DE102020211891A1

DE102020211891A1 - Gruppierung von Echosignalen von Ultraschallsensoren

Info

Publication number: DE102020211891A1
Application number: DE102020211891.4A
Authority: DE
Inventors: Katharina Maria Nerz; Ulf Rueegg; Kathrin Klee; Sebastian Olbrich; Timo Winterling; Wilhelm Christopher von Rosenberg; Andrea Kirsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-03-24

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Verarbeiten von mittels Ultraschallsensoren empfangenen Direktechos und/oder Kreuzechos durch ein Steuergerät, wobei Messdaten in Form von Direktechos und/oder Kreuzechos mindestens eines ersten Sensors und/oder mindestens eines zweiten Sensors empfangen werden, mindestens eine Distanz zu mindestens einem Objekt basierend auf den empfangenen Messdaten der Direktechos und/oder der Kreuzechos ermittelt werden, mehrere Echogruppen erstellt und die empfangenen Messdaten von Direktechos und/oder Kreuzechos mindestens einer Echogruppe zugewiesen werden, die der mindestens einen Echogruppe zugeordneten Messdaten durch einen Laterations-Algorithmus zur Positionsbestimmung verarbeitet werden. Des Weiteren sind ein Steuergerät sowie ein Computerprogramm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von mittels Ultraschallsensoren empfangenen Direktechos und/oder Kreuzechos. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät sowie ein Computerprogramm.
Stand der Technik
Bei derzeitigen Ultraschallsystemen werden Ultraschalsensoren an Fahrzeugen zum Durchführen von Fahrfunktionen, wie beispielsweise automatisiertes oder teilautomatisiertes Einparken, eingesetzt. Sind die sendenden bzw. empfangenden Ultraschallsensoren nicht nur in einem horizontalen Sensor-Array sondern zusätzlich vertikal zueinander versetzt angeordnet, können räumliche Koordinaten mit Höheninformation aus den Messdaten der Ultraschallsensoren extrahiert werden.
Insbesondere bei dem Einsatz von automatisierten Fahrfunktionen ist die Erkennung von relevanten Objekten im Nachbereich des Fahrzeugs essentiell. Hierfür können Ultraschallsensoren verwendet werden. Dabei müssen Objekte, wie beispielsweise Fußgänger, Fahrradfahrer, andere Fahrzeuge, Tiere und dergleichen im Nahfeld des Fahrzeugs zuverlässig erkannt werden, um eine Kollision zu vermeiden.
Aktuelle Ultraschallsysteme werten dabei in der Regel nur das erste eintreffende Echosignal aus und erstellen darauf basierend eine Karte des Fahrzeugumfeldes. Hierdurch kann das nächstgelegene und somit kollisionsrelevanteste Objekt sicher detektiert werden. Gleichzeitig können durch das Begrenzen der Auswertung auf das kollisionsrelevanteste Objekt Rechenressourcen geschont bzw. reduziert werden. Problematisch ist jedoch, das Ignorieren von Umfeldinformationen, welche sich hinter dem nächstgelegenen Objekt befinden, bei der Auswertung durch das Steuergerät. Beispielsweise können hierdurch relevante Objekte, wie Fußgänger, wenn sie sich beispielsweise hinter einer niedrigen Hecke befinden, verspätet berücksichtigt werden, sodass eine vorausschauende Planung des Fahrverhaltens nicht oder mit hohem Rechenaufwand möglich ist. Um auch weitere potentielle Hindernisse erkennen zu können, ist eine Multiechoauswertung notwendig, die üblicherweise Rechenintensiv und somit viel Zeit und viele Rechenkapazitäten in Anspruch nimmt.
Offenbarung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein beschleunigtes Verfahren zur Multiechoauswertung von mittels Ultraschallsensoren ermittelten Messdaten vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Verarbeiten von durch Ultraschallsensoren empfangenen Direktechos und/oder Kreuzechos durch ein Steuergerät bereitgestellt.
In einem Schritt werden Messdaten in Form von Direktechos und/oder Kreuzechos mindestens eines ersten Sensors und/oder mindestens eines zweiten Sensors empfangen. Dabei werden Laufzeiten bzw. Echos von Schallpulsen zwischen einem Sender, einem Reflexionsort und einem Empfänger gemessen. Aus den Laufzeiten bzw. den Echos kann mindestens eine Distanz zwischen mindestens einem empfangenden Sensor und dem Reflexionsort bzw. einem Objekt berechnet werden. Der mindestens eine erste Sensor und/oder der mindestens eine zweite Sensor können als ein empfangender Sensor ausgestaltet sein, welcher Echos von eigenen erzeugten Schallwellen oder von fremderzeugten Schallwellen empfangen und in Messdaten wandeln kann. Ein Ultraschallsensor kann dabei auch in ein und demselben Messzyklus gleichzeitig Sender und Empfänger sein.
Die Sensoren können in regelmäßigen zeitlichen Abständen Echos bzw. Schallimpulse erzeugen und in das Umfeld emittieren. Im Umfeld reflektierte Direktechos können von den jeweiligen Sensoren detektiert werden. Direktechos werden von den Sensoren empfangen bzw. detektiert und können in elektrische Signale oder digital vorliegende Messdaten transformiert werden. Die resultierenden elektrischen Signale oder Messdaten können anschließend dem Steuergerät bereitgestellt werden.
Der mindestens eine erste Sensor und der mindestens eine zweite Sensor sind in einer Höhenrichtung und/oder in einer Querrichtung voneinander beabstandet. Durch eine Anordnung der Sensoren in unterschiedlichen Höhen und/oder unterschiedlichen Abständen quer zu einem Untergrund, können die Sensoren zum Bestimmen von x-, y- und z-Komponenten eines Objektes verwendet werden. Die Höhe erstreckt sich hierbei in z-Richtung. Eine y-Richtung erstreckt sich quer zur Fahrtrichtung und quer zum Untergrund. Die Sensoren zum Sammeln von Messdaten aus Kreuzechos können sowohl zum Erzeugen bzw. Emittieren von Schallwellen in das Umfeld als auch zum Empfangen von aus dem Umfeld zurückreflektierten Schallwellen verwendet werden. Beispielsweise können der erste Sensor ausschließlich zum Emittieren und der zweite Sensor ausschließlich zum Empfangen von Schallwellen eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Sensoren abwechselnd in einem Sendebetrieb und in einem Empfangsbetrieb betrieben werden.
In einem weiteren Schritt werden mehrere Echogruppen erstellt und die empfangenen Messdaten von Direktechos und/oder Kreuzechos mindestens einer Echogruppe zugewiesen.
Messdaten von Direktechos und/oder Kreuzechos, welche keiner Echogruppe zugewiesen werden, können gelöscht werden oder bei einer weiteren Verarbeitung unberücksichtigt bleiben.
Anschließend werden die der mindestens einen Echogruppe zugeordneten Messdaten durch einen Laterations-Algorithmus zur Positionsbestimmung verarbeitet.
Durch das Verfahren werden die Daten der Echos (Direktechos und/oder Kreuzechos), beispielsweise in Form von Laufzeiten oder Distanzen, auf möglichst wenige physikalisch mögliche Kombinationen reduziert. Hierdurch kann in einem Schritt der Laterations-Algorithmus auf die einzelnen gebildeten Echogruppen mit zugewiesenen Echos angewendet werden. Der Laterations-Algorithmus kann hierbei über ein Gütemaß, ob die angebotenen Echo-Kombination zu einer Wand, einer Linie oder einem Punkt lateriert werden können, oder nicht entscheiden. Hierdurch können die rechenaufwändigen Laterations-Berechnungen so sparsam bzw. selten wie möglich eingesetzt werden, indem die Echos optimal vorgruppiert werden. Die Anzahl der möglichen Kombinationen an Echos, welche von dem Laterations-Verfahren geprüft werden müssen, kann verringert werden, wenn beispielsweise geometrisch unmögliche Kombination von Echos von der Verarbeitung ausgeschlossen werden.
Basierend auf den Messdaten der Ultraschallsensoren kann das direkte Fahrzeugumfeld umfänglich in allen Winkelbereichen erfasst und mögliche Hindernisse bzw. weitere Verkehrsteilnehmer sicher detektiert werden. Mit Hilfe der Erstellung und der Verwendung der Echogruppen kann eine Ultraschall-Feature-Erweiterung bereitgestellt werden, die es erlaubt bei einem reduzierten Rechenaufwand mehrere Objekte gleichzeitig zu erfassen. Insbesondere ermöglicht das Verfahren neben der mit Ultraschallsensoren üblichen räumlichen Lokalisierung des nächstgelegenen Hindernisses bzw. Objektes auch das „dahinterliegende“ Fahrzeugumfeld, bei gleichzeitig niedrigem Rechenaufwand, zu erfassen.
Beispielsweise können ein erstes Hindernis, welches als ein überfahrbares Hindernis wie ein Gullideckel, ausgestaltet ist und ein kurz dahinter laufendes Kind in der Fahrspur gleichzeitig erkannt werden. Es kann mit Hilfe einer Multiechoauswertung das zweite und in diesem Fall relevante Hindernis „Kind“ schneller detektieren werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen. Das Steuergerät kann beispielsweise ein fahrzeugseitiges Steuergerät, ein fahrzeugexternes Steuergerät oder eine fahrzeugexterne Servereinheit, wie beispielsweise ein Cloud-System, sein.
Darüber hinaus wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder ein Steuergerät diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
Das Fahrzeug kann gemäß der BASt Norm assistiert, teilautomatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar sein.
Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Robotaxi und dergleichen sein. Das Fahrzeug ist nicht auf einen Betrieb auf Straßen beschränkt. Vielmehr kann das Fahrzeug auch als ein Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug, wie beispielsweise eine Transportdrohne, und dergleichen ausgestaltet sein.
Der große Vorteil einer effektiven Echo-Gruppierung besteht darin, dass der rechenaufwändige Laterations-Algorithmus nur noch auf eine reduzierte Anzahl an Echo-Kombinationen angewendet werden muss und wertvolle Rechenzeit auf dem Steuergerät gespart werden kann. Vor allem für ein mögliches Anwendungsgebiet zur Multi-Objekt-Detektion mit Ultraschallsensoren ist die hier vorgeschlagene Reduktion von Echo-Kombinationen besonders vorteilhaft.
Bei einer Ausführungsform wird eine Gruppierung der empfangenen Direktechos und/oder Kreuzechos basierend auf einer vereinfachten Intervalls-Analyse durchgeführt. Von dem mindestens einen ersten Sensor empfangene Kreuzechos werden als erste Kreuzechos und von dem mindestens einen zweiten Sensor empfangene Kreuzechos werden als zweite Kreuzechos empfangen. Entsprechend können weitere Sensoren eine Vielzahl von unterschiedlichen Kreuzechos empfangen. Analog können auch erste Direktechos, zweite Direktechos und dergleichen von den Sensoren empfangen werden.
Für jedes Direktecho und/oder jedes erste Kreuzecho wird eine Echogruppe erstellt. Die Direktechos und/oder die ersten Kreuzechos werden den Echogruppen zugewiesen bzw. in die Echogruppen eingeordnet, wobei für jede Echogruppe ein Intervall zugewiesen wird.
Das zugewiesene Intervall wird mit einer Obergrenze von + d/2 und einer Untergrenze von - d/2 ausgehend von einer Position eines die Direktechos oder die ersten Kreuzechos empfangenden Sensors definiert, wobei d als ein Abstand zwischen zwei ein Direktecho empfangenden Sensoren oder ein Abstand zwischen dem das erste Kreuzecho empfangenden Sensor und dem das zweite Kreuzecho empfangenden Sensor definiert ist.
Anschließend wird geprüft, ob die Distanzen von zweiten Kreuzechos in dem zugewiesenen Intervall der mindestens einen Echogruppe liegen. Mindestens eine Distanz der zweiten Kreuzechos wird einer entsprechenden Echogruppe zugewiesen, wenn die mindestens eine Distanz innerhalb des zugewiesenen Intervalls der Echogruppe liegt.
Alternativ oder zusätzlich kann für den Gruppierungs-Algorithmus mit einer adaptiven Obergrenze bzw. Untergrenze ein Intervall von CE ± d/2 verwendet werden, mit CE als Distanz zwischen den Sensoren, welche zum Erzeugen von Kreuzechos vorgesehen sind. Hierdurch kann die Zuweisung der empfangenen Echos in Echogruppen technisch einfach und schnell ausgeführt werden.
Eine derartige Zuweisung der Echos in Echogruppen nutzt jeweils ein Direktecho als Referenzpunkt bzw. als Referenzdistanz der jeweiligen Echogruppe und prüft nur, ob die einzelnen Kreuzechos im entsprechenden Intervall d/2 um diesen Referenzpunkt liegen.
Kreuzechos, die entweder unterhalb der minimalen Direktecho-Distanz -d oder oberhalb der maximale Direktecho-Distanz +d liegen, werden nicht mehr einzeln gruppiert bzw. in jeweils einer zusätzlichen Echogruppe gesammelt, welche für eine weitere Verarbeitung unberücksichtigt bleibt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird jedes Direktecho und jedes Kreuzecho einmalig einer Echogruppe zugeordnet. Hierdurch kann ein Direktecho und/oder ein Kreuzecho nur einmalig einer Echogruppe zugeordnet werden, sodass dieses Echo in einer Vielzahl von Echogruppen nur einmal vorkommt.
Nach einer weiteren Ausführungsform werden ermittelte Distanzen von Direktechos und Kreuzechos des ersten Sensors jeweils einer Echogruppe zugewiesen, wobei Distanzen von Direktechos und Kreuzechos des mindestens einen zweiten Sensors in die entsprechenden Echogruppen zugewiesen werden, wenn eine Distanz von Direktechos und/oder Kreuzechos des mindestens einen zweiten Sensors innerhalb eines Intervalls von µ ± d/2 ermittelt wird, mit µ als Distanz von Direktechos und/oder Kreuzechos des mindestens einen zweiten Sensors und d als Abstand zwischen dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor. Durch diese Maßnahme kann ein Gruppierungs-Algorithmus bereitgestellt werden, welcher die Verwendung des jeweils exakten Abstands d zwischen der aktuellen Sender- und Empfänger-Position nutzt, um die einzelnen Echos optimal zu gruppieren. Die Auflösungsgrenze, bis zu der zwei Objekte mit ähnlicher Distanz noch aufgelöst werden können und entsprechend zu verschiedenen Echogruppen führen, liegt bei einem minimalen Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger und kann beispielsweise bis zu 0,25 m betragen. Dies führt zu einer verbesserten Separation der einzelnen Echos in verschiedene Gruppen und zu einer deutlichen Reduktion der möglichen Echo-Kombinationen. Darüber hinaus kann die Falsch-Positiv-Rate verbessert werden.
Es werden dabei alle möglichen Kombinationen aus sich (auch untereinander) schneidenden Echos berücksichtigt und in Form von unterschiedlichen Echogruppen abgebildet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die empfangenen Messdaten von Direktechos und/oder Kreuzechos basierend auf einer Form eines Korrelationssignals oder basierend auf einem Wert eines Korrelationskoeffizienten mindestens einer Echogruppe zugewiesen. Hierdurch kann für die Gruppierung passender Echos die konkrete Form des Korrelationssignals oder ein Wert des Korrelationskoeffizienten herangezogen werden. Diese Daten liegen in einem Vorverarbeitungsschritt der reflektierten und empfangenen Ultraschallsignale zur Echobestimmung vor und können zum Zuweisen der Echos in entsprechende Echogruppen eingesetzt werden.
Um die Echos aus dem zurückreflektierten Ultraschallsignalen herauszufiltern, wird zunächst durch das Steuergerät in einem Vorverarbeitungsschritt das empfangene Signal mit einem sogenannten „Matched Filter“ korreliert. Die einzelnen Maxima des Korrelationssignals, welche über einer adaptiven Schwelle liegen, stellen entsprechend die Zeitpunkte bzw. Distanzen der relevanten, detektierten Echos dar. Sowohl die Form als auch die Höhe des Korrelationssignals geben dabei Aufschluss über das gemessene Objekt. Entsprechend weisen auch Echos, die vom selben Objekt reflektiert wurden, gleiche oder zumindest ähnliche Werte auf.
Nach einer weiteren Ausführungsform werden die empfangenen Messdaten von Direktechos und/oder Kreuzechos durch ein maschinelles-Lern-Verfahren mindestens einer Echogruppe zugewiesen. Insbesondere kann eine Klassifizierung der empfangenen Echos mit Hilfe eines maschinelles-Lern-Verfahrens und eine Gruppierung in Echogruppen entsprechend der Klassifizierung durchgeführt werden. Als ein möglicher Klassifikations-Ansatz kann das sogenannte supervised learning umgesetzt werden. Des Weiteren kann ein Bayes Klassifikator, eine Support Vector Machine, Methode der k-Nearest Neighbour, Decision Tree bzw. Random Forrest, Multilayer Perceptron, Recurrent Neural Network, Long Short-term Memory Network, Convolutional Neural Network und dergleichen als Klassifikations-Ansatz des maschinelles-Lern-Verfahrens verwendet werden.
Als Eingabe des maschinelles-Lern-Verfahrens können dabei Daten über den sendenden und/oder empfangenden Ultraschallsensor bzw. Sensor mit entsprechenden Raumkoordinaten, Distanzen der Direktechos und/oder Kreuzechos, Amplituden der Echos, aus den Messdaten ermittele Geschwindigkeiten, Korrelationssignal und dergleichen empfangen werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die empfangenen Messdaten von Direktechos und/oder Kreuzechos basierend auf den Distanzen der Direktechos und/oder Kreuzechos mindestens einer Echogruppe zugewiesen. Die Echo-Gruppierung mittels der Echo-Distanzwerte ermöglicht es vorab geometrisch unmögliche Kombination von Echos, welche für die Lateration und die Positionsbestimmung genutzt werden, technisch einfach und rechensparsam auszuschließen.
Insbesondere kann die Tatsache verwendet werden, dass sich Echos, die von einem Ultraschall-Sender ausgesandt und von verschiedenen Ultraschall-Empfängern detektiert werden, stets überlagern wenn sie von ein und demselben Objekt generiert bzw. reflektiert wurden. Entsprechend kann eine Intervall-Analyse durchgeführt werden, bei der nach Schnittpunkten zwischen den Echos gesucht wird. Die Direktechos bilden dabei Laufzeiten oder Distanzen zwischen dem Sensor und einem Objekt ab, welche auf einem Kreisumfang mit dem Ultraschallsensor als Mittelpunkt liegen. Bei Kreuzechos liegen die Laufzeiten oder Distanzen auf einer Ellipse. Mehre nebeneinander angeordnete Sensoren können somit Echos empfangen, welche Schnittpunkte zueinander aufweisen. Basierend auf diesen Schnittpunkten zwischen mindestens zwei Echos kann eine Positionsbestimmung mit Hilfe des Laterations-Algorithmus durchgeführt werden.
Zwei Echos können sich beispielsweise genau dann schneiden, wenn für die Echo-Distanzen der folgende Zusammenhang gilt: $Echo 1 - Distanz \in [Echo 2 - Distanz - d/ 2, Echo 2 - Distanz + d/ 2]$
, mit d den Abstand zwischen einem sendenden Sensor und einem empfangenden Sensor, wobei der sendende Sensor Direktechos mit Echo1-Distanz empfängt und der empfangende Sensor Kreuzechos mit Echo2-Distanz empfängt.
Nach einer weiteren Ausführungsform werden die empfangenen Messdaten von Direktechos und/oder Kreuzechos basierend auf Amplituden der Direktechos und/oder Kreuzechos mindestens einer Echogruppe zugewiesen. Die Gruppierung der Echos anhand der gemessenen Amplituden-Werte der empfangenen Schallpegel der Echos erlaubt es die Echo-Kombinationen weiter zu verringern. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass zwei oder mehr Echos, die vom gleichen Objekt reflektiert wurden, den gleichen oder zumindest einen ähnlichen Amplituden-Wert im Rahmen von Toleranzen für die Rückstreu-Amplitude aufweisen. Die Amplitude der wieder empfangenen Echo-Signale ist beispielsweise abhängig von einer Form, einer Oberfläche sowie einer Entfernung des gemessenen Objektes zum empfangenden Sensor und/oder sendenden Sensor.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Radialgeschwindigkeiten anhand der empfangenen Messdaten ermittelt, wobei die Messdaten von Direktechos und/oder Kreuzechos basierend auf den ermittelten Radialgeschwindigkeiten mindestens einer Echogruppe zugewiesen werden. Bewegt sich beispielsweise ein reflektierendes Objekt auf den mindestens einen ersten Sensor und/oder den mindestens einen zweiten Sensor zu oder weg, führt dies zu einer Dopplerverschiebung der empfangenen Echos gegenüber den ausgesendeten Schallsignalen. Durch den Dopplereffekt kann eine Frequenz der empfangenen Echos gegenüber einer Sendefrequenz erhöht oder verringert werden. Dieser Effekt kann dazu genutzt werden, um die Geschwindigkeit des betreffenden Objektes relativ zum empfangenden Sensor zu extrahieren. Auch für die Echo-Gruppierung kann der Dopplereffekt verwendet werden, da Echos, welche von einem statischen oder dynamischen Hindernis zum Empfänger zurück reflektiert werden, entsprechend ähnliche Relativgeschwindigkeiten aufweisen.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird für jede erstellte Echogruppe mindestens eine Objekteigenschaft, wie beispielsweise eine Objektgeometrie, eine Oberflächenbeschaffenheit oder eine Objektart, ermittelt, von welchem die Direktechos und/oder Kreuzechos der Echogruppe reflektiert werden. Dies kann im Rahmen eines weiteren Verarbeitungsschritts nach der Echo-Gruppierung durchgeführt werden. Es können für jede gebildete Echogruppe der Typ des zu bestimmenden Objekts bzw. Objekteigenschaften ermittelt werden. Mögliche Objekteigenschaften sind beispielsweise idealisierte Objekt-Geometrien, wie Punkte, Linien, Ebenen, oder gekrümmte geometrische Körper, wie Kugeln und Zylinder. Des Weiteren können häufig in der Realität vorkommende Oberflächentypen mit charakteristischem Reflektionsverhalten, wie Hecken oder Fußgänger bei der Bestimmung der Objekteigenschaften berücksichtigt werden.
Um einer Echogruppe einen oder mehrere Objekteigenschaften zuzuordnen, werden einerseits die (Meta-)Daten der einzelnen Messdaten in der Echogruppe herangezogen, andererseits kann das Verhältnis der Distanzen der Echos untereinander Aufschluss über den jeweiligen Objekttyp geben. Dabei sind folgende Kriterien denkbar:

- Objekte mit harten, glatten Oberflächen haben ein anderes Reflektionsverhalten als Hecken und Fußgänger bzw. deren Kleidung. Diese Objekteigenschaften schlagen sich insbesondere in der Amplitude der empfangenen Echos nieder.
- Des Weiteren weisen Objekte, wie Hecken und Fußgänger, eine stärkere Streuung der Schallsignale als Objekte mit harten, glatten Oberflächen.
- Objekte, welche durch idealisierte geometrische Objekte beschrieben werden können, weisen Echolängen auf, die sehr präzise auf solche idealen Objekte passen. Hecken haben beispielsweise keine einheitliche Oberfläche, die Ultraschallpulse werden somit in unterschiedlichen Tiefen reflektiert und können nicht durch idealisierte geometrische Objekte angenähert werden.
- Darüber hinaus resultieren die Reflektionen an Fußgängern auf unterschiedlichen Körperteilen, wie Torso, Kopf, Arme, Beine, sodass eine Abbildung durch eine idealisierte Objektgeometrie, wie beispielsweise Kreis, Linie oder Fläche nicht möglich ist.

Um zwischen den unterschiedlichen idealisierten Objektgeometrien und den Objekteigenschaften zu unterscheiden, können die Verhältnisse der Echolängen betrachtet werden. Das Reflektionsverhalten an den jeweiligen idealen geometrischen Objekten ist durch die physikalischen Reflektionsgesetze bekannt. Die zu erwartenden Echolängen können aus den Sensorpositionen bestimmt werden. Rein geometrisch kann hieraus entschieden werden, ob die Kombination der Echolängen in einer gegebenen Echogruppe besser auf das eine als das andere geometrische Objekt passt. Dies ist a priori möglich, aber auch a posteriori, also nach Bestimmung der Koordinaten des Objekts durch den Laterations-Algorithmus.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden alle ermittelten Objekteigenschaften der Echogruppe zugewiesen, oder bei Distanzen oberhalb einer Grenzdistanz eine punktförmige Objektgeometrie gegenüber einer linienförmigen oder flächigen Objektgeometrie der Echogruppe priorisiert zugewiesen wird, oder bei Distanzen unterhalb einer Grenzdistanz eine linienförmige oder flächige Objektgeometrie gegenüber einer punktförmigen Objektgeometrie der Echogruppe priorisiert zugewiesen wird. Kommen für eine Echogruppe mehrere Objekttypen bzw. Objekteigenschaften gleichzeitig in Frage, so können entweder alle Möglichkeiten dieser Echogruppe zugewiesen werden, um eventuell a posteriori eine Entscheidung zu treffen.
Andererseits können folgende Kriterien herangezogen werden, falls a priori nur ein Objekttyp bzw. eine Objekteigenschaft gewählt werden soll:

- Bei zu großen Abständen zwischen dem Objekt und dem mindestens einen Sensor kann eine Objekteigenschaft mit einer niedrigeren Priorität bzw. Aussagekraft gewählt werden, denn die Aussagefähigkeit ist durch die Messungenauigkeit nicht gegeben. Weit entfernten Objekten werden somit punktförmige Objektgeometrien gegenüber linienförmigen oder flächigen Objektgeometrien bevorzugt zugewiesen.
- Es können bei Objekten mit einer geringen Entfernung zum Sensor Objektgeometrien mit einem höheren Informationsgehalt, wie beispielsweise Flächen oder Linien, gegenüber punktförmigen Objektgeometrien bevorzugt der entsprechenden Echogruppe zugewiesen werden.
- Bei einem Vorliegen von historischen Daten, kann die Objekttyp-Entscheidung die bisher in räumlicher Nähe detektierten Objekte und deren Typen bzw. Eigenschaften berücksichtigen.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird geprüft, ob die einer Echogruppe zugewiesenen Direktechos und/oder Kreuzechos einen Schnittpunkt zueinander aufweisen, wobei die Messdaten von Direktechos und/oder Kreuzechos ohne einen Schnittpunkt aus der Echogruppe entfernt werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass alle Echos der Echogruppe sich untereinander ebenfalls schneiden, wodurch die falsch-positiv-Rate verbessert wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Echogruppen mit identischen Messdaten oder Distanzen zu einer Echogruppe kombiniert oder es wird mindestens eine redundante Echogruppe gelöscht. Da unter ungünstigen Umständen keine optimale Trennung der Echo-Informationen beim ersten Schritt der Echo-Gruppierung erfolgen kann, ist bei diesem zweiten Schritt eine entsprechende Korrektur möglich. Dabei kann berücksichtigt werden, dass mehrere Objekte in einer Echogruppe enthalten sein können. Eine Auflösung dieser Mehrdeutigkeiten durch eine Objekt-Klassifikation hilft so die Anzahl der Echo-Kombinationen noch deutlich weiter zu verringern.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen

1 eine schematische Sensoranordnung zum Verdeutlichen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform,
2,3 schematische Draufsichten auf empfangene Echos zum Durchführen einer Schnittpunkt-Analyse mit einem Direktecho und einem Kreuzecho,
4,5 schematische Draufsichten auf empfangene Echos zum Durchführen einer Schnittpunkt-Analyse mit zwei Kreuzechos,
6,7 schematische Draufsichten auf empfangene Echos zum Durchführen einer Schnittpunkt-Analyse mit zwei Kreuzechos, welche entlang einer x-Achse und entlang einer y-Achse zueinander versetzt angeordnet sind und
8 eine schematische Darstellung mehrerer Echos, welche mehreren Echogruppen zugeordnet sind.

Die 1 zeigt eine schematische Sensoranordnung 1 zum Verdeutlichen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren dient zum Verarbeiten von durch Ultraschallsensoren 2, 4 erzeugten Direktechos DE und/oder Kreuzechos CE durch ein Steuergerät 6.
Es sind beispielhaft ein erster Sensor 2 und ein zweiter Sensor 4 dargestellt, welche Ultraschallwellen je nach Ausgestaltung aussenden und/oder empfangen können.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel dient der erste Sensor 2 bzw. erste Ultraschallsensor zum Erzeugen von Ultraschallwellen. Der erste Sensor 2 kann die an einem, nicht dargestellten, Objekt reflektierten Ultraschallwellen anschließend in Form von Direktechos DE erneut empfangen.
Der zweite Sensor 4 ist beispielhaft ausschließlich zum Empfangen von Ultraschallwellen eingerichtet und kann somit die vom ersten Sensor 2 erzeugten und am Objekt reflektierten Ultraschallwellen in Form von Kreuzechos CE empfange.
Das Steuergerät 6 kann die Messdaten zu den empfangenen Direktechos DE und Kreuzechos CE der Sensoren 2, 4 empfangen und auswerten. Die Messdaten können beispielsweise Distanzen, Laufzeiten, Schallpegel, Pegelmuster der Direktechos DE und/oder Kreuzechos CE und dergleichen aufweisen. Insbesondere können die Messdaten in digitaler oder analoger Form vorliegen.
Die Direktechos DE und Kreuzechos CE stellen in den Figuren beispielhaft einen Abstand oder einen Radius zwischen dem jeweiligen empfangenden Sensor 2, 4 und dem Objekt dar.
Die 2 bis 8 veranschaulichen das Verfahren und zeigen Direktechos DE und Kreuzechos CE in einer x-y-Ebene. Dabei sind die Direktechos DE und Kreuzechos CE nicht auf die x-y-Ebene beschränkt und können auch in y-z-Ebene und/oder in x-z-Ebene erzeugt und ausgewertet werden, um Höheninformationen zu Objekten zu erlangen.
Dabei sind unterschiedliche Kreuzechos C und Direktechos D dargestellt. Die Kreuzechos C und Direktechos D stellen dabei Kreise oder Ellipsen dar, welche einen Abstand bzw. eine Distanz DE, CE als Radius bzw. als einen Abstand zwischen einem Mittelpunkt zu einem Umfang aufweisen. Dieser Abstand DE, CE entspricht einer Distanz zwischen dem Objekt und einem empfangenden Sensor 2, 4.
In der 2 und der 3 sind schematische Draufsichten auf empfangene Echos DE, CE zum Durchführen einer Schnittpunkt-Analyse mit einem Direktecho DE und einem Kreuzecho CE dargestellt. Dabei sind die Echos DE, CE zweidimensional in einer x-y-Ebene abgebildet, wobei die beiden Grenzen eines Intervalls von DE ± d/2 durch die 2 und die 3 veranschaulicht sind.
Das empfangene Kreuzecho CE des zweiten Sensors 4 weist eine elliptische und das Direktecho DE des ersten Sensors 2 eine runde Form auf.
Die Sensoren 2, 4 weisen einen Abstand d zueinander auf und sind beide entlang der y-Achse angeordnet.
Die Ultraschallsignale werden durch die Sensoren 2, 4 aufgezeichnet, die beispielsweise an einer nicht abgebildeten Fahrzeugfront oder einem nicht abgebildeten Fahrzeugheck eines Fahrzeugs montiert sein können. Generell können die Sensoren 2, 4 zum Messen von Laufzeiten von pulsförmig gesendeten Ultraschallwellen eingesetzt werden.
Wird ein reflektiertes Echo DE, CE von mehreren Sensoren 2, 4 empfangen, kann durch Lateration der Laufwege bzw. Echos DE, CE die Position des Reflektions-Objekts bestimmt werden. Hierbei werden jeweils solche Echos DE, CE, die vom sendenden Sensor 2 oder aber von einem anderen empfangenden Sensor 4 empfangen werden, als Direktechos DE bzw. Kreuzechos CE bezeichnet. Die Sensoren 2, 4 können entlang der x-Achse, der y-Achse und/oder der z-Achse zueinander versetzt angeordnet sein, um eine räumliche Positionsbestimmung von Objekten zu ermöglichen.
Die in den in den 2 und 3 gezeigten Echos DE, CE können in, in 8 dargestellten, Echogruppen EG eingeteilt werden, um den Rechenaufwand zum Durchführen des Laterations-Algorithmus zur Positionsbestimmung zu senken.
Hierfür können Distanzen bzw. jedes Direktecho DE jeweils einer eigenen Echogruppe EG zugewiesen werden. Jede Echogruppe EG weist ein eigenes Intervall DE ± d/2. Alle Kreuzechos CE werden anschließend dahingehend geprüft, ob sie in das Intervall von einer der Echogruppen EG passt. Liegt ein Kreuzecho CE innerhalb des Intervalls DE ± d/2, wird dieses Kreuzecho der entsprechenden Echogruppe EG ebenfalls zugeordnet.
Alle Kreuzechos CE, die keiner Echogruppe EG zugeordnet werden konnten, werden bei der Positionsbestimmung nicht berücksichtigt oder im Vorfeld gelöscht.
In der 4 und der 5 sind schematische Draufsichten auf empfangene Echos DE, CE1, CE2 zum Durchführen einer Schnittpunkt-Analyse mit zwei Kreuzechos CE1, CE2 dargestellt. Dabei können beispielsweise mehrere zweite Sensoren 4 verwendet werden, welche ein erste Kreuzecho CE1 und ein zweites Kreuzecho CE2 empfangen. Der erste Sensor 2 dient ausschließlich zum Senden von pulsförmigen Ultraschallwellen, welche durch die zwei zweiten Sensoren 4 in Form von Kreuzechos CE1, CE2 empfangen werden. Im Unterschied zum in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Intervall durch den Abstand d zwischen den beiden empfangenden zweiten Sensoren 4 definiert.
Die 4 und 5 zeigen dabei die beiden Grenzen des Intervalls CE1 ± d/2. Für die Zuordnung der Kreuzechos CE1, CE2 in Echogruppen EG können die ersten Kreuzechos CE1 als Referenz zum Erstellen von einer Anzahl von Echogruppen EG herangezogen werden, welche einer Anzahl von ersten Kreuzechos CE1 entspricht. Anschließend wird geprüft, welche der zweiten Kreuzechos CE2 innerhalb der jeweiligen Intervalle der erstellen Echogruppen EG liegen. Die zweiten Kreuzechos CE2 werden in diejenigen Echogruppen EG eingeordnet, welche ein passendes Intervall aufweisen.
Die 6 und 7 zeigen schematische Draufsichten auf empfangene Echos mit entsprechenden Distanzen CE1, CE2 zum Durchführen einer Schnittpunkt-Analyse mit zwei Kreuzechos C1, C2, welche entlang der x-Achse und entlang der y-Achse zueinander versetzt angeordnet sind.
Die Echo-Gruppierung erfolgt analog zur den in 4 und 5 dargestellten Ausführungsform. Im Unterschied hierzu wird der Abstand d zwischen den empfangenden Sensoren 4 nicht entlang einer Achse, sondern über mehrere Achsen berechnet. Dabei kann der Satz des Pythagoras in einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Form angewandt werden, um den Abstand d zwischen den empfangenden Sensoren 4 zu berechnen.
Die in der 6 und 7 dargestellten Echos C1, C2 können mit Hilfe der Echo-Gruppierung in einer gemeinsamen Echogruppe EG zugeordnet werden.
In der 8 ist eine schematische Darstellung mehrerer Echos D1, D2, D3, C1-C6, welche mehreren Echogruppen EG1, EG2, EG3 zugeordnet sind. Dabei wurden die Echos D1, D2, D3, C1-C6 basierend auf gesendeten Ultraschallwellen eines ersten sendenden Sensors 2 und basierend auf empfangenen Echos D1, D2, D3, C1-C6 von zwei empfangenden Sensoren 4 ermittelt.
Die beiden zweiten Sensoren 4 können dabei nicht nur die reflektierten Ultraschallwellen des ersten Sensors 2 in Form von Kreuzechos C1-C6 sondern auch eigene Ultraschallwellen senden und anschließend in Form von Direktechos D1-D3 empfangen.
Die erste Echogruppe EG1 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel nach der Echo-Gruppierung die Echos C1, C2, D1 auf.
Die zweite Echogruppe EG2 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel nach der Echo-Gruppierung die Echos C3, C4, D2 auf.
Die dritte Echogruppe EG3 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel nach der Echo-Gruppierung die Echos C5, C6, D3 auf.

Claims

Verfahren zum Verarbeiten von mittels Ultraschallsensoren empfangenen Direktechos und/oder Kreuzechos durch ein Steuergerät (6), wobei - Messdaten in Form von Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) mindestens eines ersten Sensors und/oder mindestens eines zweiten Sensors empfangen werden, - mindestens eine Distanz (CE, DE) zu mindestens einem Objekt in einem Abtastbereich der Sensoren (2, 4) basierend auf den empfangenen Messdaten der Direktechos (D) und/oder der Kreuzechos (C) ermittelt wird, - mehrere Echogruppen (EG) erstellt und die empfangenen Messdaten von Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) mindestens einer Echogruppe (EG) zugewiesen werden, - die der mindestens einen Echogruppe (EG) zugeordneten Messdaten durch einen Laterations-Algorithmus zur Positionsbestimmung von Objekten verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei - von dem mindestens einen ersten Sensor (2) empfangene Kreuzechos als erste Kreuzechos (C1) und von dem mindestens einen zweiten Sensor (4) empfangene Kreuzechos als zweite Kreuzechos (C2) empfangen werden, - für jedes Direktecho (D) und/oder jedes erste Kreuzecho (C1) eine Echogruppe (EG) erstellt wird und die Direktechos (D) und/oder die ersten Kreuzechos (C1) den Echogruppen zugewiesen werden, wobei für jede Echogruppe (EG) ein Intervall zugewiesen wird, - das zugewiesene Intervall mit einer Obergrenze von + d/2 und einer Untergrenze von - d/2 ausgehend von einer Position eines die Direktechos (D) oder ersten Kreuzechos (C1) empfangenden Sensors (2, 4) definiert wird, wobei d als ein Abstand zwischen zwei das Direktecho (D) oder das zweite Kreuzecho (C2) empfangenden Sensoren (2, 4) definiert ist, - geprüft wird, ob Distanzen (CE2) von zweiten Kreuzechos (C2) in dem zugewiesenen Intervall der mindestens einen Echogruppe (EG) liegen, - mindestens eine Distanz (CE2) der zweiten Kreuzechos (C2) in einer entsprechenden Echogruppe (EG) zugewiesen wird, wenn die mindestens eine Distanz (CE2) innerhalb des Intervalls der Echogruppe (EG) liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei jedes Direktecho (D) und jedes Kreuzecho (C) einmalig einer Echogruppe (EG) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ermittelte Distanzen (CE, DE) von Direktechos (D) und Kreuzechos (C) des ersten Sensors (2) jeweils einer Echogruppe (EG) zugewiesen werden, wobei Distanzen (CE, DE) von Direktechos (D) und Kreuzechos (C) des mindestens einen zweiten Sensors (4) der entsprechenden Echogruppen (EG) zugewiesen werden, wenn eine Distanz (CE, DE) von Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) des mindestens einen zweiten Sensors (4) innerhalb des Intervalls µ ± d/2 ermittelt wird, mit µ als Distanz (CE, DE) von Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) des mindestens einen zweiten Sensors (4) und d als Abstand zwischen dem ersten Sensor (2) und dem zweiten Sensor (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die empfangenen Messdaten von Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) basierend auf einer Form eines Korrelationssignals oder basierend auf einem Wert eines Korrelationskoeffizienten mindestens einer Echogruppe (EG) zugewiesen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die empfangenen Messdaten von Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) durch ein maschinelles-Lern-Verfahren mindestens einer Echogruppe (EG) zugewiesen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die empfangenen Messdaten von Direktechos und/oder Kreuzechos basierend auf den Distanzen der Direktechos und/oder Kreuzechos mindestens einer Echogruppe zugewiesen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die empfangenen Messdaten von Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) basierend auf Amplituden der Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) mindestens einer Echogruppe (EG) zugewiesen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Radialgeschwindigkeiten anhand der empfangenen Messdaten ermittelt werden, wobei die Messdaten von Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) basierend auf den ermittelten Radialgeschwindigkeiten mindestens einer Echogruppe (EG) zugewiesen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei für jede erstellte Echogruppe (EG) mindestens eine Objekteigenschaft, insbesondere eine Objektgeometrie, eine Oberflächenbeschaffenheit oder eine Objektart, ermittelt wird, von welchem die Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) der Echogruppe (EG) reflektiert werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei alle ermittelten Objekteigenschaften der Echogruppe (EG) zugewiesen werden, oder bei Distanzen (CE, DE) oberhalb einer Grenzdistanz eine punktförmige Objektgeometrie gegenüber einer linienförmigen oder flächigen Objektgeometrie der Echogruppe priorisiert zugewiesen wird, oder bei Distanzen unterhalb einer Grenzdistanz eine linienförmige oder flächige Objektgeometrie gegenüber einer punktförmigen Objektgeometrie der Echogruppe (EG) priorisiert zugewiesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei geprüft wird, ob die einer Echogruppe (EG) zugewiesenen Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) einen Schnittpunkt zueinander aufweisen, wobei die Messdaten von Direktechos (D) und/oder Kreuzechos (C) ohne einen gemeinsamen Schnittpunkt aus der Echogruppe (EG) entfernt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei Echogruppen (EG) mit identischen Messdaten oder Distanzen (CE, DE) zu einer Echogruppe (EG) kombiniert werden oder mindestens eine redundante Echogruppe (EG) gelöscht wird.
Steuergerät (6), wobei das Steuergerät (6) dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
Computerprogramm, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder ein Steuergerät (6) diesen veranlassen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.