der Umgebung eines Fahrzeugs ausgeführt. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass Verfahren nur bei fahrendem Fahrzeug durchzuführen, so dass der Höhenindikator entsprechend nicht erhöht wird, wenn das Fahrzeug gerade steht.
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Im Falle von kontinuierlichen Größen wie der Entfernung werden bevorzugt mit einer vorgegebenen Auflösung Abstufungen vorgenommen. Beispielsweise kann für die Entfernung eine Auflösung von 200 mm vorgegeben werden, so dass die Zuordnungstabelle alle 200 mm einen Eintrag umfasst, wobei ein erster Eintrag für Entfernungen größer oder gleich 0 mm und kleiner als 200 mm verwendet wird, ein zweiter Eintrag für Entfernungen größer oder gleich 200 mm und kleiner als 400 mm verwendet wird und so weiter.
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Nach dem Verändern des Höhenindikators wird der Höhenindikator mit einem vorgegeben Grenzwert verglichen, welcher bevorzugt abhängig von der Entfernung vorgegeben wird. Liegt der Höhenindikator oberhalb des Grenzwerts, so wird das Objekt als hohes, nicht überfahrbares Objekt eingestuft. Sofern der Höhenindikator einen Wert unterhalb des Grenzwerts aufweist, handelt es sich entweder um ein niedriges, überfahrbares Objekt oder es ist noch keine sichere Klassifizierung möglich.
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Bevorzugt wird die Zuordnungstabelle anhand von empfangen Ultraschallechos von Objekten mit bekannter tatsächlicher Höhenklassifikation erstellt, wobei ein Wert des mindestens einen Attributs als ein hohes Objekt anzeigender Wert angesehen wird, wenn der Wert bei mehr hohen Objekten als niedrigen Objekten auftritt und umgekehrt ein Wert des mindestens einen Attributs als ein niedriges Objekt anzeigender Wert angesehen wird, wenn der Wert bei mehr niedrigen Objekten als hohen Objekten auftritt. Bei dem mindestens einen Attribut handelt es sich bevorzugt um ein zusammengesetztes Attribut wie der oben beschriebene Höhensignifikanzwert. Das Attribut kann diskrete Werte aufweisen, also nur bestimmte Werte annehmen, oder kann kontinuierlich sein, wobei dann die Zuordnungstabelle mit einer vorgegebenen Auflösung Einträge enthält, welche jeweils einen bestimmten Wertebereich repräsentieren.
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Die Zuordnungstabelle stellt dabei das Ergebnis einer statistischen Auswertung in Form eines einfach anwendbaren Modells dar. Dabei ist es möglich eine große Anzahl von Ultraschallechos vorab in die Zuordnungstabelle einfließen zu lassen, wobei sich die Komplexität der Zuordnungstabelle und damit der Aufwand für die Durchführung des Verfahrens auch bei großen dazu genutzten Datenmengen nicht erhöht.
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Bevorzugt weist ein Eintrag der Zuordnungstabelle für eine bestimmte Entfernung für einen bestimmten Wert des mindestens eine Attributs einen positiven Punktwert auf, wenn der entsprechende Wert des mindestens einen Attributs für diese Entfernung ein hohes Objekt anzeigender Wert ist und umgekehrt einen negativen Punktwert auf, wenn der entsprechende Wert des mindestens einen Attributs für diese Entfernung ein niedriges Objekt anzeigender Wert ist. Wenn ein bestimmter Wert des mindestens einen Attributs für eine bestimmte Entfernung keine Aussage erlaubt wird der entsprechende Eintrag der Zuordnungstabelle bevorzugt auf den Punktwert „0“ gesetzt.
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Bevorzugt wird ein Betrag eines Punktwerts der Zuordnungstabelle für eine bestimmte Entfernung für einen bestimmten Wert des mindestens einen Attributs abhängig von einem Quotienten aus der Anzahl von empfangenen Ultraschallechos, bei denen der Wert des Attribut die Höhe des Objekts korrekt anzeigt, und der Gesamtzahl der empfangenen Ultraschallechos für diesen Wert bestimmt. Dieser Quotient gibt somit an, in wie vielen Fällen der entsprechende Wert des Attributs in der Zuordnungstabelle die tatsächliche Klassifizierung korrekt anzeigt.
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Bevorzugt wird bei der Bestimmung des Betrags eines Punktwerts der Zuordnungstabelle eine Gewichtungsfunktion berücksichtigt. Beispielsweise wird eine Stufenfunktion als Gewichtungsfunktion verwendet, wobei für einen Quotienten aus der Anzahl von empfangenen Ultraschallechos, bei denen der Wert des Attribut die Höhe des Objekts korrekt anzeigt, und der Gesamtzahl der empfangenen Ultraschallechos für diesen Wert von 0,95 oder mehr ein Betrag von 5 gewählt wird, bei einem Quotienten im Bereich größer oder gleich 0,85 und weniger als 0,95 ein Betrag von 1 gewählt wird und sonst 0 gewählt wird. Auf diese Weise werden Werte, die mit einer hohen Wahrscheinlichkeit die tatsächliche Klassifizierung korrekt anzeigen, verstärkt berücksichtigt und Werte, die nur mit einer geringen Wahrscheinlichkeit die tatsächliche Klassifizierung anzeigen, nicht oder nur in geringem Maße berücksichtigt.
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Bevorzugt wird die Zuordnungstabelle vorab bestimmt.
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Bevorzugt wird die Zuordnungstabelle aktualisiert sobald die tatsächliche Höhenklassifizierung eines Objekts unter Verwendung zusätzlicher Kriterien und/oder anderer Messverfahren bestimmt wurde, wobei die Ultraschallechos, welche dem das Objekt repräsentierenden Kartenobjekt zugeordnet wurden unter Verwendung der nun bekannten tatsächlichen Objektklassifizierung bei der Aktualisierung berücksichtigt werden. Auf diese Weise können in der Praxis empfangene Ultraschallechos in die Statistik einfließen, welche zur Erstellung der Zuordnungstabelle verwendet wird.
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Bevorzugt wird als zusätzliches Kriterium für das Bestimmen der tatsächlichen Höhenklassifizierung eines Objekts das Verhalten bei Annäherung an das Objekt berücksichtigt. Hierbei wird beispielsweise ausgenutzt, dass bei Annäherung eines niedrigen, überfahrbaren Objekts dieses bei Unterschreitung einer Mindestentfernung nicht mehr von den Ultraschallsensoren erfasst werden kann, während ein hohes, kollisionsrelevantes Objekt bei Annäherung für die Ultraschallsensoren sichtbar bleibt und weiterhin erfasst werden kann. Diese Mindestentfernung beträgt beispielsweise 800 mm. Scheint ein Objekt bei Unterschreitung der Mindestentfernung zu verschwinden, ist es somit mit Sicherheit ein niedriges, überfahrbares Objekt und umgekehrt, wenn das Objekt weiterhin von den Ultraschallsensoren erfasst wird, ist das Objekt mit Sicherheit ein hohes, kollisionsrelevantes Objekt. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise auch eine Veränderung der Anzahl von empfangenen Mehrfachreflexionen eines Objekts sowie eine Veränderung der ermittelten Abstände bei Mehrfachreflexionen als Kriterien berücksichtigt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Klassifizierung der Höhe eines über Ultraschall in der Umgebung erkannten Objekts bereitzustellen. Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Ultraschallsensor zum Aussenden von Ultraschallpulsen und zum Empfangen von an Objekten reflektierten Ultraschallechos und ein Steuergerät.
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Die Vorrichtung ist zur Durchführung der hierin beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Dementsprechend gelten im Rahmen des Verfahrens beschriebene Merkmale entsprechend für die Vorrichtung und umgekehrt die im Rahmen des Systems beschriebenen Merkmale entsprechend für das Verfahren.
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Bevorzugt umfasst die Vorrichtung zwei oder mehr Ultraschallsensoren, deren Sichtfelder sich zumindest teilweise überlappen. Das Sichtfeld gibt dabei den Bereich an, innerhalb dem ein Ultraschallsensor ein Objekt durch das Empfangen von Ultraschallechos detektieren kann.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung Teil eines Fahrerassistenzsystems, welches eingerichtet ist, einen Fahrer eines Fahrzeugs bei der Durchführung von Fahrmanövern zu unterstützen und/oder den Fahrer auf Gefahren in der Umgebung des Fahrzeugs aufmerksam zu machen.
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Vorteile der Erfindung
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann unter Verwendung einer Zuordnungstabelle ein durch Auswerten großer Datenmengen gewonnenes statistisches Modell auf einfache Weise und mit geringer Komplexität für eine zuverlässige Erkennung hoher, nicht überfahrbarer Objekte eingesetzt werden. Dabei ist es möglich, hohe, nicht überfahrbare Objekte bereits bei einer Entfernung im Bereich von 3 bis 4 Metern zuverlässig zu erkennen, wohingegen übliche Klassifizierungsverfahren erst bei einer Annäherung auf etwa 1,5 bis 2 Meter eine zuverlässige Erkennung ermöglichen.
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In vorteilhaften Ausführungsformen kann sich das Verfahren zudem an in der Praxis auftretende Bedingungen anpassen, indem die Zuordnungstabelle nach Erkennen der tatsächlichen Objektklassifizierung unter Verwendung weiterer Kriterien oder Sensoren aktualisiert wird. Hierdurch wird erreicht, dass auch Situationen, welche beispielsweise nicht vorab in Laborversuchen erfasst wurden, in das verwendete statistische Modell und damit in die Zuordnungstabelle einfließen. Das Verfahren ist dadurch lernfähig.
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Des Weiteren können leicht diejenigen Attribute der Ultraschallechos, welche eine Höhenklassifizierung erlauben, identifiziert und verwendet werden.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur Klassifizierung der Höhe eines über Ultraschall in der Umgebung erkannten Objekts,
- 2 ein beispielhafter Auszug aus einer Zuordnungstabelle,
- 3a den Verlauf eines Höhenindikators für niedrige Objekte bei Annäherung,
- 3b den Verlauf eines Höhenindikators für hohe Objekte bei Annäherung,
- 4a die Anzahl der empfangenen Echos eines niedrigen Objekts bei Annäherung und
- 4b die Anzahl der empfangenen Echos eines hohen Objekts bei Annäherung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt ein Fahrzeug 1, welches eine Vorrichtung 10 umfasst, mit der Objekte 20 in der Umgebung des Fahrzeugs 1 erkannt werden können. Des Weiteren ist die Vorrichtung 10 dazu eingerichtet, die Höhe der Objekte 20 zu klassifizieren in hohe, kollisionsrelevante Objekte und niedrige, überfahrbare Objekte.
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Die Vorrichtung 10 umfasst dazu Ultraschallsensoren 12, wobei in dem Beispiel der 1 ein erster Ultraschallsensor 121 und ein zweiter Ultraschallsensor 122 an einer Front des Fahrzeugs 1 angeordnet sind. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 10 ein Steuergerät 14, welches die Ultraschallsensoren 12 ansteuert.
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Über die Ultraschallsensoren 12 werden Ultraschallpulse 30 ausgesendet und an Objekten 20 reflektierte Ultraschallechos 32 wieder empfangen. In der in 1 dargestellten Situation sendet dazu der erste Ultraschallsensor 121 einen Ultraschallpuls 30 aus, der von dem Objekt 20 reflektiert wird. Dabei empfängt der erste Ultraschallsensor 121 ein Direktecho 321 und der zweite Ultraschallsensor 122 empfängt ein Kreuzecho 322. Aus der Laufzeit vom Aussenden des Ultraschallpulses 30 bis zum Empfang des jeweiligen Ultraschallechos 32 kann jeweils ein Abstand von den Ultraschallsensoren 12 zu dem Objekt 20 bestimmt werden. Unter Verwendung dieser Abstände und der bekannten Anordnung der Ultraschallsensoren 12 zueinander kann über ein Laterationsverfahren auch die relative Lage des Objekts 20 zum Fahrzeug 1 bestimmt werden.
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Zur Klassifizierung der Höhe des Objekts 20, welches durch Empfangen der Ultraschallechos 32 erkannt wurde, ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt für jedes Ultraschallecho 32 ein Zuordnen des empfangenen Ultraschallechos 32 zu einem Kartenobjekt erfolgt, wobei das Kartenobjekt das Objekt 20 repräsentiert. Beim ersten Empfangen eines Ultraschallechos 32 existiert noch kein derartiges Kartenobjekt, so dass dieses neu erstellt wird.
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Dem Kartenobjekt wird ein Höhenindikator H zugeordnet, der beim Erstellten des Kartenobjekts mit einem Startwert initialisiert wird, siehe 3a und 3b. Als Startwert wird beispielsweise der Wert 0 verwendet.
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Das empfangene Ultraschallecho 32 wird weiter analysiert, wobei mindestens ein Attribut aus dem empfangenen Ultraschallecho 32 und/oder zuvor dem Kartenobjekt zugeordneten Ultraschallechos 32 extrahiert wird. Das mindestens eine Attribut ist dabei derart ausgewählt, dass es einen Hinweis auf die Höhe des Objekts 20 gibt, welches von dem Kartenobjekt repräsentiert wird.
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Ferner erfolgt ein Verändern des Höhenindikators H um einen Punktwert, wobei der Punktwert aus einer Zuordnungstabelle (LUT, look up table) in Abhängigkeit des extrahierten mindestens einen Attributs und einer Entfernung des Objekts 20 abgerufen wird. Das Ermitteln der Entfernung des vom Kartenobjekt repräsentierten Objekts 20 erfolgt dabei bevorzugt aus den Laufzeiten der dem Kartenobjekt zugeordneten Ultraschallechos 32.
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Nachfolgend erfolgt ein Einstufen des von dem Kartenobjekt repräsentierten Objekts 20 als hohes, kollisionsrelevantes Objekt, wenn der Wert des Höhenindikators H einen vorgegeben entfernungsabhängigen Grenzwert 42 übersteigt, siehe 3a und 3b. Wird der Grenzwert 42 nicht überschritten, so ist derzeit noch keine sichere Klassifizierung möglich oder es handelt sich um ein niedriges, überfahrbares Objekt. Das Verfahren wird dabei bevorzugt fortlaufend ausgeführt, so dass insbesondere während einer Annäherung des Fahrzeugs 1 an das Objekt 20 fortlaufend Ultraschallpulse 30 ausgesendet werden, Ultraschallechos 32 empfangen werden und der Höhenindikator H aktualisiert wird.
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2 zeigt einen beispielhaften Auszug aus einer Zuordnungstabelle, wobei in der horizontalen Richtung die Entfernung des Objekts 20 zum Fahrzeug 1 in Schritten von 200 mm aufgetragen ist und in der vertikalen Richtung diskrete Werte A eines zusammengesetzten Attributs aufgetragen sind. Das zusammengesetzte Attribut wird beispielsweise aus einer Kombination von Attributen gebildet, wobei bevorzugt die Zugehörigkeit zu weiteren Ultraschallechos 32, der zeitliche Abstand zu den zugehörigen Ultraschallechos 32 sowie die Anzahl der Mehrfachreflexionen in dieses zusammengesetzte Attribut einfließen. Durch das Bilden derartiger zusammengesetzter Attribute kann die Anzahl der Dimensionen in der Zuordnungstabelle reduziert werden. In dem Beispiel der 2 hat der dargestellte Auszug der Zuordnungstabelle zwei Dimensionen.
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Ein Eintrag der Zuordnungstabelle weist für eine bestimmte Entfernung und für einen bestimmten Wert des zusammengesetzten Attributs einen positiven Punktwert auf, wenn der entsprechende Wert des Attributs für diese Entfernung ein hohes Objekt anzeigender Wert ist und umgekehrt einen negativen Punktwert auf, wenn der entsprechende Wert des Attributs für diese Entfernung ein niedriges Objekt anzeigender Wert ist. Wenn ein bestimmter Wert des Attributs für eine bestimmte Entfernung keine Aussage erlaubt wird der entsprechende Eintrag der Zuordnungstabelle bevorzugt auf „0“ gesetzt.
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Ein Betrag eines Punktwerts der Zuordnungstabelle für eine bestimmte Entfernung für einen bestimmten Wert des Attributs wird über einen Quotienten aus der Anzahl von empfangenen Ultraschallechos 32, bei denen der Wert des Attribut die Höhe des Objekts 20 korrekt anzeigt, und der Gesamtzahl der empfangenen Ultraschallechos 32 für diesen Wert bestimmt. Dieser Quotient gibt somit an, in wie vielen Fällen der entsprechende Wert des Attributs in der Zuordnungstabelle die tatsächliche Klassifizierung anzeigt.
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Wird nun beispielsweise in der in 1 dargestellten Situation ein Ultraschallecho 32 empfangen, so wird es einem Kartenobjekt zugeordnet, das dem Objekt 20 entspricht. Ferner werden die Entfernung zum Fahrzeug 1 bestimmt und das zusammengesetzte Attribut bestimmt. Beträgt die Entfernung beispielsweise 2000 mm und wird als Wert für das zusammengesetzte Attribut der Wert 4 bestimmt, so wird der Höhenindikator H des Kartenobjekts um den Wert 0,88 erhöht. In bevorzugten Ausführungsformen wird eine Gewichtungsfunktion verwendet, wobei hohe Werte des Quotienten verstärkt und niedrige Werte des Quotienten nicht oder nur gering bei der Veränderung des Höhenindikators H berücksichtigt werden.
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3a zeigt eine Vielzahl von Kurven 40, welche einen Verlauf eines Höhenindikators H für niedrige Objekte bei Annäherung des Fahrzeugs 1 an ein Objekt 20 darstellen. In der 3a ist analog dazu eine Vielzahl von Kurven 44 gezeigt, welche einen Verlauf eines Höhenindikators H für hohe Objekte bei Annäherung des Fahrzeugs 1 an ein Objekt 20 darstellen.
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Dabei ist jeweils auf der X-Achse die Entfernung d des Objekts 20 zum Fahrzeug 1 aufgetragen und auf der Y-Achse ist jeweils der Wert des Höhenindikators H aufgetragen.
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Wie der Darstellung der 3a und 3b entnommen werden kann, wächst der Höhenindikator H sowohl bei Annäherung des Fahrzeugs 1 an ein niedriges, überfahrbares Objekt als auch bei Annäherung an ein hohes, kollisionsrelevantes Objekt an. Im Fall der Annäherung an ein niedriges Objekt verbleiben jedoch alle Kurven 40 der 3a unterhalb eines entfernungsabhängigen Grenzwertes 42, während im Fall der Annäherung an ein hohes Objekt, wie in 3b gezeigt, nach Unterschreitung einer Entfernung von etwa 2000 mm bis 3000 mm nahezu alle der Kurven 44 oberhalb des entfernungsabhängigen Grenzwertes 42 liegen. Bei Unterschreitung einer Entfernung von etwa 600 mm liegen sämtliche Verläufe der Kurven 44 oberhalb des Grenzwertes 42.
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Den Darstellungen der 3a und 3b kann entnommen werden, dass kein niedriges, überfahrbares Objekt fälschlicherweise als hohes, kollisionsrelevantes Objekt klassifiziert wird. Das Verfahren verursacht somit insbesondere keine falschen Warnungen vor Hindernissen. Des Weiteren ist erkennbar, dass bereits bei großen Entfernungen von ca. 3000 mm in den meisten Fällen hohe Objekte sicher als solche klassifiziert werden können und nur für eine geringe Anzahl der betrachteten Fälle eine Klassifizierung erst bei weiterer Annäherung möglich ist. Des Weiteren ist zu erkennen, dass ein einmal als „hoch und kollisionsrelevant“ eingestuftes Objekt nicht im Verlauf der Annäherung wieder umklassifiziert wird. Das vorgeschlagene Verfahren kann somit in den meisten Fällen bereits frühzeitig hohe, kollisionsrelevante Objekte sicher erkennen.
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4a zeigt die Anzahl # der empfangenen Ultraschallechos 32 eines niedrigen Objekts bei Annäherung und 4b zeigt entsprechend die Anzahl # der empfangenen Echos eines hohen Objekts bei Annäherung des Fahrzeugs 1 an das Objekt 20. Auf der X-Achse ist dabei jeweils die Entfernung d zwischen dem Fahrzeug 1 und dem Objekt 20 aufgetragen und auf der Y-Achse ist die Anzahl # der empfangenen Ultraschallechos 32 aufgetragen.
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Den 4a und 4b kann entnommen werden, dass bei Unterschreitung eines Mindestabstands 46 (in dem Beispiel der 4a und 4b ca. 800 mm) niedrige, überfahrbare Objekte nicht mehr von den Ultraschallsensoren 12 detektiert werden können und somit die Anzahl # der empfangenen Ultraschallechos 32 nicht weiter ansteigt. Im Gegensatz dazu steigt bei hohen, kollisionsrelevanten Objekten die Anzahl # der Ultraschallechos 32 auch bei Unterschreitung des Mindestabstands 46 weiter an. Dieses Verhalten kann als weiteres Kriterium ausgenutzt werden, um die tatsächliche Höhenklassifikation eines Objekts 20 zu bestimmen. Diese tatsächliche Höhenklassifikation kann anschließend verwendet werden, um die Zuordnungstabelle, siehe 2, zu aktualisieren. Für die Aktualisierung werden die einzelnen Einträge der Zuordnungstabelle neu berechnet, wobei die dem Objekt 20 mit nun bekannter tatsächlicher Klassifizierung bzw. dem entsprechenden Kartenobjekt zugeordneten Ultraschallechos 32 berücksichtigt werden.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015104940 A1 [0005]
- DE 112013004908 T5 [0006]
- DE 102017202964 A1 [0007, 0014]
