DE102021127800A1

DE102021127800A1 - Verfahren zum betreiben einer ultraschallsensorvorrichtung für ein fahrzeug, ultraschallsensorvorrichtung und fahrzeug

Info

Publication number: DE102021127800A1
Application number: DE102021127800.7A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Poepperl; Raghavendra Gulagundi; Niko Sommer; Niko Moritz Scholz
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2023-04-27

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung (12) für ein Fahrzeug (1), mit den Schritten:a) Aussenden (S1) eines Ultraschallsignals (4) durch einen Ultraschallsensor (2),b) Empfangen (S2) eines an einer Bodenfläche (6) reflektierten Ultraschallsignals (7) durch den Ultraschallsensor (2),c) Ermitteln (S3), mithilfe einer Steuervorrichtung (8), eines für eine Höhe (H2) zwischen dem Ultraschallsensor (2) und der Bodenfläche (6) charakteristischen Parametersatzes (P) anhand des empfangenen Ultraschallsignals (7), undd) Erkennen (S4) einer Stufe (10) anhand einer Abweichung des ermittelten charakteristischen Parametersatzes (P) von einem für eine Einbauhöhe (H1) des Ultraschallsensors (2) bei einer Bodenreflexion vorbestimmten charakteristischen Parametersatzes (Q) mithilfe der Steuervorrichtung (8).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug, eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einer solchen Ultraschallsensorvorrichtung.
Ultraschallsensoren werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um anhand ausgesendeter Ultraschallimpulse und empfangener Echo-Ultraschallimpulse Informationen über die Umgebung eines Fahrzeugs zu erfassen und Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs an ein Parkassistenzsystem, ein Fahrassistenzsystem oder dergleichen zu übermitteln. Beispielsweise kann mit mithilfe solcher Ultraschallsensoren ein Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs überwacht werden, indem ein jeweiliger Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und Objekten im Umgebungsbereich bestimmt wird.
Ultraschallsensoren werden auch in anderen Fahrzeugen, wie zum Beispiel autonom fahrenden Robotern eingesetzt. Dies können zum Beispiel autonome Transportsysteme oder Shuttles sein, welche in Fabrikhallen oder zum Beispiel zum Ausliefern von Paketen auf Gehsteigen verwendet werden. Weiterhin kann es sich dabei auch um Staubsaugerroboter oder Rasenmähroboter handeln. Solche autonom fahrenden Roboter verfügen beispielsweise über eine Ultraschallsensorvorrichtung zur Kollisionsvermeidung. Ultraschallsensoren einer solchen Ultraschallsensorvorrichtung sind typischerweise ähnlich angeordnet wie Ultraschallsensoren eines Parksystems eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird eine Vielzahl von Sensoren hauptsächlich in und entgegen der Fahrtrichtung am Roboter platziert. Zur vollständigen Überwachung können weitere Sensoren an den Seiten der Roboter vorgesehen sein. Damit kann eine effektive Kollisionsvermeidung realisiert werden.
Ultraschallsensorvorrichtungen können neben der einfachen Echo-Detektion auch in der Lage sein, Rohdaten des zeitlichen Verlaufs des empfangenen Ultraschallsignals bzw. eine Einhüllende des zeitlichen Verlaufs des empfangenen Ultraschallsignals an ein Steuergerät zu übertragen. Dies ermöglicht die Detektion von schwachen Objekten und die bessere Unterscheidung von Bodenreflexionen und tatsächlichen Objektreflexionen.
Besonders bei autonom fahrenden Robotern kann das Erkennen einer Stufe oder eines Absatzes im Boden hilfreich sein. Aus der EP 2 762 919 B1 ist bekannt, bei einem Kraftfahrzeug einen Abgrund aus Ultraschallsignalen zu erkennen. insbesondere wird bei einem Unterschreiten eines Schwellwertes eines vom Boden reflektierten Signals davon ausgegangen, dass ein Teil des Bodenechos fehlt. Dies wird als Hinweis auf einen im Fahrweg liegenden Abgrund interpretiert.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug und eine verbesserte Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen.
Demgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Verfahren weist die Schritte auf:

a) Aussenden eines Ultraschallsignals durch einen Ultraschallsensor,
b) Empfangen eines an einer Bodenfläche reflektierten Ultraschallsignals durch den Ultraschallsensor,
c) Ermitteln, mithilfe einer Steuervorrichtung, eines für eine Höhe zwischen dem Ultraschallsensor und der Bodenfläche charakteristischen Parametersatzes anhand des empfangenen Ultraschallsignals, und
d) Erkennen einer Stufe anhand einer Abweichung des ermittelten charakteristischen Parametersatzes von einem für eine Einbauhöhe des Ultraschallsensors bei einer Bodenreflexion vorbestimmten charakteristischen Parametersatzes mithilfe der Steuervorrichtung.

Durch das vorgeschlagene Verfahren kann eine Stufe in einem Fahrweg des Fahrzeugs mittels Ultraschall-Sensorik erkannt werden. Damit können Abstürze des Fahrzeugs über die Stufe vermieden werden. Beispielsweise kann ein Fahrer eines Fahrzeugs basierend auf der erkannten Stufe gewarnt werden und/oder ein Notbremsassistent aktiviert werden. Beispielsweise kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein autonom fahrender Roboter, wie beispielsweise ein Paket-Liefer-Roboter, ein Rasenmähroboter oder ein Staubsaugerroboter, daran gehindert werden, einen zulässigen Bereich zu verlassen und über eine Stufe herunterzufallen. Beispielsweise kann ein Paket-Liefer-Roboter daran gehindert werden, einen Bürgersteig zu verlassen.
Vorteilhafterweise wird bei dem Verfahren das von der Bodenfläche des Fahrwegs reflektierte Ultraschallsignal, also das Bodenecho des Ultraschallsignals, ausgewertet. Insbesondere wird ein zeitliches Intensitätsprofil des von der Bodenfläche des Fahrwegs reflektierten Ultraschallsignals ausgewertet.
Das Verfahren ist insbesondere vorteilhaft zum Erkennen einer Stufe nach unten. Insbesondere kann eine Stufe nach unten über eine Objekterkennung, d.h. über eine Reflexion des Ultraschallsignals an einer Seitenwand der Stufe, nur schwer oder nicht erkannt werden. Das Verfahren kann jedoch auch zum Erkennen einer Stufe nach oben angewendet werden.
Bei der Stufe handelt es sich um eine Stufe eines Bodens, auf dem das Fahrzeug fährt. Die Stufe kann auch als Absatz bezeichnet werden. Bei der Stufe kann es sich beispielsweise um eine Bordsteinkante eines Bürgersteigs oder aber auch um jede andere Art von Stufe handeln. Die Stufe weist insbesondere eine erste Bodenfläche auf, auf der sich das Fahrzeug beim Aussenden des Ultraschallsignals befindet. Die Stufe weist außerdem insbesondere eine zweite Bodenfläche auf, an welcher das ausgesendete Ultraschallsignal reflektiert wird. Die erste und zweite Bodenfläche befinden sich insbesondere in einer unterschiedlichen Höhe mit Bezug zu dem Ultraschallsensor (d. h. in einem unterschiedlichen Abstand zu dem Ultraschallsensor). Weiterhin wird in Schritt b) insbesondere ein an der zweiten Bodenfläche reflektiertes Ultraschallsignal durch den Ultraschallsensor empfangen, welches in den Schritten c) und d) von der Steuervorrichtung ausgewertet wird. Die Stufe weist beispielsweise eine Seitenfläche auf, welche die erste Bodenfläche und die zweite Bodenfläche miteinander verbindet.
Die Einbauhöhe des Ultraschallsensors entspricht insbesondere einer Höhe (d.h. einem Abstand) zwischen dem Ultraschallsensor und der ersten Bodenfläche. Eine Höhe zwischen dem Ultraschallsensor und der zweiten Bodenfläche, von welcher das Bodenreflexionssignal mit dem Verfahren ausgewertet wird, ist bei Vorliegen einer Stufe insbesondere verschieden von der Einbauhöhe des Ultraschallsensors. Insbesondere wird in Schritt b) im Falle einer Stufe nach unten ein an einer relativ zur ersten Bodenfläche abgesenkten zweiten Bodenfläche reflektiertes Ultraschallsignal empfangen. Weiterhin wird im Falle eine Stufe nach oben ein an einer relativ zur ersten Bodenfläche erhöhten zweiten Bodenfläche reflektiertes Ultraschallsignal empfangen.
Der für die Höhe zwischen Ultraschallsensor und der Bodenfläche charakteristische Parametersatz kann auch ein für die Höhe und einen Einbauwinkel des Ultraschallsensors charakteristischer Parametersatz sein.
Mit dem Verfahren können auch mehrere Stufen in unterschiedlichen Abständen zu dem Ultraschallsensor erkannt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das empfangene Ultraschallsignal einen zeitlichen Verlauf einer Amplitude einer empfangenen Signalintensität auf. Weiterhin wird als der für die Höhe charakteristische Parametersatz eine Amplitudenverteilung des empfangenen Ultraschallsignals ermittelt wird. Außerdem wird eine Stufe anhand einer Abweichung der ermittelten Amplitudenverteilung von einer für die Einbauhöhe des Ultraschallsensors bei einer Bodenreflexion vorbestimmten Amplitudenverteilung erkannt.
Durch Auswerten der Amplitudenverteilung des empfangenen Ultraschallsignals kann eine Stufe auf einfache Art mittels Ultraschall-Sensorik erkannt werden. Schon bei kleinen Stufen von nur wenigen Zentimetern Höhe unterscheiden sich die Amplitudenverteilungen der von den beiden Höhenniveaus der Stufe empfangenen Ultraschallsignale erheblich.
Bei dem empfangenen Ultraschallsignal kann es sich auch um eine Einhüllende des zeitlichen Verlaufs der Amplitude der empfangenen Signalintensität handeln (sog. Hüllkurve).
Beispielsweise wird die für die Einbauhöhe des Ultraschallsensors bei einer Bodenreflexion vorbestimmte Amplitudenverteilung für verschiedene Arten von Bodenbelägen bereitgestellt. Die verschiedenen Arten von Bodenbelägen umfassen beispielsweise Asphalt, Schotter, Gras und dergleichen. Beispielsweise können auch vorbestimmte Amplitudenverteilungen für genau zwei verschiedene Arten von Bodenbelägen bereitgestellt werden, nämlich on-road-Bodenbeläge (entspricht Asphalt) und off-road-Bodenbeläge (entspricht Schotter, Gras etc.)
Gemäß einer weiteren Ausführungsform gibt die Amplitudenverteilung des empfangenen Ultraschallsignals eine Häufigkeit von Amplitudenwerten des empfangenen Ultraschallsignals an.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das empfangene Ultraschallsignal einen zeitlichen Verlauf einer Amplitude einer empfangenen Signalintensität auf. Außerdem wird als der für die Höhe charakteristische Parametersatz eine statistische Verteilungsfunktion ermittelt, welche eine Amplitudenverteilung des empfangenen Ultraschallsignals beschreibt, und/oder werden als der für die Höhe charakteristische Parametersatz Parameter ermittelt, welche die jeweilige statistische Verteilungsfunktion definieren.
Dadurch können Stufen basierend auf einer statistischen Auswertung der Amplitudenverteilung der Empfangssignalkurve erkannt werden.
Die statistische Verteilungsfunktion ist insbesondere eine stetige Wahrscheinlichkeitsverteilung. Die statistische Verteilungsfunktion ist beispielsweise eine Gaußverteilung oder eine Gammaverteilung. Eine statistische Verteilungsfunktion kann typischerweise durch wenige Parameter (d.h. Kennzahlen) eindeutig definiert werden. Beispielsweise kann eine Gaußverteilung durch Angabe einer Standardabweichung und eines Erwartungswertes eindeutig definiert werden. Beispielsweise kann eine Gammaverteilung durch Angabe eines Skalenparameters und eines Formparameters eindeutig definiert werden.
Insbesondere wird von der Steuervorrichtung diejenige statistische Verteilungsfunktion berechnet, welche die bestmögliche Näherung an die Amplitudenverteilung des empfangenen Ultraschallsignals darstellt. Weiterhin wird eine Stufe von der Steuervorrichtung beispielsweise anhand einer Abweichung der ermittelten statistischen Verteilungsfunktion von einer für die Einbauhöhe des Ultraschallsensors bei einer Bodenreflexion vorbestimmten statistischen Verteilungsfunktion erkannt. Beispielsweise können auch die Parameter der statistischen Verteilungsfunktion ermittelt werden, wie beispielsweise die Standardabweichung und der Erwartungswert im Falle einer Gaußverteilung. In diesem Fall kann eine Stufe auch anhand einer Abweichung der ermittelten Parameter von vorbestimmten Parametern einer vorbestimmten statistischen Verteilungsfunktion erkannt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das empfangene Ultraschallsignal mithilfe der Steuervorrichtung in mehrere Zeitabschnitte unterteilt, welche verschiedenen Abstandsbereichen zwischen dem Ultraschallsensor und einer jeweiligen Bodenfläche entsprechen. Zudem wird für einen oder mehrere der Zeitabschnitte jeweils ein für eine Höhe zwischen dem Ultraschallsensor und einer jeweiligen Bodenfläche charakteristischer Parametersatz ermittelt, um eine oder mehrere Stufen in dem einen oder den mehreren Abstandsbereichen zu erkennen.
Dadurch können vorgegebene Zeitfenster im Ultraschallsignal separat ausgewertet werden. Insbesondere können (z.B. ausgewählte) Abstandsbereiche separat nach Stufen abgesucht werden. Mit anderen Worten können verschiedene Abstandsbereiche von dem Ultraschallsensor aus nach Bodenflächen abgesucht werden, welche sich auf einem anderen Höhenniveau befinden, als es einer Einbauhöhe des Ultraschallsensors entspricht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte a) und b) wiederholt ausgeführt, und wird der für die Höhe charakteristische Parametersatz anhand der mehreren empfangenen Ultraschallsignale ermittelt.
Dadurch kann eine Messgenauigkeit erhöht werden. Damit können Stufen basierend auf einem größeren Datensatz und damit zuverlässiger erkannt werden. Insbesondere kann eine statistische Auswertung einer Amplitudenverteilung mit einer größeren Signifikanz erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt eines Ermittelns einer Höhe einer erkannten Stufe mithilfe der Steuervorrichtung auf.
Durch Ermitteln der Höhe einer erkannten Stufe kann ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs einen Fahrer des Fahrzeugs besser unterstützen oder kann ein autonomes Steuersystem eines vollautonom fahrenden Fahrzeugs das Fahrzeug besser steuern.
Die Höhe der erkannten Stufe korreliert insbesondere mit der Höhe zwischen dem Ultraschallsensor und der Bodenfläche (zweite Bodenfläche), an welcher das Ultraschallsignal reflektiert und in Schritt b) empfangen wird. Insbesondere ist eine Summe der Höhe der Stufe und der Einbauhöhe des Ultraschallsensors gleich der Höhe zwischen dem Ultraschallsensor und der Bodenfläche (zweite Bodenfläche), an welcher das Ultraschallsignal reflektiert wurde.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Höhe der Stufe mittels einer auf Basis maschinellen Lernens angelernten KI-Einrichtung der Steuervorrichtung ermittelt, welche dem ermittelten charakteristischen Parametersatz als Eingabeinformation eine Höhe der Stufe zuordnet.
Vorteilhafterweise erfolgt das Ermitteln der Höhe einer erkannten Stufe mithilfe einer maschinell angelernten Künstliche-Intelligenz-Einrichtung (KI-Einrichtung). Die maschinell angelernte KI-Einrichtung weist insbesondere einen Maschinenlernalgorithmus auf. Der Maschinenlernalgorithmus ist basierend auf Lerndatensätzen angelernt. Durch Anwenden der Kl-Einrichtung kann die Höhe einer erkannten Stufe zuverlässiger bestimmt werden.
Insbesondere ordnet die angelernte KI-Einrichtung einem in Schritt b) empfangenen Ultraschallsignal, einer daraus ermittelten Amplitudenverteilung, einer die ermittelte Amplitudenverteilung beschreibenden statistischen Verteilung und/oder einem oder mehreren die statistische Verteilung definierenden Paramatern einen Wert einer Höhe der Stufe zu.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Höhe der Stufe mittels einer auf Basis maschinellen Lernens angelernten KI-Einrichtung durch eine Regressionsanalyse ermittelt, und/oder weist die KI-Einrichtung einen angelernten Regressionsbaum, eine angelernte Support Vector Machine und/oder ein angelerntes neuronales Netz auf.
Da es sich bei der Ermittlung eines Werts der Höhe insbesondere um die Ermittlung eines kontinuierlichen Wertes (fortlaufender Wert) - und nicht um die Ermittlung einer Größe aus einer Gruppe diskreter Klassen - handelt, wird die Höhe vorteilhafter Weise basierend auf einer Regressionsanalyse ermittelt.
Ein Regressionsbaum ist ein Entscheidungsbaum, bei welchem ein Prozess als eine Reihe von Entscheidungen in einer Baumstruktur abgebildet wird.
Eine Support Vector Machine unterteilt eine Menge von Objekten so in Klassen, dass um die Klassengrenzen herum ein möglichst breiter Bereich frei von Objekten bleibt; sie ist ein sogenannter Large Margin Classifier (deutsch „Breiter-Rand-Klassifikator“). Eine Support Vector Machine kann als Klassifikator oder Regressor dienen. Vorliegend wird bevorzugt eine Support Vector Machine zur Regressionsanalyse eingesetzt.
Ein künstliches neuronales Netz (kurz: neuronales Netz) weist beispielsweise zumindest eine Eingabeschicht, eine Verarbeitungsschicht und eine Ausgabeschicht auf. Die Schichten weisen jeweils mehrere Neuronen auf. Beispielsweise weist eine Eingabeschicht eines neuronalen Netzes eine Mehrzahl von Neuronen (z.B. zwei oder mehr Neuronen) auf. Das heißt, dass das neuronale Netz Eingangsinformationen entsprechend der Mehrzahl der Neuronen der Eingabeschicht verarbeiten kann. Beispielsweise weist ein neuronales Netz eine Ausgabeschicht mit einer Mehrzahl von Neuronen auf. Das heißt, dass das neuronale Netz Ausgabeinformationen entsprechend der Mehrzahl der Neuronen der Ausgabeschicht ausgeben kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die KI-Einrichtung durch überwachtes Lernen und basierend auf Lerndatensätzen angelernt, wobei
die Lerndatensätze als Eingangsdatensätze mithilfe eines Ultraschallsensors eines Fahrzeugs erfasste Messdatensätze bei verschiedenen Höhen zwischen dem Ultraschallsensor und einer Bodenfläche umfassen, und
die Lerndatensätze als gewünschte Ausgabeinformation den Eingangsdatensätzen jeweils zugeordnet eine Höhe einer Stufe umfassen, wobei die Höhe der Stufe einer Differenz der jeweiligen Höhe zwischen dem Ultraschallsensor und der Bodenfläche und einer vorbestimmten Einbauhöhe des Ultraschallsensor entspricht.
Beim überwachten Lernen (sogenanntes „Supervised Learning“) wird in den Lerndatensätzen ein gewünschter Ausgabewert („Teaching Vector“) vorgegeben. Beispielsweise werden Gewichte eines neuronalen Netzes anhand des gewünschten Ausgabewerts optimiert. Vorliegend ist der gewünschte Ausgabewert die Höhe der Stufe.
Die Messdatensätze, welche einen Teil der Lerndatensätze bilden, sind insbesondere jeweils für die Höhe zwischen dem Ultraschallsensor und einer jeweiligen Bodenfläche charakteristische Parametersätze. Die Messdatensätze weisen beispielsweise jeweils eine Amplitudenverteilung, eine die Amplitudenverteilung beschreibende statistische Verteilungsfunktion und/oder Parameter auf, welche die statistische Verteilungsfunktion definieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren die Schritte auf:

Bereitstellen von vorbestimmten charakteristischen Parametersätzen für verschiedene Bodenbeläge, und
Ermitteln des Bodenbelags der Bodenfläche, an der das empfangene Ultraschallsignal reflektiert wurde, anhand des empfangenen Ultraschallsignals, wobei
die Stufe anhand einer Abweichung von dem vorbestimmten Parametersatz, der dem ermittelten Bodenbelag entspricht, erkannt wird.

Dadurch kann beispielsweise ein Bodenbelag einer Bodenfläche der Stufe, an der das empfangene Ultraschallsignal reflektiert wurde, ermittelt werden. Außerdem kann eine Stufe auch für verschiedene Bodenbeläge besser erkannt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Die Ultraschallsensorvorrichtung weist auf:

mindestens einen Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals und zum Empfangen eines an einer Bodenfläche reflektierten Ultraschallsignals, und
eine Steuervorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, einen für eine Höhe zwischen dem Ultraschallsensor und der Bodenfläche charakteristischen Parametersatz anhand des empfangenen Ultraschallsignals zu ermitteln, und anhand einer Abweichung des ermittelten charakteristischen Parametersatzes von einem für eine vorbestimmte Einbauhöhe des Ultraschallsensors bei einer Bodenreflexion charakteristischen Parametersatzes eine Stufe zu erkennen.

Gemäß einer Ausführungsform des weiteren Aspekts weist die Steuervorrichtung eine auf Basis maschinellen Lernens angelernte KI-Einrichtung auf, welche dem ermittelten charakteristischen Parametersatz als Eingabeinformation eine Höhe einer Stufe als Ausgabeinformation zuordnet.
Beispielsweise ordnet die KI-Einrichtung einer aus dem empfangenen Ultraschallsignal ermittelten Amplitudenverteilung, einer die ermittelte Amplitudenverteilung beschreibenden statistischen Verteilung und/oder einem oder mehreren die statistische Verteilung definierenden Paramatern einen Höhenwert einer Stufe zu.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug mit einer wie vorstehend beschriebenen Ultraschallsensorvorrichtung bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform des weiteren Aspekts ist das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug, ein autonom fahrendes Fahrzeug, ein autonom fahrender Roboter, ein autonom fahrendes Transportfahrzeug, ein autonom fahrendes Servicefahrzeug, ein autonom fahrendes Shuttle, ein Transportroboter, ein Paket-Liefer-Roboter, ein Bodenbearbeitungsroboter, ein Mähroboter, ein Rasenmähroboter, ein Bodenreinigungsroboter und/oder ein Staubsaugerroboter.
Autonom fahrend bedeutet vorliegend teilautonom fahrend oder vollautonom fahrend. Vollautonom fahrend bedeutet, dass bei dem Fahrprozess keine menschliche Interaktion stattfindet.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Verfahrensschritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens auszuführen.
Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
Die für das vorgeschlagene Verfahren beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die Ultraschallsensorvorrichtung, das Fahrzeug und das Computerprogrammprodukt entsprechend und wechselseitig.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

1 zeigt ein Fahrzeug mit einem Ultraschallsensor gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt das Fahrzeug aus 1 in einer Seitenansicht vor einer Bodenstufe nach unten;
3 zeigt das Fahrzeug aus 1 in einer Seitenansicht vor einer Bodenstufe nach oben;
4 zeigt ein Beispiel eines zeitlichen Verlaufs eines von dem Ultraschallsensor aus 1 empfangenen Ultraschallsignals;
5 zeigt eine Steuervorrichtung des Fahrzeugs aus 1;
6 zeigt ein Beispiel einer Amplitudenverteilung eines Ultraschallsignals ähnlich dem in 4 gezeigten Ultraschallsignal;
7 zeigt eine Ansicht ähnlich 6 jedoch mit einer Amplitudenverteilung, die einer anderen Höhe zwischen einem Ultraschallsensor und einer Bodenfläche entspricht; und
8 zeigt ein Flussablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
1 zeigt ein Fahrzeug 1, welches beispielsweise ein vollautonom fahrender Roboter, wie beispielsweise Paket-Liefer-Roboter oder ein Shuttle ist. In anderen Beispielen kann das Fahrzeug 1 auch ein anderes vollautonom fahrendes Fahrzeug, wie beispielsweise ein Rasenmähroboter oder ein Staubsaugerroboter, und/oder auch ein Personenkraftwagen sein. Das Fahrzeug 1 umfasst mindestens einen Ultraschallsensor 2, welcher insbesondere dazu dient, einen Abstand des Fahrzeugs 1 zu einem Boden 3 (2) zu messen. Hierzu sendet der Ultraschallsensor 2 Ultraschallwellen 4 aus, die von einer Bodenfläche 5, 6 des Bodens 3 (z.B. einer Fahrbahnoberfläche) reflektiert werden. Die reflektierten Ultraschallwellen 7 werden wiederum von dem Ultraschallsensor 2 empfangen. In Abhängigkeit der gesendeten und empfangen Ultraschallwellen 4, 7 erzeugt der Ultraschallsensor 2 Messdaten, die er an eine Steuervorrichtung 8 (1) übermittelt. Die Steuervorrichtung 8 kann Teil eines zentralen Fahrzeugsteuergeräts 9 (auch als „Electronic Control Unit“ - kurz ECU - bezeichnet) sein. Die Übermittlung der Messdaten kann über einen Fahrzeugdatenbus erfolgen. Die Steuervorrichtung 8 kann beispielsweise auf dem Fahrzeugsteuergerät 9 als Hardware und/oder Software implementiert sein, wie in 1 gezeigt. Die Steuervorrichtung 8 dient zum Verarbeiten des empfangenen Ultraschallsignals 7 und zum Erkennen, ob der Boden 3 eine Stufe 10 aufweist.
Obwohl in 1 nur ein Ultraschallsensor 2 gezeigt ist, kann das Fahrzeug 1 auch mehrere Ultraschallsensoren 2 aufweisen, welche dazu eingerichtet sind, ein Ultraschallsignal 4 auszusenden und ein an einer Bodenfläche 5, 6 des Bodens 3 reflektiertes Ultraschallsignal 7 zu empfangen.
Eine Ultraschallsensorvorrichtung 12 (1) des Fahrzeugs 1 umfasst außer des einen oder der mehreren Ultraschallsensoren 2 auch die Steuervorrichtung 8.
Der in den Figuren beispielhaft gezeigte Ultraschallsensor 2 ist in einer Einbauhöhe H₁ (2) über einer ersten Bodenfläche 5 des Bodens 3 eingebaut. Die erste Bodenfläche 5 des Bodens 3 ist die Bodenfläche, auf welcher sich das Fahrzeug 1 momentan, d.h. beim Aussenden des Ultraschallsignals 4, befindet. Der Ultraschallsensor 2 ist auch unter einem bestimmten Einbauwinkel (nicht gezeigt) an dem Fahrzeug 1 eingebaut.
In 2 ist ein Beispiel einer Stufe 10 des Bodens 3 gezeigt. Die Stufe 10 ist, von dem Fahrzeug 1 aus gesehen, eine Stufe nach unten. Mit anderen Worten, ist eine Bodenfläche 6 (zweite Bodenfläche 6) der Stufe 10 tiefer in Bezug auf eine Höhenrichtung Z des Fahrzeugs 1 angeordnet als die erste Bodenfläche 5, auf der sich das Fahrzeug 1 momentan befindet. Eine Höhe zwischen dem Ultraschallsensor 2 und der zweiten Bodenfläche 6 der Stufe 10 ist in 2 mit dem Bezugszeichen H₂ gekennzeichnet.
In 3 ist ein weiteres Beispiel einer Stufe 11 des Bodens 3' gezeigt. Die Stufe 11 ist, von dem Fahrzeug 1 ausgesehen, eine Stufe nach oben. Mit anderen Worten, ist eine Bodenfläche 6' (zweite Bodenfläche 6') der Stufe 11 höher in Bezug auf die Höhenrichtung Z des Fahrzeugs 1 angeordnet als die erste Bodenfläche 5', auf der sich das Fahrzeug 1 momentan befindet. Eine Höhe zwischen dem Ultraschallsensor 2 und der zweiten Bodenfläche 6' der Stufe 11 ist in 3 mit dem Bezugszeichen H₃ gekennzeichnet.
Wenn ein Boden 3, 3' eine Stufe 10, 11 aufweist, dann empfängt der Ultraschallsensor 2 ein Bodenreflexionssignal 7, 7', welches einer anderen Höhe H₂, H₃ als der Einbauhöhe H₁ des Ultraschallsensors 2 entspricht. Insbesondere unterscheidet sich das empfangene Bodenreflexionssignal 7,7' von einem für die Einbauhöhe H₁ vorbestimmten Bodenreflexionssignal. Durch Auswerten des Bodenreflexionssignals 7, 7' mithilfe der Steuervorrichtung 8 kann eine Stufe 10, 11 erkannt werden.
4 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf des empfangenen Ultraschallsignals 7, das von dem Ultraschallsensor 2 in Reaktion auf das Aussenden des Sendesignals 4 empfangen wird. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit t aufgetragen, und auf der vertikalen Achse ist eine von dem Ultraschallsensor 2 ausgegebene Sensorspannung V aufgetragen. Die Sensorspannung V gibt eine von dem Ultraschallsensor 2 erfasste Empfangssignalintensität, d.h. einen erfassten Schalldruck, an. Die Sensorspannung V wird vorliegend auch allgemein als Amplitude der Empfangssignalintensität bezeichnet.
Zum Zeitpunkt t₀ sendet der Ultraschallsensor 2 ein Sendesignal aus. Von der Zeit t₀ bis zur Zeit t₁ registriert der Ultraschallsensor 2 unmittelbar ein Nachhallen des ausgesendeten Sendesignals. Der Bereich von t₀ bis t₁ des empfangenen Ultraschallsignals 7 enthält daher keine Informationen über den Boden 3 (2) und wird beispielsweise ausgeblendet. Zum Zeitpunkt t₂ nimmt die Amplitude V der empfangenen Signalintensität zu, da ein erstes Echosignal von einer Reflexion an der Bodenfläche 6 (2) des Bodens 3 eintrifft. Der Zeitpunkt t₂ kann somit als Empfangszeitpunkt eines ersten Echosignals identifiziert werden. Zu einem Zeitpunkt t₄ steigt die Amplitude V der empfangenen Signalintensität erneut an, erreicht aber nicht eine Schwellspannung V_th. Der Bereich von t₄ bis t₅ wird somit nicht als Echosignal identifiziert, sondern als Störsignal betrachtet. Vom Zeitpunkt t₆ bis zum Zeitpunkt t₇ wird ein zweites Echosignal empfangen, welches die Schwellspannung V_th überschreitet. Das zweite Echosignal basiert beispielsweise auf einer Reflexion an einer weiteren Bodenfläche 6" (2) einer weiteren Stufe 10' des Bodens 3. Der Zeitpunkt t₆ kann somit als Empfangszeitpunkt eines zweiten Echosignals identifiziert werden.
Die Schwellspannung V_th ist nicht notwendigerweise über die gesamte Messung des Empfangenen Ultraschallsignals 7 konstant. Anders, als in 2 gezeigt, kann die Schwellspannung V_th auch während der Messung des Empfangssignalverlaufs verändert werden.
Zum Erkennen von Stufen 10, 10', 11 wird beispielsweise der in 4 gezeigte zeitliche Verlauf des empfangenen reflektierten Ultraschallsignals 7 von der Steuervorrichtung 8 ausgewertet. Es kann auch eine Einhüllende (Hüllkurve) des in 4 gezeigten zeitlichen Verlaufs des empfangenen reflektierten Ultraschallsignals 7 ausgewertet werden.
Weiterhin kann das empfangene Ultraschallsignal 7 in mehrere Zeitabschnitte 13, 13' unterteilt werden, um nach Stufen 10, 10' in unterschiedlichen Abstandsbereichen D₁, D₂ (2) zu suchen. Beispielhaft sind in 4 zwei Zeitabschnitte 13, 13' gekennzeichnet, welche verschiedenen Laufzeitbereichen des Ultraschallsignals 7, 7' entsprechen. Ein erster Zeitabschnitt 13 umfasst beispielsweise den Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t₁ und dem Zeitpunkt t₄. Ein zweiter Zeitabschnitt 13' umfasst beispielsweise den Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t₄ und dem Zeitpunkt t₇. Das Ultraschallsignal 7 kann auch in andere und/oder mehr als zwei Zeitabschnitte 13, 13' unterteilt werden.
Die Steuervorrichtung 8 ist dazu eingerichtet, dass empfangene Ultraschallsignal 7 - oder einen oder mehrere Zeitabschnitte 13,13' davon - auszuwerten, um Stufen 10, 10' des Bodens 3 zu erkennen. Beispielsweise können auch mehrere Ultraschallsignale 4 von dem Ultraschallsensor 2 ausgesendet und entsprechend mehrere Echo-Ultraschallsignale 7 von dem Ultraschallsensor 2 empfangen werden. In diesem Fall kann die Steuervorrichtung 8 dazu eingerichtet sein, die mehreren empfangenen Echo-Ultraschallsignale 7 gemeinsam auszuwerten, um eine Messgenauigkeit zu erhöhen.
Wie in 5 gezeigt, umfasst die Steuervorrichtung 8 eine Einlese-Einheit 14 zum Einlesen eines oder mehrerer Messdatensätze M_R, welche das eine oder die mehreren empfangenen Ultraschallsignale 7 repräsentieren. Mit anderen Worten repräsentiert ein jeweiliger Messdatensatz M_R ein empfangenes Ultraschallsignal 7. Für jeden Messdatensatz M_R tastet der Ultraschallsensor 2 ein beispielhaft in 4 gezeigtes Zeitsignal der (teilweise) reflektierten Ultraschallwelle 7 ab. Ein jeweiliger Messdatensatz M_R ist beispielsweise eine Einhüllende (Hüllkurve) des in 4 gezeigten zeitlichen Verlaufs des empfangenen reflektierten Ultraschallsignals 7.
Die Steuervorrichtung 8 umfasst außerdem eine Steuereinrichtung 15, welche dazu eingerichtet ist, einen charakteristischen Parametersatz P anhand des empfangenen Ultraschallsignals 7 zu ermitteln. Der charakteristische Parametersatz P ist insbesondere ein für eine Höhe H₁, H₂, H₄ zwischen dem Ultraschallsensor 2 und einer Bodenfläche 5, 6, 6" charakteristischer Parametersatz.
Die Steuereinrichtung 15 kann auch dazu eingerichtet sein, ein jeweiliges empfangenes Ultraschallsignal 7 bzw. einen jeweiligen Messdatensatz M_R in mehrere Zeitabschnitt 13, 13' (4) zu unterteilen. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 15 dazu eingerichtet sein, den charakteristischen Parametersatz P für einen jeweiligen Zeitabschnitt 13, 13' zu ermitteln.
Bei dem charakteristischen Parametersatz P handelt es sich beispielsweise um eine in 6 gezeigte Amplitudenverteilung 16 des einen oder der mehreren empfangenen Ultraschallsignale 7 bzw. des einen oder der mehreren Messdatensätze M_R. Im Fall einer Unterteilung in mehrere Zeitabschnitte 13, 13' kann es sich bei der Amplitudenverteilung 16 auch um eine Amplitudenverteilung eines jeweiligen Zeitabschnitts 13, 13' handeln. Die Amplitudenverteilung 16 gibt eine Verteilung einer Häufigkeit bestimmter Amplitudenwerte des empfangenen Ultraschallsignals 7 an. Die Form der Amplitudenverteilung 16 ist stark von einer Höhe H₁, H₂, H₄ zwischen dem Ultraschallsensor 2 und einer Bodenfläche 5, 6, 6" abhängig. Beispielhaft ist in 6 eine Amplitudenverteilung 16 für eine Höhe (z. B. Höhe H₂ in 2) von 52 cm gezeigt. Weiterhin ist in 7 beispielhaft eine Amplitudenverteilung 17 für eine Höhe (z.B. die Einbauhöhe H₁) von 44 cm gezeigt.
Die Steuervorrichtung 8 umfasst ferner eine Einlese-Einheit 24 zum Einlesen eines vorbestimmten charakteristischen Parametersatzes Q, welcher einer Bodenreflexion bei der Einbauhöhe H₁ des Ultraschallsensors 2 entspricht. Der vorbestimmte charakteristische Parametersatz Q umfasst beispielsweise eine vorbestimmten Amplitudenverteilung 17, welche der Einbauhöhe H₁ des Ultraschallsensors 2 entspricht.
Die Steuereinrichtung 15 ist beispielsweise dazu eingerichtet, die Amplitudenverteilung 16 des empfangenen Ultraschallsignals 7 mit der vorbestimmten Amplitudenverteilung 17, welche der Einbauhöhe H₁ des Ultraschallsensors 2 entspricht, zu vergleichen. Aus einer Abweichung der Amplitudenverteilung 16 des empfangenen Ultraschallsignals 7 von der vorbestimmten Amplitudenverteilung 17 kann mithilfe der Steuereinrichtung 15 das Vorhandensein einer Stufe 10 des Bodens 3 erkannt werden.
Die Steuereinrichtung 15 kann auch dazu eingerichtet sein, eine statistische Verteilungsfunktion 18 (6) der Amplitudenverteilung 16 zu ermitteln. In dem in 6 gezeigten Beispiel ist die statistische Verteilungsfunktion 18 eine Gammaverteilung. Die Gammaverteilung 18 kann durch zwei Parameter, einen Skalenparameters a₁ und einen Formparameter b₁, eindeutig definiert werden.
Außerdem ist in 7 eine vorbestimmte statistische Verteilungsfunktion 19 gezeigt, welche die vorbestimmte Amplitudenverteilung 17 bei der Einbauhöhe H₁ des Ultraschallsensors 2 beschreibt. Auch in diesem Fall handelt es sich um eine Gammaverteilung 19, welche durch die zwei Parameter, Skalenparameter a₂ und Formparameter b₂, eindeutig definiert werden kann.
Die Steuereinrichtung 15 ist dazu eingerichtet, eine Stufe 10, 10' beispielsweise anhand einer Abweichung der ermittelten statistischen Verteilungsfunktion 18 von einer für die Einbauhöhe H1 des Ultraschallsensors 2 bei einer Bodenreflexion vorbestimmten statistischen Verteilungsfunktion 19 zu erkennen. Beispielsweise kann eine Stufe 10, 10' auch anhand einer Abweichung der ermittelten Parameter a₁ und b₁, welche die statistische Verteilungsfunktion 18 definieren, von den vorbestimmten Parametern a₂ und b₂, welche die vorbestimmte statistische Verteilungsfunktion 19 definieren, erkannt werden.
Es kann auch vorgesehen sein, vorbestimmte charakteristische Parametersätze Q für verschiedene Bodenbeläge 25, 26 bereitzustellen. In diesem Fall kann der Bodenbelag 25 der Bodenfläche 6, an der das empfangene Ultraschallsignal 7 reflektiert wurde anhand des empfangenen Ultraschallsignals 7 ermittelt werden. Dann kann die Stufe 10 anhand einer Abweichung von dem vorbestimmten Parametersatz Q, der dem ermittelten Bodenbelag 25 entspricht, erkannt wird.
Die Steuervorrichtung 8 umfasst zudem eine Ausgabe-Einheit 22 zum Ausgeben einer durch die Steuereinrichtung 15 ermittelten Klassifizierungsinformation K, ob eine Stufe 10, 10' bei dem Boden 3 vorhanden ist oder nicht.
Die Steuervorrichtung 8 kann auch eine auf Basis maschinellen Lernens angelernte Kl-Einrichtung 20 (5) umfassen, um eine Höhe W (2) einer erkannten Stufe 10 zu ermitteln. Die KI-Einrichtung 20 ist beispielsweise als Software ausgebildet und weist bevorzugt eine Kombination von Algorithmen auf. Beispielsweise weist die KI-Einrichtung 20 eine maschinell angelernte Support Vector Machine 21 oder ein neuronales Netz auf.
Die KI-Einrichtung 20 wird beispielsweise vor Fertigstellung des Fahrzeugs 1 und/oder vor erstmaliger Inbetriebnahme des Fahrzeugs 1 angelernt. Der Lernvorgang ist insbesondere ein überwachter Lernvorgang, der mittels Lerndatensätzen erfolgt. Die Lerndatensätze umfassen als Eingangsdatensätze mithilfe eines Ultraschallsensors (ähnlich dem Ultraschallsensor 2) eines Fahrzeugs (ähnlich dem Fahrzeug 1) erfasste Messdatensätze M_L bei verschiedenen Höhen (ähnlich den Höhen H₂, H₄ in 2) zwischen dem Ultraschallsensor und einer Bodenfläche (ähnlich der Bodenfläche 5, 6, 6"). Die Lerndatensätze umfassen weiterhin als gewünschte Ausgabeinformation den Eingangsdatensätzen jeweils zugeordnet eine Höhe W_L einer Stufe (ähnlich der Höhe W der Stufe 10 in 2). Die Höhe W_L der Stufe entspricht insbesondere einer Differenz der jeweiligen Höhe zwischen dem Ultraschallsensor und der Bodenfläche und einer vorbestimmten Einbauhöhe des Ultraschallsensors (wie in ähnlicher Weise die Höhe W der Stufe 10 in 2 einer Differenz der Höhe H₂ zwischen dem Ultraschallsensor 2 und der Bodenfläche 6 und der vorbestimmten Einbauhöhe H₁ des Ultraschallsensors 2 entspricht). Die derart gebildeten Lerndatensätze werden beispielsweise basierend auf Messungen in einem Labor für ein Referenzfahrzeug erfasst.
Durch Anwenden der angelernten KI-Einrichtung 20 auf den ermittelten charakteristischen Parametersatz P - also zum Beispiel auf die Amplitudenverteilung 16, die der Amplitudenverteilung 16 entsprechende statistische Verteilung 18 oder die Parameter a₁ und b₁, welche die statistische Verteilung 18 eindeutig definieren - kann ein Höhenwert W einer erkannten Stufe 10 ermittelt werden.
Die Steuervorrichtung 8 kann ferner eine weitere Ausgabe-Einheit 23 umfassen zum Ausgeben eines durch die KI-Einrichtung 20 ermittelten Höhenwerts W einer erkannten Stufe 10.
Im Folgenden wird mit Bezug zu 8 ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung 12 für ein Fahrzeug 1 beschrieben.
In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird ein Ultraschallsignal 4 durch einen Ultraschallsensor 2 des Fahrzeugs 1 ausgesendet.
In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird ein an einer Bodenfläche 6 reflektiertes Ultraschallsignal 7 durch den Ultraschallsensor 2 empfangen.
In einem dritten Schritt S3 des Verfahrens wird mithilfe einer Steuervorrichtung 8 ein für eine Höhe H₂ zwischen dem Ultraschallsensor 2 und der Bodenfläche 6 charakteristischer Parametersatz P anhand des empfangenen Ultraschallsignals 7 ermittelt. Bei dem charakteristischen Parametersatz P handelt es sich zum Beispiel um eine Amplitudenverteilung 16 (6), eine statistische Verteilung 18, welche die Amplitudenverteilung 16 beschreibt und/oder um Parameter a₁, b₁, welche die statistische Verteilung 18 eindeutig definieren.
In einem vierten Schritt S4 des Verfahrens wird eine Stufe 10 des Bodens 3 basierend auf dem ermittelten charakteristischen Parametersatzes P mithilfe der Steuervorrichtung 8 erkannt. Die Stufe 10 wird insbesondere anhand einer Abweichung des ermittelten charakteristischen Parametersatzes P von einem für eine Einbauhöhe H₁ des Ultraschallsensors 2 bei einer Bodenreflexion vorbestimmten charakteristischen Parametersatzes Q erkannt.
In einem fünften Schritt S5 des Verfahrens wird eine Höhe W (2) einer erkannten Stufe 10 mithilfe der Steuervorrichtung 8 ermittelt. Die Höhe W der erkannten Stufe 10 wird beispielsweise mithilfe einer KI-Einrichtung 20 der Steuervorrichtung 8 ermittelt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Ultraschallsensor
3, 3': Boden
4: Ultraschallsignal
5, 5': Bodenfläche
6, 6', 6'': Bodenfläche
7, 7': reflektiertes Ultraschallsignal
8: Steuervorrichtung
9: Fahrzeugsteuergerät
10, 10': Stufe
11: Stufe
12: Ultraschallsensorvorrichtung
13, 13': Zeitabschnitt
14: Einlese-Einheit
15: Steuereinrichtung
16: Amplitudenverteilung
17: statistische Verteilungsfunktion
18: Amplitudenverteilung
19: statistische Verteilungsfunktion
20: KI-Einrichtung
21: Support Vector Machine
22: Ausgabe-Einheit
23: Ausgabe-Einheit
24: Einlese-Einheit
25: Bodenbelag
26: Bodenbelag
a1, a2: Parameter der statistischen Verteilungsfunktion
b1, b2: Parameter der statistischen Verteilungsfunktion
D1: Abstandsbereich
D2: Abstandsbereich
H1: Höhe (Einbauhöhe)
H2: Höhe
H3: Höhe
H4: Höhe
K: Klassifizierungsinformation
ML: Messdatensatz
MR: Messdatensatz
P, P': Parametersatz
Q, Q': Parametersatz
S1-S5: Verfahrensschritte
t: Zeit
t0-t6: Zeitpunkte
V: Sensorspannung
Vth: Schwellwert
W: Höhe
Z: Richtung (Höhenrichtung)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2762919 B1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung (12) für ein Fahrzeug (1), mit den Schritten: a) Aussenden (S1) eines Ultraschallsignals (4) durch einen Ultraschallsensor (2), b) Empfangen (S2) eines an einer Bodenfläche (6) reflektierten Ultraschallsignals (7) durch den Ultraschallsensor (2), c) Ermitteln (S3), mithilfe einer Steuervorrichtung (8), eines für eine Höhe (H₂) zwischen dem Ultraschallsensor (2) und der Bodenfläche (6) charakteristischen Parametersatzes (P) anhand des empfangenen Ultraschallsignals (7), und d) Erkennen (S4) einer Stufe (10) anhand einer Abweichung des ermittelten charakteristischen Parametersatzes (P) von einem für eine Einbauhöhe (H₁) des Ultraschallsensors (2) bei einer Bodenreflexion vorbestimmten charakteristischen Parametersatzes (Q) mithilfe der Steuervorrichtung (8).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das empfangene Ultraschallsignal (7) einen zeitlichen Verlauf einer Amplitude (V) einer empfangenen Signalintensität aufweist, als der für die Höhe (H₂) charakteristische Parametersatz (P) eine Amplitudenverteilung (16) des empfangenen Ultraschallsignals (7) ermittelt wird, und eine Stufe (10) anhand einer Abweichung der ermittelten Amplitudenverteilung (16) von einer für die Einbauhöhe (H₁) des Ultraschallsensors (2) bei einer Bodenreflexion vorbestimmten Amplitudenverteilung (17) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Amplitudenverteilung (16) des empfangenen Ultraschallsignals (7) eine Häufigkeit von Amplitudenwerten des empfangenen Ultraschallsignals (7) angibt.
Verfahren nach einem der der vorhergehenden Ansprüche, wobei das empfangene Ultraschallsignal (7) einen zeitlichen Verlauf einer Amplitude (V) einer empfangenen Signalintensität aufweist, und als der für die Höhe (H₂) charakteristische Parametersatz (P') eine statistische Verteilungsfunktion (18) ermittelt wird, welche eine Amplitudenverteilung (16) des empfangenen Ultraschallsignals (7) beschreibt, und/oder als der für die Höhe (H₂) charakteristische Parametersatz (P') Parameter (a₁, b₁) ermittelt werden, welche die statistische Verteilungsfunktion (18) definieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das empfangene Ultraschallsignal (7) mithilfe der Steuervorrichtung (8) in mehrere Zeitabschnitte (13, 13') unterteilt wird, welche verschiedenen Abstandsbereichen (D₁, D₂) zwischen dem Ultraschallsensor (2) und einer jeweiligen Bodenfläche (6, 6'') entsprechen, und für einen oder mehrere der Zeitabschnitte (13, 13') jeweils ein für eine Höhe (H₂, H₄) zwischen dem Ultraschallsensor (2) und einer jeweiligen Bodenfläche (6, 6'') charakteristischer Parametersatz (P) ermittelt wird, um eine oder mehrere Stufen (10, 10') in dem einen oder den mehreren Abstandsbereichen (D₁, D₂) zu erkennen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte a) und b) wiederholt ausgeführt werden, und der für die Höhe (H₂) charakteristische Parametersatz (P) anhand der mehreren empfangenen Ultraschallsignale (7) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Schritt eines Ermittelns (S5) einer Höhe (W) einer erkannten Stufe (10) mithilfe der Steuervorrichtung (8).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Höhe (W) der Stufe (10) mittels einer auf Basis maschinellen Lernens angelernten KI-Einrichtung (20) der Steuervorrichtung (8) ermittelt wird, welche dem ermittelten charakteristischen Paramateratz (P) als Eingabeinformation eine Höhe (W) der Stufe (10) zuordnet.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Höhe (W) der Stufe (10) mittels einer auf Basis maschinellen Lernens angelernten KI-Einrichtung (20) durch eine Regressionsanalyse ermittelt wird, und/oder die KI-Einrichtung (20) einen angelernten Regressionsbaum, eine angelernte Support Vector Machine (21) und/oder ein angelerntes neuronales Netz aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die KI-Einrichtung (20) durch überwachtes Lernen und basierend auf Lerndatensätzen angelernt ist, die Lerndatensätze als Eingangsdatensätze mithilfe eines Ultraschallsensors (2) eines Fahrzeugs (1) erfasste Messdatensätze (M_L) bei verschiedenen Höhen (H₂) zwischen dem Ultraschallsensor (2) und einer Bodenfläche (6) umfassen, und die Lerndatensätze als gewünschte Ausgabeinformation den Eingangsdatensätzen jeweils zugeordnet eine Höhe (W_L) einer Stufe (10) umfassen, wobei die Höhe (W_L) der Stufe (10) einer Differenz der jeweiligen Höhe (H₂) zwischen dem Ultraschallsensor (2) und der Bodenfläche (6) und einer vorbestimmten Einbauhöhe (H₁) des Ultraschallsensor (2) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Schritte aufweisend Bereitstellen von vorbestimmten charakteristischen Parametersätzen (Q) für verschiedene Bodenbeläge (25, 26), und Ermitteln des Bodenbelags (25, 26) der Bodenfläche (6, 6"), an der das empfangene Ultraschallsignal (7) reflektiert wurde, anhand des empfangenen Ultraschallsignals (7), wobei die Stufe (10, 10') anhand einer Abweichung von dem vorbestimmten Parametersatz (Q), der dem ermittelten Bodenbelag (25, 26) entspricht, erkannt wird.
Ultraschallsensorvorrichtung (12) für ein Fahrzeug (1), aufweisend: mindestens einen Ultraschallsensor (2) zum Aussenden eines Ultraschallsignals (4) und zum Empfangen eines an einer Bodenfläche (6) reflektierten Ultraschallsignals (7), und eine Steuervorrichtung (8), welche dazu eingerichtet ist, einen für eine Höhe (H₂) zwischen dem Ultraschallsensor (2) und der Bodenfläche (6) charakteristischen Parametersatz (P) anhand des empfangenen Ultraschallsignals (7) zu ermitteln, und anhand einer Abweichung des ermittelten charakteristischen Parametersatzes (P) von einem für eine vorbestimmte Einbauhöhe (H₁) des Ultraschallsensors (2) bei einer Bodenreflexion charakteristischen Parametersatzes (Q) eine Stufe (10) zu erkennen.
Ultraschallsensorvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuervorrichtung (8) eine auf Basis maschinellen Lernens angelernte KI-Einrichtung (20) aufweist, welche dem ermittelten charakteristischen Parametersatz (P) als Eingabeinformation eine Höhe (W) der Stufe (10) als Ausgabeinformation zuordnet.
Fahrzeug (1) mit einer Ultraschallsensorvorrichtung (12) nach Anspruch 12 oder 13.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei es ein Kraftfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug, ein autonom fahrendes Fahrzeug, ein autonom fahrender Roboter, ein autonom fahrendes Transportfahrzeug, ein autonom fahrendes Servicefahrzeug, ein autonom fahrendes Shuttle, ein Transportroboter, ein Paket-Liefer-Roboter, ein Bodenbearbeitungsroboter, ein Mähroboter, ein Rasenmähroboter, ein Bodenreinigungsroboter und/oder ein Staubsaugerroboter ist.