EP4540623A1 - Verfahren zum ermitteln einer eine objekthöhe beschreibenden objektinformation - Google Patents

Verfahren zum ermitteln einer eine objekthöhe beschreibenden objektinformation

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Publication number
EP4540623A1
EP4540623A1 EP23728266.0A EP23728266A EP4540623A1 EP 4540623 A1 EP4540623 A1 EP 4540623A1 EP 23728266 A EP23728266 A EP 23728266A EP 4540623 A1 EP4540623 A1 EP 4540623A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
distance
sensor
height
amplitude
determined
Prior art date
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Pending
Application number
EP23728266.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wassim Suleiman
Abhishek Kekud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Autonomous Mobility Germany GmbH
Original Assignee
Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Autonomous Mobility Germany GmbH filed Critical Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Publication of EP4540623A1 publication Critical patent/EP4540623A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/411—Identification of targets based on measurements of radar reflectivity

Definitions

  • the invention relates to a method for determining object information describing at least one object height of an object by means of a sensor device comprising at least one distance sensor, the object and the distance sensor moving relative to one another and the distance sensor emitting a signal at different distances from the object, which is transmitted to the object Object is reflected and received again as an echo by the distance sensor.
  • Distance sensors usually include a transmitting device, which sends out signals, and a receiving device, which receives signals reflected from objects in the environment as echoes.
  • the distance or in other words, the distance to the object, can be determined based on a transit time difference between the time of sending the signal and the time of receiving the echo, taking into account the speed of propagation of the signal.
  • the amplitude of the reflected signal or echo can also be determined here.
  • Such distance sensors can usually be used in motor vehicles to detect the surroundings.
  • Ultrasonic sensors for example, are particularly important and can be used in semi-automatic or automatic driving maneuvers, especially in connection with parking applications, such as parking distance measurement, parking space searches or when parking.
  • the motor vehicle is usually moved relative to the objects, with a measurement cycle being carried out at predetermined times during the movement. During each measurement cycle, a signal is sent out using a distance sensor.
  • the height of the object is also usually important. Height is an important factor in deciding whether an object or obstacle can be driven over or not. In particular, if the motor vehicle is maneuvered at least semi-autonomously based on the measurements of an ultrasonic sensor, it is desirable to determine the height of a detected object.
  • Determining height with one-dimensional (1 D) distance sensors i.e. ultrasonic sensors or radar sensors for distance determination, which are regularly used in the motor vehicle sector, is fundamentally quite difficult due to physical limitations.
  • ultrasonic sensors i.e. ultrasonic sensors or radar sensors for distance determination, which are regularly used in the motor vehicle sector
  • the height of an object cannot be measured directly.
  • a camera is additionally used and the height is estimated based on a 2D image, or a method based on several sensors is used to estimate the height based on triangulation.
  • methods based on a camera or multiple sensors do not take advantage of the advantages of a 1 D ultrasonic sensor in terms of cost and robustness.
  • Various approaches are known from the prior art for determining height using distance sensors.
  • ultrasonic signals are sent out by means of the ultrasonic sensor of the motor vehicle and the echoes of the ultrasonic signals reflected by the objects are received. Based on an amplitude of a received echo, the classification of the height of the object is determined.
  • the present invention is based on the object of specifying an improved method for determining object information describing an object height of an object, which in particular enables a more precise determination of the object height.
  • This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset in that a course of an amplitude of several of the echoes is determined over the distance, the object information being determined as a function of at least one distance-dependent amplitude change rate determined from the course of the amplitude.
  • the sensor device or the at least one distance sensor can be mounted on a vehicle, for example.
  • the distance sensor can be designed as an ultrasonic sensor or as a radar sensor.
  • a relative movement between the distance sensor and the object can occur, for example, when the vehicle moves relative to the object.
  • the object can be stationary or also move relative to the vehicle.
  • the object can be another road user, for example another vehicle, or an infrastructure object, for example a curb, a wall or a section of a building such as a garage or similar.
  • the distance sensor During the relative movement between the distance sensor and the object, for example when the distance sensor approaches the object or when the distance sensor moves away from the object, several signals are emitted one after the other by the distance sensor. Due to the relative movement, the signals are displayed in different ways Distances or at different distances between the distance sensor and the object.
  • the signals emitted by the distance sensor are reflected on the object and then received again as echoes by the distance sensor.
  • the received echoes each have an amplitude or signal strength, whereby the amplitude can differ in particular for different echoes.
  • the amplitude can depend, among other things, on the distance between the distance sensor and the object.
  • the amplitudes of the received echoes can be determined, for example, by the distance sensor and/or by a computing device of the sensor device. Furthermore, a distance to the object is determined for each of the echoes. The distance determination can be determined, for example, from a transit time of the signal, i.e. the time period between the transmission of the signal and the reception of the associated echo. From the respective amplitudes of the echo and from the distances, the computing device, for example, determines a distance-dependent course of the amplitude of the received echoes. The object information of the object is then derived from the distance-dependent amplitude change rate, which is determined from the determined course.
  • the invention is based on the knowledge that, in addition to the distance between the distance sensor and the object, the height of the object also has an influence on the amplitude, in particular on the distance dependence of the amplitude.
  • the object height describes in particular a relative height in relation to the distance sensor and/or a vertical extent of the object in relation to the distance sensor.
  • Objects with different object heights relative to the sensor reflect the signals emitted by the distance sensor depending on the distance between the distance sensor and the object in different subareas of a vertical detection range of the distance sensor.
  • This vertical detection range is determined, for example, by the elevation angle of the Signal emission determined. Since the vertical detection sub-area or the elevation angle sub-area in which the object lies and into which the signals are emitted or from which the echoes are received depends on both the object height and the distance, the received echoes from objects with different object heights have one different, distance-dependent course of the amplitude.
  • distance sensors such as ultrasonic or radar sensors generally radiate most of their power horizontally, i.e. at an elevation angle of zero, the amplitude of the echoes reflected from the object decreases.
  • the distance between the distance sensor and the object decreases, so that the proportion of power emitted into free space areas (free space loss) also decreases, which results in an increase in the amplitude of the reflected echoes. Both effects overlap and thus cause the echo amplitude to change over distance depending on the object properties.
  • the object information can be determined depending on sensor information stored, for example, in the computing device, wherein the sensor information can include a description of the radiation characteristics of the distance sensor. For objects with a comparatively complex geometry, for example vehicles, several amplitude change rates can also be determined, particularly for individual distance sub-ranges.
  • object information regarding an object height can also be obtained.
  • the environment data obtained using such sensors can advantageously contain objects supplemented by the respective object information, so that a more precise determination of the environment is possible without the need for additional sensors.
  • the inventive evaluation of the distance-dependent amplitude change rate thus increases the amount of data obtained via the distance sensor, so that the signals can be used in addition to measuring the distance to obtain further information about objects present in the vicinity of a vehicle.
  • the sensor device comprising the distance sensor can also be used in industrial processes, for example in manufacturing processes, in the movement of autonomous machines or machine parts or the like.
  • the object information contains an absolute object height in relation to a reference position, in particular to a position of the distance sensor, a vertical extent of the object and/or an assignment of the object to one of several, each different object heights and/or different vertical extents of objects comprehensive height classes.
  • the sensor height or an installation height of the distance sensor can be used as a reference position.
  • the object height can be determined as an absolute height difference between the sensor height and the object height. It is also possible to use a different reference height, for example the height of a road on which a vehicle comprising the sensor device is located.
  • the object height can be determined as an assignment of the object to one of several height classes (e.g. low objects, medium-high objects and high objects, etc.).
  • objects with different object heights and/or different vertical extents for example curbs, walls, cars, beams hanging at a vertical distance from the ground or the like, can advantageously be distinguished and classified accordingly.
  • three or more classes are provided for the object height, which correspondingly include objects with different object heights and/or different vertical dimensions.
  • an object for example a first object height based on a lower edge of an object, for example a guardrail, and a two object height based on the upper edge of the object, if both the lower edge and the upper edge are at least from one certain distance within the detection range of the distance sensor.
  • the object it is possible for the object to be classified accordingly as a guard rail, a beam, a fence or a comparable object.
  • the vertical extent of the object can be taken into account and, for example, an object arranged at a distance above the road, such as a guard rail, can be distinguished from a structure that extends continuously from the ground to an object height, such as a wall or a wall.
  • the object information is determined depending on the amount of an increase and/or a decrease in the amplitude change rate as the distance decreases becomes.
  • an increase in the rate of change in amplitude as the distance decreases is understood to mean an increasingly steep increase in the amplitude as the distance sensor approaches the object.
  • a decrease in the rate of change of amplitude is to be understood as meaning an ever-increasing decrease in the amplitude of the echoes as the distance sensor approaches the object.
  • the increase and decrease in amplitude can take place over the entire distance depending on the height of the object or the vertical extent of the object or can occur in different partial areas of the distance, i.e. within different distance intervals.
  • a relative object height of the object described by the object information in relation to a sensor height of the distance sensor increases with a decreasing amount of an increase and / or decrease in the amplitude change rate as the distance decreases.
  • the less the amplitude changes when approaching the object the further above or below the sensor the object is arranged.
  • the height difference between the object and the distance sensor becomes smaller and smaller the more the slope of the amplitude changes over the distance.
  • the object information is determined depending on a turning point distance assigned to a turning point of the amplitude change rate.
  • the turning point represents the distance at which a transition occurs between a rising rate of change in amplitude and a falling rate of change in amplitude or the rate of change in amplitude has a zero point. Accordingly, the amplitude plotted against the distance has a high point or a low point at the position or distance of the inflection point.
  • a relative object height of the object described by the object information is related to a sensor height of the object Distance sensor increases with increasing turning point distance.
  • the closer the distance at which the turning point occurs from the object the greater the relative height difference between the object height and the sensor height.
  • the relative height difference between the object and the distance sensor is always smaller, the smaller the distance assigned to the turning point is.
  • the object height and/or an object type of the object information assigned to the object depends on a variance of the amplitude change rate at least within a limited distance range and/or depending on a variance of the amplitudes of several, within a distance or one Limited distance range of received echoes is determined.
  • the variance of the amplitudes of the individual echoes represents a measurement error that arises for several echoes assigned to a distance. Due to the variance in the amplitudes of the echoes, each of which is viewed as a measuring point, a variance can also arise for the rate of change in amplitude.
  • the extent of this variance which is represented, for example, as a spread of the amplitudes for a distance or a distance range or a distance interval, can also be used as an indication of the nature of the object.
  • the object information can therefore be determined taking into account the variance of the amplitude change rate within one or more distance intervals and/or taking into account the variance of the amplitudes for one or more individual distances and/or within one or more distance intervals.
  • the object information can also describe an object type assigned to the object, the object type depending on a variance of the amplitude change rate within one or more limited distance ranges or distance intervals and / or depending on a variance of the amplitudes of several, within a distance or one or several limited distance ranges of received echoes can be determined.
  • the object type can, for example, indicate whether the object is a wall, another vehicle such as another car, a cyclist or the like.
  • Other distinguishable object types can also be curbs, crash barriers, fences or sections of buildings, for example roof or support beams of a garage, or structures such as bridges or similar.
  • the object height and/or the object type are additionally or alternatively determined as a function of the distance errors assigned to the individual echoes.
  • the distances assigned to the echoes used as measuring points can also have an error, which can be attributed, for example, to an external condition of the object, so that additional information about the object height and/or the object type can be obtained from the evaluation of the respective distance error.
  • the object information in particular the object height and/or the object type, can also be determined from a set of measurement points assigned to one or more objects depending on the echoes assigned to the object.
  • the number of echoes or measuring points received from an object also offers the possibility of drawing conclusions about the object height and/or an object type of the object, so that these can also be used to improve the determination of object height and/or object type.
  • the square of an object height is determined as object information and/or that an object type assigned to the object is determined depending on the variance of the squared object height.
  • an object type assigned to the object for example, a height value describing a squared object height and a variance of this height value can be determined from two or more individual measuring points that were recorded at different distances from the object. The object information or the object height and/or the object type can then additionally be determined depending on the height value.
  • the amplitude of the received echoes is normalized for determining the course over the distance and/or as a function of directional information assigned to the object.
  • the directional information can include the azimuth angle assigned to the respective echo, so that different radiation characteristics of the distance sensor in the azimuth direction can be taken into account.
  • the determination of the object information from the distance-dependent amplitude curve or the distance-dependent amplitude change rate can be carried out in the same way for all sub-areas of the detection area in the azimuth direction.
  • the evaluation of other properties of the echoes, in particular those that depend on the distance, such as the variance in distance and/or amplitude, can also be made easier by normalizing the distance. This can advantageously reduce the computing effort for determining the object information for several, differently arranged objects.
  • the object information is additionally determined depending on a directional variance assigned to the echoes.
  • a directional variance that occurs when multiple echoes are reflected from an object can also provide information about the object's height and/or give an object type, so that the directional variance can also be advantageously taken into account when determining the object information.
  • the object information is additionally determined depending on the occurrence of at least one further echo, the further echo having an integer multiple of this transit time, based on an echo assigned to a distance based on its transit time. Echoes that have an integer multiple of the transit time of another echo are also referred to as multiples. These can occur in particular due to multiple reflections between the distance sensor, or a device comprising the distance sensor, and the object. The occurrence and/or the number of multiple reflections occurring and thus also the occurrence of the multiples can depend on an object height of the object, so that the accuracy of the determination of the object information can advantageously be further increased by taking them into account.
  • the object information is determined from the amplitude change rate as a function of an assignment rule, with an assignment rule determined by machine classification being used.
  • the assignment rule can, for example, be stored in the computing device.
  • a decision tree, a neural network, a naive Bayes classifier, a support vector machine (SVM) or similar can be used as a classifier.
  • an actuator and/or a display device that can be viewed by a user of a device comprising the sensor device can be controlled depending on the height information.
  • the device can, for example, be designed as a vehicle, wherein at least one transverse guidance actuator and/or one longitudinal guidance actuator can be controlled depending on the height information.
  • the control of the at least one actuator can, for example, as part of a partially automated or automated driving maneuvers.
  • the height information can also be displayed to a user of the vehicle on a display device, for example a display, in particular as part of an environment map that at least partially represents the surroundings of the motor vehicle.
  • a computer program product comprises commands which, when the program is executed by a computing device of a sensor device comprising at least one distance sensor, cause the computing device to carry out a method according to one of the preceding claims.
  • a computing device used to carry out the method can in particular be connected to the distance sensor in a communicative manner, with the distance sensor transmitting measured value information describing the echoes, in particular the respective amplitude and the distance assigned to the respective echo, to the computing device.
  • the method according to the invention can be implemented as a computer-implemented method.
  • the computing device can be a computer, for example.
  • the computing device can be designed, for example, as a microcontroller or as a control device.
  • the computing device can only be designed to carry out the method according to the invention or it can be a computing device which can also carry out other methods and/or functions, for example a central computing unit of a vehicle or another device.
  • the computing device can be arranged with the distance sensor in a common device, for example a vehicle. It is also possible for the computing device to be arranged spatially separate from the sensor device, whereby the computing device can be designed as a server, for example.
  • the computer program product can be stored on a computer-readable data carrier, for example a CD, a USB stick or similar be transferable via a communication connection, for example as a download from the Internet
  • a sensor device For a sensor device according to the invention it is provided that it comprises at least one distance sensor and a computing device, the computing device being set up to form a method according to the invention.
  • a vehicle according to the invention it is intended for a vehicle according to the invention to comprise a sensor device according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a vehicle according to the invention, comprising a sensor device according to the invention
  • FIG. 2 shows a first diagram in which distance-dependent amplitude curves calculated for several objects with different object heights are shown
  • 3 - 6 further diagrams, each of which shows measured values of an ultrasonic sensor recorded for a different object.
  • the vehicle 1 is designed, for example, as a passenger car or as another type of land vehicle.
  • the vehicle 1 includes a sensor device 2, which communicates with at least one distance sensor 3 and one connected computing device 4 includes.
  • the sensor device 2 can in particular have several distance sensors 3, with only one distance sensor 3 being shown here for the sake of clarity.
  • the distance sensor 3 can be designed, for example, as an ultrasonic sensor or as a radar sensor.
  • the computing device 4 can be, for example, a control device or a central computing unit of the vehicle 1. It is also possible for the computing device 4 to be integrated into the distance sensor 3 or to form a common structural unit with the distance sensor 3. Alternatively, the computing device 4 can be a vehicle-external computing device 4, for example a server, which is arranged outside the vehicle 1 and communicates with the distance sensor 3 via a communication connection, for example the Internet. In addition to a method for determining object information, the computing device 4 can also carry out other methods and/or functions.
  • the distance sensor 3 is designed to send out signals 5 and to receive signals 5 reflected on an object 6 as echoes 7.
  • the object 6 can be, for example, a beam or a beam-like section of a building, which is arranged at a vertical distance from a road surface 12.
  • the object 6 has an object height or a vertical extent, which in the present case is characterized by the width of the object in the height direction z and by the height of the lower edge and the upper edge of the object in the z direction above the road surface 12.
  • the vehicle 1 moves towards the object 6 in the scene shown in FIG.
  • the object 6 is shown in a first position 8.
  • the object 6 is also shown in dashed lines in a second position 9, the object 6 being in the first position 8 at a greater distance r from the vehicle 1 than in the second position 9.
  • a detection area 10 of the distance sensor 3 is shown schematically, which in the present case extends in the vertical direction z over an elevation angle range. It can be seen that the part of the elevation angle range in which the object 8 is located changes with the distance or the distance between the object 6 and the vehicle 1.
  • a further object 11 in the present case arranged below the distance sensor 3, which also covers different sub-areas of the detection area 10 in the first position 8 and in the second position 9.
  • the further object 11 can be, for example, a curb, the object height or vertical extent of which is determined by the distance of its upper edge from the road surface 12.
  • the amplitude of the echoes 7 reflected by one of the objects 6, 11 also changes depending on the distance r between the object 6, 11 and the vehicle 1. Since the majority of the power in an ultrasonic or radar sensor is generally emitted in a horizontal direction, the amplitude of the echo 7 usually decreases due to the changed coverage of the elevation angle range as the vehicle 1 approaches. At the same time, however, due to the decreasing distance to the object, the proportion of power emitted into free areas of space also decreases, which results in an increase in the amplitude of the reflected echoes 7.
  • J can be assumed to be proportional to a sine function or Si function (sin(i
  • Si function sin(i
  • the distance-dependent amplitude curve is shown for five different objects 6, 11, each of which has a different relative object height in relation to the distance sensor 3.
  • the amplitude curve shown with a solid line corresponds to an object height of 0, i.e. the object on which the echoes 7 received by the distance sensor were reflected has the same height as the distance sensor.
  • the amplitude curve shown with a dashed line corresponds to an object height of 0.1 m, so the object on which the echoes 7 were reflected is located 10 cm above or below the distance sensor 3.
  • the amplitude curve shown by circles corresponds to an object height of 0.5 m, the amplitude curve of an object height of 1 m shown by crosses and the amplitude curve of an object height of 1.5 m shown by squares. To simulate the amplitude curves shown, a single point at the respective object height was considered as an object.
  • the amplitude curves have an amplitude change rate that depends on the object height, i.e. a slope that depends on the object height.
  • the change in the rate of change of amplitude over distance, i.e. the change in slope, is also different for the different object heights.
  • the amplitude curves shown can be determined by the computing device 4 during a movement of the vehicle 1 relative to the object 6, 11.
  • the computing device 4 is designed to carry out a method for determining object information describing at least one object height of the objects 6, 11, the distance sensor 3 emitting a signal 5 during this movement at different distances from the object 6, 11, which is transmitted to the object 6 , 11 reflected and as an echo 7 of that Distance sensor 3 is received again.
  • the distance sensor 3 can determine the amplitude of the echo 7 and transmits this to the computing device 4.
  • the distance sensor 3 or the computing device 4 can, for example, determine a distance from a transit time of the signal 5 or the echo 7.
  • the computing device 4 determines a distance-dependent amplitude curve from the amplitudes of several echoes 7 and the associated distances. Furthermore, the computing device is set up to determine object information describing at least one object height of the object 6, 11 depending on a distance-dependent amplitude change rate determined from the course of the amplitude.
  • the computing device 4 can, as part of the object information, contain an absolute object height in relation to a reference position, a vertical extent of the object 6, 11 and/or an assignment of the object 6, 11 to one of several, each different object heights and/or different vertical extents Determine height classes comprising objects.
  • the sensor height above the road 12 or an installation height of the distance sensor 3 in the vehicle 1 can be used as a reference position.
  • the object height can be determined as an absolute height difference between the sensor height and the object height, as was done for the different objects in FIG. 2, for example.
  • the object height can be determined as an assignment of the object 6, 11 to one of several height classes (eg low objects, medium-high objects and high objects, etc.).
  • the object 6 designed as a bar could, for example, be viewed as a high object, whereas the object 11 designed as a curb can be classified as a low object.
  • a vertical extent, ie the height of a lower edge and the height of an upper edge of the object 6, 11, can also be determined as object information become.
  • the objects 6, 11 can also be classified depending on the vertical extent of the objects 6, 11.
  • different types of objects 6, 11 with different object heights and/or different vertical dimensions for example curbs, walls, cars, guardrails, beams or the like hanging at a vertical distance from the ground, can be distinguished and classified accordingly.
  • at least three different classes are provided for the object height, which are used accordingly for the classification of objects 6, 11 with different object heights and/or different vertical dimensions.
  • the object information can be determined by the computing device 4 depending on the amount of an increase and/or a decrease in the rate of amplitude change as the distance decreases.
  • the increase in the amplitude change rate, at least up to a turning point in the amplitude change rate, and/or the decrease in the amplitude change rate from this point are dependent on the object height of the object 6, 11 and thus allow the object information to be determined from a measured or recorded amplitude curve.
  • a relative object height of the object 6, 11 described by the object information in relation to the sensor height of the distance sensor 3 increases with a decreasing amount of increase and/or decrease in the amplitude change rate as the distance decreases, that is to say with a flatter course of the distance-dependent amplitude change rate.
  • the computing device 4 can determine the object information depending on a turning point distance rw assigned to a turning point 13 of the amplitude change rate.
  • the turning point 13 and the associated turning point distance rw.i or rw,2 are shown for two of the amplitude curves.
  • a relative object height of the object 6, 11 described by the object information in relation to a sensor height of the distance sensor obviously increases as the turning point distance increases, so that the determination of the object height can advantageously be carried out depending on the turning point distance.
  • FIGS. 3 - 6 show amplitude curves recorded for different objects with different object heights using a distance sensor 3 designed as an ultrasonic sensor.
  • FIG. 3 shows the distance-dependent amplitude curve of the echoes 7, which are reflected on a hanging beam with a relative object height of 2 m in relation to the distance sensor. Furthermore, two linear fits 14, 15 of the echoes 7 each representing individual measuring points are shown. The linear fits 14, 15 were determined for two adjacent distance sub-ranges. The slope of the linear fits 14, 15 or the straight line corresponds to the rate of amplitude change in the different distance sub-ranges within which the measured values were approximated using one of the linear fits 14, 15. Also shown is the turning point 13 with the assigned turning point position rw.
  • Fig. 4 shows the distance-dependent amplitude curve of the echoes 7, which were reflected on a curb with a relative object height in relation to the distance sensor of 0.4 m. Furthermore, here too there is a turning point 13 of the amplitude change rate with the associated turning point position rw and two Linear fits 16, 17 are shown, each of which was determined for a partial range of distances from the individual echoes 7.
  • FIG. 5 shows the distance-dependent amplitude curve of the echoes 7 for a wall that extends vertically over the entire detection range in the distance interval under consideration.
  • a turning point 13 of the amplitude change rate with the associated turning point position rw as well as two linear fits 18, 19 are shown here, each of which was determined for a partial distance range from the individual echoes 7.
  • Fig. 6 shows the distance-dependent amplitude curve of the echoes 7, which were reflected on a third-party vehicle (car).
  • the third-party vehicle extends vertically over the entire detection range of the distance sensor 3 in the distance interval under consideration. Furthermore, there is a turning point 13 of the amplitude change rate with the associated turning point position rw and four linear fits 20 - 23 are shown, each of which was determined for a partial distance range from the individual echoes 7.
  • the external vehicle has a more complex geometry than the other objects previously recorded in FIGS. can be determined.
  • the computing device 4 can evaluate further properties of the amplitude curves or the echoes 7 used as measuring points.
  • the computing device 4 can, for example, determine the object height and/or an object type of the object information assigned to the object 6, 11 depending on a variance of the amplitude change rate at least within a limited distance range and/or depending on a variance of the amplitudes of several, within a distance or a limited distance range Determine received echoes 7.
  • the extent of the variance of the amplitudes which occurs, for example, as a scattering of the amplitudes for a distance or a distance range or a distance interval in FIGS. 3 - 6, can also be used as an indication of the nature of the object 6, 11.
  • the variance of the amplitudes for a given distance or for several distances within a distance interval means that, for example, the possible linear fits can also have a variance, this variance correspondingly representing a variance of the rate of amplitude change.
  • the object information can therefore be determined by the computing device 4 taking into account the variance of the amplitude change rate within one or more distance intervals and/or taking into account the variance of the amplitudes for one or more individual distances and/or within one or more distance intervals.
  • a variance in the amplitudes of several echoes 7 and/or a variance in the rate of amplitude change can be taken into account for different distance intervals.
  • the object type can indicate, for example, whether the object 6, 11 is a wall, another vehicle such as another car Cyclists or something similar.
  • Other distinguishable object types can also be curbs, crash barriers, fences or sections of buildings, for example roof or support beams of a garage, or structures such as bridges or similar.
  • the object information can specify an object class assigned to a different object height for each of the objects.
  • Object information through the computing device 4 can include that Object height and/or the object type are determined as a function of the distance errors associated with the individual echoes 7 and/or that the object information, in particular the object height and/or the object type, is also determined as a function of the echoes 7 associated with the object 6, 11 from a set of one or several objects 6, 11 assigned echoes 7 or measuring points is determined.
  • the amplitudes of the received echoes 7 can be normalized for determining the amplitude curve depending on directional information assigned to the object 6, 11.
  • the directional information can include the azimuth angle assigned to the respective echo 7, so that a different radiation characteristic of the distance sensor 3 in the azimuth direction, i.e. with respect to a plane parallel to the road surface 12, can be taken into account.
  • the amplitudes of the echoes 7 can also be normalized over the distance, so that properties of the echoes 7, for example the variance in the distance and / or the direction, which can vary with the distance, for objects 6, 11 in different Distances can be evaluated analogously to each other.
  • the object information is determined by the computing device 4 depending on a directional variance in the azimuth direction assigned to the echoes 7 and / or depending on the occurrence of at least one further echo 7, the further echo 7 being based on a due to its transit time Echo 7 assigned to a distance has an integer multiple of this transit time.
  • the computing device 4 can use an assignment rule to determine the object information from the amplitude change rate, which is stored, for example, in a storage device of the computing device.
  • an assignment rule determined by machine classification can be used, with the classifier being, for example, a decision tree, a neural network, a naive one Bayes classifier, a support vector machine (SVM) or similar can be used.
  • SVM support vector machine
  • the computing device 4 can in particular be set up to control at least one actuator (not shown) of the vehicle 1 depending on the height information.
  • the at least one actuator can be, for example, a transverse guidance actuator and/or a longitudinal guidance actuator.
  • the at least one actuator can be activated, for example, as part of a partially automated or automated driving maneuver, such as parking or exiting a parking space.
  • the height information can also be displayed to a user of the vehicle 1 on a display device (not shown), for example a display, in particular as part of an environment map that at least partially represents the environment of the vehicle 1.

Landscapes

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln einer wenigstens eine Objekthöhe eines Objekts (6, 11) beschreibenden Objektinformation mittels einer wenigstens einen Abstandssensor (3) umfassenden Sensoreinrichtung (2), wobei sich das Objekt (6, 11) und der Abstandssensor (3) relativ zueinander bewegen und der Abstandssensor (3) in unterschiedlichen Entfernungen zu dem Objekt (6, 11) jeweils ein Signal (5) aussendet, welches an dem Objekt (6, 11) reflektiert und als ein Echo (7) von dem Abstandssensor (3) wieder empfangen wird, ein Verlauf einer Amplitude von mehreren der Echos (7) über der Entfernung ermittelt wird, wobei die Objektinformation in Abhängigkeit wenigstens einer aus dem Verlauf der Amplitude ermittelten, entfernungsabhängigen Amplitudenänderungsrate ermittelt wird.

Description

Titel
Verfahren zum Ermitteln einer eine Objekthöhe beschreibenden Objektinformation
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer wenigstens eine Objekthöhe eines Objekts beschreibenden Objektinformation mittels einer wenigstens einen Abstandssensor umfassenden Sensoreinrichtung, wobei sich das Objekt und der Abstandssensor relativ zueinander bewegen und der Abstandssensor in unterschiedlichen Entfernungen zu dem Objekt jeweils ein Signal aussendet, welches an dem Objekt reflektiert und als ein Echo von dem Abstandssensor wieder empfangen wird.
Abstandssensoren umfassen für üblicherweise eine Sendeeinrichtung, welche Signale aussendet sowie eine Empfangseinrichtung, welche an Objekten in der Umgebung reflektierte Signale als Echos empfängt. Dabei kann anhand einer Laufzeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Sendens des Signals und dem Zeitpunkt des Empfangs des Echos unter Berücksichtigung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals der Abstand, oder anders ausgedrückt, die Entfernung zum Objekt bestimmt werden. Hierbei kann auch die Amplitude des reflektierten Signals bzw. des Echos ermittelt werden.
Üblicherweise können derartige Abstandssensoren in Kraftfahrzeugen zur Umfelderfassung eingesetzt werden. Besondere Bedeutung spielen dabei zum Beispiel Ultraschallsensoren, welche insbesondere bei semi-automatischen oder automatischen Fahrmanövern, vor allem im Zusammenhang mit Parkanwendungen, etwa der Parkdistanzmessung, Parklückensuche oder beim Parken, eingesetzt werden können. Dabei wird das Kraftfahrzeug üblicherweise relativ zu den Objekten bewegt, wobei während des Bewegens zu vorbestimmten Zeitpunkten jeweils ein Messzyklus durchgeführt wird. Bei jedem Messzyklus wird dabei mit einem Abstandssensor ein Signal ausgesendet.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren und entsprechende Assistenzsysteme bekannt, welche dem Fahrer mithilfe von Ultraschallsensoren unterschiedliche Informationen über die Umgebung des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellen und ihn beim Manövrieren des Kraftfahrzeugs und insbesondere beim Lokalisieren einer Parklücke und beim Einparken des Kraftfahrzeugs in die Parklücke unterstützen. Es existieren beispielsweise Assistenzsysteme, die mit einer Parklückenlokalisierung ausgestattet sind und dem Fahrer anzeigen, ob in der unmittelbaren Umgebung des Kraftfahrzeugs eine Parklücke vorhanden ist bzw. ob eine vorhandene Parklücke groß genug ist, um das Kraftfahrzeug darin parken zu können. Derartige Assistenzsystem benötigen zur sicheren Lokalisierung und Abmessung einer Parklücke Informationen über sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs befindliche Objekte, die beispielsweise durch parkende Fahrzeuge, Bordseine, Wände und Mauern gebildet sein können.
Neben der Entfernung des Kraftfahrzeugs zu einem Objekt ist üblicherweise auch die Höhe des Objekts von Bedeutung. Die Höhe ist ein wichtiger Faktor, um entscheiden zu können, ob ein Objekt beziehungsweise ein Hindernis überfahren werden kann oder nicht. Insbesondere wenn das Kraftfahrzeug auf Grundlage der Messungen eines Ultraschallsensors zumindest semi-autonom manövriert wird, ist es wünschenswert, die Höhe eines erfassten Objekts zu bestimmen.
Die Höhenbestimmung mit im Kraftfahrzeugbereich regelmäßig verwendeten eindimensionalen (1 D) Abstandsensoren, also Ultraschallsensoren oder auch Radarsensoren zur Entfernungsbestimmung, ist aufgrund physikalischer Einschränkungen grundsätzlich recht schwierig. Mithilfe eines solchen Ultraschallsensors kann die Höhe eines Objekts nicht direkt gemessen werden. Zur Höhenbestimmung wird daher beispielsweise zusätzlich eine Kamera verwendet und die Höhe basierend auf einem 2D-B ild geschätzt oder es wird eine auf mehreren Sensoren basierende Methode zur Abschätzung der Höhe auf Grundlage von Triangulation verwendet. Auf einer Kamera bzw. mehreren Sensoren basierende Verfahren nutzen dabei allerdings nicht die Vorteile eines 1 D-Ultraschallsensors hinsichtlich Kosten und Robustheit aus. Zur Höhenbestimmung mittels Abstandssensoren sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt.
In DE 10 2004 047 479 A1 wird ein Verfahren zur Klassifizierung einer Höhe eines
Objekts mittels eines Ultraschallsensors beschrieben. Dabei werden bei einer Vorbeifahrt eines Kraftfahrzeugs an dem seitlich von dem Kraftfahrzeug befindlichen Objekt mittels des Ultraschallsensors des Kraftfahrzeugs Ultraschallsignale ausgesendet und die Echos der von den Objekten reflektierten Ultraschallsignale empfangen. Basierend auf einer Amplitude eines empfangenen Echos wird die Klassifizierung der Höhe des Objekts bestimmt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung einer eine Objekthöhe eines Objekts beschreibenden Objektinformation anzugeben, welches insbesondere eine genauere Ermittlung der Objekthöhe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verlauf einer Amplitude von mehreren der Echos über der Entfernung ermittelt wird, wobei die Objektinformation in Abhängigkeit wenigstens einer aus dem Verlauf der Amplitude ermittelten, entfernungsabhängigen Amplitudenänderungsrate ermittelt wird.
Die Sensoreinrichtung bzw. der wenigstens eine Abstandssensor können zum Beispiel an einem Fahrzeug montiert sein. Der Abstandssensor kann dabei erfindungsgemäß als ein Ultraschallsensor oder als ein Radarsensor ausgeführt sein. Eine Relativbewegung zwischen dem Abstandssensor und dem Objekt kann beispielsweise auftreten, wenn sich das Fahrzeug relativ zu dem Objekt bewegt. Das Objekt kann dabei stationär sein oder sich ebenfalls relativ zu dem Fahrzeug bewegen. Bei dem Objekt kann es sich um einen anderen Verkehrsteilnehmer, beispielsweise ein anderes Fahrzeug, oder ein Infrastrukturobjekt, zum Beispiel einen Bordstein, eine Wand oder ein Abschnitt eines Gebäudes wie einer Garage oder Ähnliches, handeln.
Während der Relativbewegung zwischen dem Abstandssensor und dem Objekt, beispielsweise bei einer Annäherung des Abstandssensors an das Objekt oder bei einer Bewegung des Abstandssensors weg von dem Objekt, werden nacheinander folgend mehrere Signale von dem Abstandssensor ausgesendet. Aufgrund der Relativbewegung werden die Signale dabei jeweils in unterschiedlichen Entfernungen bzw. bei unterschiedlichen Abständen zwischen dem Abstandsensor und dem Objekt ausgesendet.
Die von dem Abstandssensor ausgesendeten Signale werden an dem Objekt reflektiert und anschließend von dem Abstandssensor wieder als Echos empfangen. Die empfangenen Echos weisen jeweils eine Amplitude bzw. Signalstärke auf, wobei sich die Amplitude insbesondere für unterschiedliche Echos unterschieden kann. Die Amplitude kann dabei unter anderem von der Entfernung zwischen dem Abstandssensor und dem Objekt abhängen.
Die Amplituden der empfangenen Echos können zum Beispiel von dem Abstandssensor und/oder von einer Recheneinrichtung der Sensoreinrichtung ermittelt werden. Ferner wird für jedes der Echos eine Entfernung zu dem Objekt ermittelt. Die Entfernungsermittlung kann dabei beispielsweise aus einer Laufzeit des Signals, also der Zeitdauer zwischen dem Aussenden des Signals und dem Empfang des zugehörigen Echos, bestimmt werden. Aus dem jeweiligen Amplituden des Echos sowie aus den Entfernungen ermittelt beispielsweise die Recheneinrichtung einen entfernungsabhängigen Verlauf der Amplitude der empfangenen Echos. Anschließend wird aus der entfernungsabhängigen Amplitudenänderungsrate, welche aus dem ermittelten Verlauf bestimmt wird, die Objektinformation des Objekts abgeleitet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass neben der Entfernung zwischen dem Abstandssensor und dem Objekt auch die Objekthöhe des Objekts einen Einfluss auf die Amplitude, insbesondere auf die Entfernungsabhängigkeit der Amplitude, hat. Die Objekthöhe beschreibt dabei insbesondere eine relative Höhe in Bezug zu dem Abstandssensor und/oder eine vertikale Ausdehnung des Objekts in Bezug zu dem Abstandssensor.
Objekte mit unterschiedlicher Objekthöhe relativ zu dem Sensor reflektieren die von dem Abstandssensor ausgesendeten Signale abhängig von der Entfernung zwischen dem Abstandssensor und dem Objekt in unterschiedlichen Teilbereichen eines vertikalen Erfassungsbereich des Abstandssensors. Dieser vertikale Erfassungsbereich wird zum Beispiel durch den Elevationswinkel der Signalaussendung bestimmt. Da der vertikale Erfassungsteilbereich bzw. der Elevationswinkelteilbereich, in dem das Objekt liegt und in den die Signale ausgesendet bzw. aus dem die Echos empfangen werden, sowohl von der Objekthöhe als auch von der Entfernung abhängt, weisen die empfangenen Echos von Objekten mit unterschiedlicher Objekthöhe einen unterschiedlichen, entfernungsabhängigen Verlauf der Amplitude auf.
Je näher ein beispielsweise oberhalb des Abstandssensors angeordnetes Objekt dem Abstandssensor kommt, desto kleiner ist der von dem Objekt abgedeckte Teil des Elevationswinkelbereichs und desto weiter verschiebt sich das Objekt an den oberen Rand des Elevationswinkelbereichs. Da Abstandssensoren wie Ultraschalloder Radarsensoren den größten Teil ihrer Leistung in der Regel horizontal, d.h. bei einem Elevationswinkel von null, abstrahlen, nimmt die Amplitude der am Objekt reflektierten Echos ab. Gleichzeitig nimmt jedoch die Entfernung zwischen dem Abstandssensor und dem Objekt ab, sodass auch der Anteil an in freie Raumbereiche ausgestrahlter Leistung (engl. free space loss) abnimmt, was einen Anstieg der Amplitude der reflektierten Echos zur Folge hat. Beide Effekte überlagern sich und bewirken somit einen sich über die Entfernung in Abhängigkeit von den Objekteigenschaften ändernden Verlauf der Echoamplitude.
Die Objektinformation kann dabei in Abhängigkeit einer, beispielsweise in der Recheneinrichtung hinterlegten, Sensorinformation ermittelt werden, wobei die Sensorinformation eine Beschreibung der Abstrahlcharakteristik des Abstandssensors umfassen kann. Bei Objekten mit einer vergleichsweise komplexen Geometrie, beispielsweise bei Fahrzeugen, können insbesondere für einzelne Entfernungsteilbereiche auch mehrere Amplitudenänderungsraten ermittelt werden.
Vorteilhaft kann durch das Betrachten des Ausmaßes der entfernungsabhängigen Amplitudenänderung, also durch das Betrachten der entfernungsabhängigen Amplitudenänderungsrate, auf die Objekthöhe und/oder auf eine vertikale Ausdehnung des Objekts geschlossen werden. Auf diese Weise können mehrere Klassen von Objekten, welche sich jeweils hinsichtlich ihrer Höhe und/oder ihrer vertikalen Ausdehnung unterscheiden, differenziert werden. Es wird also vorteilhaft eine mehrstufige Höhenklassifizierung ermöglicht. Je nach Signalqualität der empfangenen Echos ist auch eine genaue Bestimmung der Objekthöhe möglich, so dass für jedes Objekt eine Aussage über die jeweilige Objekthöhe getroffen werden kann. Vorteilhaft können dabei über den Abstandsensor und/oder über einen weiteren Sensor der Sensoreinrichtung ermittelte Objekte im Umfeld des Fahrzeugs hinsichtlich ihrer Objekthöhe ausgewertet werden.
Vorteilhaft kann somit bei der Verwendung von Abstandssensoren, welche ein an einem Objekt zu reflektierendes Signal aussenden, auch eine Objektinformation bezüglich einer Objekthöhe gewonnen werden. Dies erweitert die Funktion eines derartigen Abstandssensors, welcher beispielsweise als Ultraschallsensor oder als Radarsensor ausgebildet ist, über eine reine, beispielsweise laufzeitbasierte, Abstandserfassung bzw. Entfernungsermittlung hinaus. Die mithilfe derartiger Sensoren gewonnenen Umfelddaten können vorteilhaft um die jeweilige Objektinformation ergänzte Objekte enthalten, sodass ohne einen Bedarf an zusätzlichen Sensoren eine genauere Umfeldbestimmung ermöglicht wird.
Durch die erfindungsgemäße Auswertung der entfernungsabhängigen Amplitudenänderungsrate wird somit die über den Abstandssensor gewonnene Datenmenge vergrößert, sodass die Signale neben der Messung der Entfernung auch zum Erhalt von weiteren Informationen über im Umfeld eines Fahrzeugs vorhandene Objekte eingesetzt werden können. Neben der Verwendung in einem Fahrzeug sind auch weitere Anwendungen denkbar. Beispielsweise kann die den Abstandssensor umfassende Sensoreinrichtung auch in industriellen Prozessen, beispielsweise in Fertigungsprozessen, bei der Bewegung von autonomen Maschinen oder Maschinenteilen oder Ähnlichem eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Objektinformation eine absolute Objekthöhe in Bezug zu einer Referenzposition, insbesondere zu einer Position des Abstandssensors, eine vertikale Ausdehnung des Objekts und/oder eine Zuordnung des Objekts zu einer von mehreren, jeweils unterschiedliche Objekthöhen und/oder unterschiedliche vertikale Ausdehnungen von Objekten umfassenden Höhenklassen erfolgt. Als Referenzposition kann zum Beispiel die Sensorhöhe bzw. eine Einbauhöhe des Abstandsensors, verwendet werden. Dabei kann die Ermittlung der Objekthöhe als absolute Höhendifferenz zwischen der Sensorhöhe und der Objekthöhe erfolgen. Auch die Verwendung einer anderen Referenzhöhe, beispielsweise der Höhe einer Fahrbahn, auf der sich ein die Sensoreinrichtung umfassendes Fahrzeug befindet, ist möglich.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Objekthöhe als Zuordnung des Objekts zu einer von mehreren Höhenklasse (z.B. niedrige Objekte, mittlelhohe Objekte und hohe Objekte etc.) ermittelt werden. Auf diese Weise können vorteilhaft Objekte mit unterschiedlicher Objekthöhe und/oder unterschiedlicher vertikaler Ausdehnung, beispielsweise Bordsteine, Wände, Autos, in einem vertikalen Abstand vom Boden hängende Balken oder Ähnliches, unterschieden und entsprechend klassifiziert werden. Insbesondere sind dabei für die Objekthöhe drei oder mehr Klassen vorgesehen, welche entsprechend Objekte mit unterschiedlicher Objekthöhe und/oder unterschiedlicher vertikaler Ausdehnung umfassen, vorgesehen.
Es ist möglich, dass für ein Objekt mehrere Objekthöhen, beispielsweise eine auf einer Unterkante eines Objekts, beispielsweise einer Leitplanke bezogene, erste Objekthöhe und eine auf die Objektoberkante bezogene, zweie Objekthöhe ermittelt werden, wenn sich sowohl die Unterkante als auch die Oberkante zumindest ab einer gewissen Entfernung innerhalb des Erfassungsbereichs des Abstandssensors befinden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass das Objekt entsprechend als eine Leitplanke, als ein Balken, ein Zaun oder einer vergleichbares Objekt klassifiziert wird. Auf diese Weise kann die vertikale Ausdehnung des Objekts berücksichtigt werden und zum Beispiel ein in einem Abstand über der Fahrbahn angeordnetes Objekt wie eine Leitplanke von einer sich vom Boden aus durchgehend zu einer Objekthöhe erstreckenden Struktur, wie einer Mauer oder einer Wand, unterschieden werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Objektinformation in Abhängigkeit des Betrages einer Zunahme und/oder einer Abnahme der Amplitudenänderungsrate bei abnehmender Entfernung ermittelt wird. Unter einer Zunahme der Amplitudenänderungsrate bei abnehmender Entfernung ist in diesem Zusammenhang ein immer steiler werdender Anstieg der Amplitude bei Annäherung des Abstandssensors an das Objekt zu verstehen. Entsprechend ist unter einer Abnahme der Amplitudenänderungsrate ein immer stärkeres Abnehmen der Amplitude der Echos bei Annäherung des Abstandssensors an das Objekt zu verstehen. Die Zunahme und die Abnahme der Amplitude können dabei abhängig von der Objekthöhe des Objekts bzw. der vertikalen Ausdehnung des Objekts über die gesamte Entfernung erfolgen oder jeweils in unterschiedlichen Teilbereichen der Entfernung, also innerhalb von jeweils unterschiedlichen Entfernungsintervallen, auftreten.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine von der Objektinformation beschriebene relative Objekthöhe des Objekts in Bezug zu einer Sensorhöhe des Abstandssensors mit abnehmendem Betrag einer Zunahme und/oder Abnahme der Amplitudenänderungsrate bei abnehmender Entfernung zunimmt. In anderen Worten, je wenigster stark sich die Amplitude bei Annährung an das Objekt ändert, desto weiter oberhalb oder unterhalb des Sensors ist das Objekt angeordnet. Umgekehrt ergibt sich ein immer geringerer Höhenunterschied zwischen dem Objekt und dem Abstandssensor je stärker sich die Steigung der Amplitude über die Entfernung ändert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Objektinformation in Abhängigkeit einer einem Wendepunkt der Amplitudenänderungsrate zugeordneten Wendepunktentfernung ermittelt wird. Der Wendepunkt stellt dabei die Entfernung dar, an der ein Übergang zwischen einer ansteigenden Amplitudenänderungsrate und einer abfallenden Amplitudenänderungsrate auftritt bzw. die Amplitudenänderungsrate eine Nullstelle aufweist. Entsprechend hat die über die Entfernung aufgetragene Amplitude einen Hochpunkt oder einen Tiefpunkt an der Position bzw. der Entfernung des Wendepunkts.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine von der Objektinformation beschriebene relative Objekthöhe des Objekts in Bezug zu einer Sensorhöhe des Abstandssensors mit steigender Wendepunktentfernung zunimmt. In anderen Worten, je weiter die Entfernung, an der der Wendepunkt auftritt, von dem Objekt entfernt liegt, desto größer ist der relative Höhenunterschied zwischen der Objekthöhe und der Sensorhöhe. Umgekehrt ist der relative Höhenunterschied zwischen dem Objekt und dem Abstandssensor immer geringer, je geringer die dem Wendepunkt zugeordnete Entfernung ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Objekthöhe und/oder ein dem Objekt zugeordneter Objekttyp der Objektinformation in Abhängigkeit einer Varianz der Amplitudenänderungsrate zumindest innerhalb eines beschränkten Entfernungsbereichs und/oder in Abhängigkeit einer Varianz der Amplituden mehrerer, innerhalb einer Entfernung oder eines beschränkten Entfernungsbereichs empfangener Echos ermittelt wird.
Die Varianz der Amplituden der einzelnen Echos stellt dabei einen Messfehler dar, welcher sich für mehrere, einer Entfernung zugeordnete Echos ergibt. Aufgrund der Varianz in den Amplituden der insbesondere jeweils als ein Messpunkt aufgefassten Echos kann sich auch für die Amplitudenänderungsrate eine Varianz ergeben. Das Ausmaß dieser Varianz, welche sich beispielsweise als Streuung der Amplituden für eine Entfernung oder einen Entfernungsbereich bzw. ein Entfernungsintervall darstellt, kann ebenfalls als ein Hinweis auf die Beschaffenheit des Objekts herangezogen werden. Die Objektinformation kann daher unter Berücksichtigung der Varianz der Amplitudenänderungsrate innerhalb eines oder mehrerer Entfernungsintervalle und/oder unter Berücksichtigung der Varianz der Amplituden für eine oder mehrere einzelne Entfernungen und/oder innerhalb eines oder mehrerer Entfernungsintervalle ermittelt werden.
Es ist insbesondere möglich, dass für unterschiedliche Entfernungsintervalle jeweils eine Varianz der Amplituden mehrerer Echos und/oder der Amplitudenänderungsrate berücksichtigt wird. Die Amplitudenänderungsrate innerhalb eines Entfernungsintervalls kann zum Beispiel als eine lineare Approximation bzw. als ein linearer Fit der jeweils einen Messpunkt darstellenden Echos ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch die Objektinformation einen dem Objekt zugeordneten Objekttyp beschreiben, wobei der Objekttyp in Abhängigkeit einer Varianz der Amplitudenänderungsrate innerhalb eines oder mehrerer beschränkten Entfernungsbereiche bzw. Entfernungsintervalle und/oder in Abhängigkeit einer Varianz der Amplituden mehrerer, innerhalb einer Entfernung oder eines oder mehrerer beschränkten Entfernungsbereiche empfangener Echos ermittelt werden kann.
Bei einer als Teil eines Fahrzeugs realisierten Sensoreinrichtung, bei der der Abstandssensor zur Fahrzeugumfelderfassung verwendet wird, kann der Objekttyp zum Beispiel angeben, ob es sich bei dem Objekt um eine Wand, ein anderes Fahrzeug wie ein anderes Auto, einen Radfahrer oder Ähnliches handelt. Weitere unterscheidbare Objekttypen können auch Bordsteine, Leitplanken, Zäune oder Abschnitte von Gebäuden, zum Beispiel Dach- oder Stützbalken einer Garage, oder Bauwerke wie Brücken oder Ähnliches sein.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Objekthöhe und/oder der Objekttyp zusätzlich oder alternativ auch in Abhängigkeit von den einzelnen Echos zugeordneten Entfernungsfehlern ermittelt werden. Auch die den jeweils als Messpunkten herangezogenen Echos zugeordneten Entfernungen können einen Fehler aufweisen, welcher beispielsweise auf eine äußere Beschaffenheit des Objekts zurückzuführen sein kann, so dass aus der Auswertung des jeweiligen Entfernungsfehlers zusätzliche Informationen über die Objekthöhe und/oder den Objekttyp gewonnen werden kann.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Objektinformation, insbesondere die Objekthöhe und/oder der Objekttyp, auch in Abhängigkeit der dem Objekt zugeordneten Echos aus einer Menge von einem oder mehreren Objekten zugeordneten Messpunkte ermittelt werden. Auch die Anzahl der Echos bzw. Messpunkte, welche von einem Objekt erhalten werden, bietet die Möglichkeit von Rückschlüssen auf die Objekthöhe und/oder einen Objekttyp des Objekts, so dass diese für eine Verbesserung der Ermittlung von Objekthöhe und/oder Objekttyp ebenfalls herangezogen werden können.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass als Objektinformation das Quadrat einer Objekthöhe ermittelt wird und/oder dass ein dem Objekt zugeordneter Objekttyp in Abhängigkeit der Varianz der quadrierten Objekthöhe ermittelt wird. Durch das Berechnen einer quadrierten Objekthöhe kann vorteilhaft der Einfluss von Rauschen reduziert werden. Bei der Ermittlung eines dem Objekt zugeordneten Objekttyps kann zum Beispiel aus zwei oder mehr einzelnen Messpunkten, welche in unterschiedlichen Abständen zu dem Objekt aufgenommen wurden, jeweils ein eine quadrierte Objekthöhe beschreibender Höhenwert sowie eine Varianz dieses Höhenwerts ermittelt werden. Anschließend kann die Objektinformation bzw. die Objekthöhe und/oder der Objekttyp zusätzlich in Abhängigkeit des Höhenwerts ermittelt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Amplitude der empfangenen Echos für die Ermittlung des Verlaufs über die Entfernung und/oder in Abhängigkeit einer dem Objekt zugeordneten Richtungsinformation normiert werden. Die Richtungsinformation kann dabei den dem jeweiligen Echo zugeordneten Azimuthwinkel umfassen, so dass eine unterschiedliche Abstrahlcharakteristik des Abstandssensors in Azimuthrichtung berücksichtigt werden kann. Durch die Normierung der Amplitude kann die Ermittlung der Objektinformation aus dem entfernungsabhängigen Amplitudenverlauf bzw. der entfernungsabhängigen Amplitudenänderungsrate für alle Teilbereiche des Erfassungsbereichs in Azimuthrichtung gleich ausgeführt werden. Auch für andere, insbesondere von der Entfernung abhängende Eigenschaften der Echos, wie die Varianz in Entfernung und/oder Amplitude, kann durch eine Normierung der Entfernung die Auswertung erleichtert werden. Dies kann vorteilhaft den Rechenaufwand für die Ermittlung der Objektinformation für mehrere, unterschiedlich angeordnete Objekte reduzieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Objektinformation zusätzlich in Abhängigkeit einer den Echos zugeordneten Richtungsvarianz ermittelt wird. Auch eine bei mehreren an einem Objekt reflektierten Echos auftretende Richtungsvarianz kann Hinweise auf die Objekthöhe und/oder einen Objekttyp geben, so dass auch die Richtungsvarianz vorteilhaft bei der Ermittlung der Objektinformation berücksichtigt werden kann.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Objektinformation zusätzlich in Abhängigkeit des Auftretens von wenigstens einem weiteren Echo ermittelt wird, wobei das weitere Echo, bezogen auf ein aufgrund seiner Laufzeit einer Entfernung zugewiesenes Echo, ein ganzzahliges Vielfaches dieser Laufzeit aufweist. Echos, welche ein ganzzahliges Vielfaches der Laufzeit eines anderen Echos aufweisen, werden auch als Vielfache (engl. multiplicities) bezeichnet. Diese können insbesondere auf Grund von Mehrfachreflexionen zwischen dem Abstandssensor, oder einer den Abstandssensor umfassenden Vorrichtung, und dem Objekt auftreten. Das Auftreten und/oder die Anzahl von auftretenden Mehrfachreflexionen und somit auch das Auftreten der Vielfachen kann von einer Objekthöhe des Objekts abhängen, so dass vorteilhaft durch deren Berücksichtigung die Genauigkeit der Ermittlung der Objektinformation weiter gesteigert werden kann.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Objektinformation aus der Amplitudenänderungsrate in Abhängigkeit einer Zuordnungsvorschrift ermittelt wird, wobei eine mittels maschineller Klassifikation ermittelte Zuordnungsvorschrift verwendet wird. Die Zuordnungsvorschrift kann zum Beispiel in der Recheneinrichtung hinterlegt sein. Als Klassifikator kann zum Beispiel ein Entscheidungsbaum (decision tree), ein Neuronales Netz, ein naiver Bayes-Klassifikator, eine Support Vector Machine (SVM) oder Ähnliches eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß kann in Abhängigkeit der Höheninformation die Ansteuerung eines Aktors und/oder einer von einem Benutzer betrachtbaren Anzeigeeinrichtung einer die Sensoreinrichtung umfassenden Vorrichtung erfolgen. Die Vorrichtung kann zum Beispiel als ein Fahrzeug ausgeführt sein, wobei in Abhängigkeit der Höheninformation wenigstens ein Querführungsaktor und/oder ein Längsführungsaktor angesteuert werden kann. Die Ansteuerung des wenigstens einen Aktors kann zum Beispiel im Rahmen eines teilautomatisierten oder automatisierten Fahrmanövers erfolgen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Höheninformtion auch einem Benutzer des Fahrzeugs auf einer Anzeigeeinrichtung, beispielsweise einem Display, angezeigt werden, insbesondere als Bestandteil einer das Umfeld des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise darstellenden Umfeldkarte.
Für ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt ist vorgesehen, dass es Befehle umfasst, welche bei einer Ausführung des Programms durch eine Recheneinrichtung einer wenigstens einen Abstandssensor umfassenden Sensoreinrichtung die Recheneinrichtung veranlassen, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
Eine zur Durchführung des Verfahrens verwendete Recheneinrichtung kann insbesondere kommunizierend mit dem Abstandssensor verbunden sein, wobei der Abstandssensor die Echos, insbesondere die jeweilige Amplitude und die dem jeweiligen Echo zugeordnete Entfernung, beschreibende Messwertinformationen an die Recheneinrichtung übermittelt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann als ein computerimplementiertes Verfahren ausgeführt sein.
Die Recheneinrichtung kann zum Beispiel ein Computer sein. Die Recheneinrichtung kann zum Beispiel als ein Mikrocontroller oder als ein Steuergerät ausgeführt sein. Die Recheneirichtung kann nur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sein oder es kann eine Recheneinrichtung sein, welche zusätzlich auch weitere Verfahren und/oder Funktionen ausführen kann, beispielsweise eine zentrale Recheneinheit eines Fahrzeugs oder einer anderen Vorrichtung. Die Recheneinrichtung kann mit dem Abstandssensor in einer gemeinsamen Vorrichtung, beispielsweise einem Fahrzeug, angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass die Recheneinrichtung räumlich getrennt von der Sensoreinrichtung angeordnet ist, wobei die Recheneinrichtung beispielsweise als ein Server ausgeführt sein kann.
Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Datenträger, beispielsweise einer CD, einem USB-Stick oder ähnlichem, gespeichert sein oder über eine Kommunikationsverbindung, beispielsweise als Download aus dem Internet, übertragbar sein
Für eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung ist vorgesehen, dass sie wenigstens einen Abstandssensor sowie eine Recheneinrichtung umfasst, wobei die Recheneinrichtung zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist vorgesehen, dass es eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung umfasst.
Die vorangehend in Bezug zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt, die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung sowie für das erfindungsgemäße Fahrzeug und umgekehrt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs, umfassend ein erfindungsgemäße Sensoreinrichtung,
Fig. 2 ein erstes Diagramm, in dem für mehrere Objekte mit unterschiedlichen Objekthöhen berechnete, entfernungsabhängige Amplitudenverläufe dargestellt sind,
Fig. 3 - 6 weitere Diagramme, in denen jeweils für ein unterschiedliches Objekt erfasste Messwerte eines Ultraschallsensors dargestellt sind.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeug 1 dargestellt. Das Fahrzeug 1 ist beispielsweise als ein Personenkraftwagen oder als eine andere Art von Landfahrzeug ausgebildet. Das Fahrzeug 1 umfasst eine Sensoreinrichtung 2, welche wenigstens einen Abstandssensor 3 sowie eine damit kommunizierend verbundene Recheneinrichtung 4 umfasst. Die Sensoreinrichtung 2 kann insbesondere mehrere Abstandssensoren 3 aufweisen, wobei vorliegend der Übersichtlichkeit halber nur ein Abstandssensor 3 dargestellt ist. Der Abstandssensor 3 kann zum Beispiel als ein Ultraschallsensor oder als ein Radarsensor ausgeführt sein.
Die Recheneinrichtung 4 kann zum Beispiel ein Steuergerät oder eine zentrale Recheneinheit des Fahrzeugs 1 sein. Es ist auch möglich, dass die Recheneinrichtung 4 in den Abstandssensor 3 integriert ist bzw. mit dem Abstandssensor 3 eine gemeinsame Baueinheit bildet. Alternativ kann es sich bei der Recheneinrichtung 4 um eine fahrzeugexterne Recheneinrichtung 4, beispielsweise einen Server, handeln, welcher außerhalb des Fahrzeugs 1 angeordnet ist und mit dem Abstandssensor 3 über eine Kommunikationsverbindung, beispielsweise das Internet, kommuniziert. Die Recheneinrichtung 4 kann neben einem Verfahren zur Ermittlung einer Objektinformation auch weitere Verfahren und/oder Funktionen ausführen.
Der Abstandssensor 3 ist dazu ausgebildet, Signale 5 auszusenden und an einem Objekt 6 reflektierte Signale 5 als Echos 7 wieder zu empfangen. Das Objekt 6 kann zum Beispiel ein Balken oder ein balkenartiger Abschnitt eines Gebäudes sein, welcher in einem vertikalen Abstand zu einer Fahrbahnoberfläche 12 angeordnet ist. Das Objekt 6 weist eine Objekthöhe bzw. eine vertikale Ausdehnung auf, welche vorliegend durch die Breite des Objekts in Höhenrichtung z sowie durch die Höhe der Unterkante und der Oberkante des Objekts in z-Richtung über der Fahrbahnoberfläche 12 charakterisiert ist.
Das Fahrzeug 1 bewegt sich in der in Fig. 1 dargestellten Szene auf das Objekt 6 zu. Das Objekt 6 ist in einer ersten Position 8 dargestellt. Gestrichelt ist das Objekt 6 auch in einer zweiten Position 9 dargestellt, wobei sich das Objekt 6 in der ersten Position 8 in einer größeren Entfernung r zu dem Fahrzeug 1 befindet als in der zweiten Position 9. Weiterhin ist schematisch ein Erfassungsbereich 10 des Abstandssensors 3 dargestellt, welcher sich vorliegend in vertikaler Richtung z über einen Elevationswinkelbereich erstreckt. Ersichtlich verändert sich der Teil des Elevationswinkelbereichs, in dem sich das Objekt 8 befindet, mit der Entfernung bzw. dem Abstand zwischen dem Objekt 6 und dem Fahrzeug 1 . Dies gilt entsprechend auch für ein weiteres, vorliegend unterhalb des Abstandssensors 3 angeordnetes, Objekt 11 , das ebenfalls in der ersten Position 8 sowie in der zweiten Position 9 unterschiedliche Teilbereiche des Erfassungsbereichs 10 abdeckt. Das weitere Objekt 11 kann beispielsweise ein Bordstein sein, dessen Objekthöhe bzw. vertikale Ausdehnung durch den Abstand seiner Oberkante von der Fahrbahnoberfläche 12 bestimmt ist.
Da die von dem Abstandssensor 3 ausgesendeten Signale 5 für unterschiedliche Elevationswinkel mit unterschiedlichen Leistungen und somit mit unterschiedlichen Amplituden ausgestrahlt werden, verändert sich auch die Amplitude der von einem der Objekte 6, 11 reflektierten Echos 7 in Abhängigkeit der Entfernung r zwischen dem Objekt 6, 11 und dem Fahrzeug 1 . Da der Großteil der Leistung bei einem Ultraschall- oder Radarsensor in der Regel etwa in waagerechter Richtung abgestrahlt wird, nimmt die Amplitude des Echos 7 aufgrund der veränderten Abdeckung des Elevationswinkelbereichs bei sich annäherndem Fahrzeug 1 zumeist ab. Gleichzeitig nimmt jedoch aufgrund der sich verringernden Entfernung zu dem Objekt auch der Anteil an in freie Raumbereiche ausgestrahlter Leistung ab, was einen Anstieg der Amplitude der reflektierten Echos 7 zur Folge hat.
In Fig. 2 wird der Verlauf der Amplitude der Echos 7 über die Entfernung r dargestellt. Dabei ist die Amplitude in willkürlicher Einheit (engl. arbitrary unit, a.u.) auf der Ordinate und die Entfernung r zwischen dem Abstandssensor und dem Objekt in Meter auf der Abszisse dargestellt.
Die Abstrahlcharakteristik des Abstandssensors 3 in Bezug zu einem vertikalen Elevationswinkel I|J kann dabei als proportional einer Sine-Funktion bzw. Si-Funktion (sin(i|i)/ 40 angenommen werden. Für den in Fig. 2 gezeigten Amplitudenverläufe der vom Abstandssensor empfangenen Echos 7 wurde für die Amplitude A der Echos 7 eine zusätzliche Abhängigkeit von der Entfernung r gemäß: angenommen.
Dargestellt ist der entfernungsabhängige Amplitudenverlauf für fünf verschiedene Objekte 6, 11 , welche jeweils eine andere relative Objekthöhe in Bezug zu dem Abstandssensor 3 haben. Der mit durchgezogener Linie dargestellte Amplitudenverlauf entspricht einer Objekthöhe von 0, d.h. das Objekt, an dem die vom Abstandsensor empfangenen Echos 7 reflektiert wurden, weist dieselbe Höhe wie der Abstandssensor auf. Der mit gestrichelter Linie dargestellte Amplitudenverlauf entspricht einer Objekthöhe von 0,1 m, das Objekt, an dem die Echos 7 reflektiert wurden, befindet sich also 10 cm oberhalb oder unterhalb des Abstandssensors 3. Der mittels Kreisen dargestellte Amplitudenverlauf entspricht einer Objekthöhe von 0,5 m, der mittels Kreuzen dargestellte Amplitudenverlauf einer Objekthöhe von 1 m und der mittels Quadraten dargestellte Amplitudenverlauf einer Objekthöhe von 1 ,5 m. Für die Simulation der dargestellten Amplitudenverläufe wurde jeweils als Objekt ein einzelner Punkt in der jeweiligen Objekthöhe betrachtet.
Ersichtlich weisen die Amplitudenverläufe eine von der Objekthöhe abhängende Amplitudenänderungsrate, also eine von der Objekthöhe abhängende Steigung, auf. Auch die Änderung der Amplitudenänderungsrate über die Entfernung, also die Änderung der Steigung, ist für die verschiedenen Objekthöhen unterschiedlich.
Die gezeigten Amplitudenverläufe können während einer Bewegung des Fahrzeug 1 relativ zu dem Objekt 6, 11 von der Recheneinrichtung 4 ermittelt werden. Die Recheneinrichtung 4 ist zur Durchführung eines Verfahrens zum Ermitteln einer wenigstens eine Objekthöhe der Objekte 6, 11 beschreibenden Objektinformation ausgebildet, wobei der Abstandssensor 3 während dieser Bewegung in unterschiedlichen Entfernungen zu dem Objekt 6, 11 jeweils ein Signal 5 aussendet, welches an dem Objekt 6, 11 reflektiert und als ein Echo 7 von dem Abstandssensor 3 wieder empfangen wird. Der Abstandssensor 3 kann die Amplitude des Echos 7 bestimmen und überträgt diese an die Recheneinrichtung 4. Weiterhin können der Abstandssensor 3 oder die Recheneinrichtung 4 beispielsweise aus einer Laufzeit des Signals 5 bzw. des Echos 7 eine Entfernung bestimmen.
Aus den Amplituden mehrerer Echos 7 sowie den zugehörigen Entfernungen ermittelt die Recheneinrichtung 4 einen entfernungsabhängigen Amplitudenverlauf. Weiterhin ist die Recheneinrichtung dazu eingerichtet eine wenigstens eine Objekthöhe des Objekts 6, 11 beschreibende Objektinformation in Abhängigkeit einer aus dem Verlauf der Amplitude ermittelten, entfernungsabhängigen Amplitudenänderungsrate zu ermitteln.
Die Recheneinrichtung 4 kann als Teil der Objektinformation eine absolute Objekthöhe in Bezug zu einer Referenzposition, eine vertikale Ausdehnung des Objekts 6, 11 und/oder eine Zuordnung des Objekts 6, 11 zu einer von mehreren, jeweils unterschiedliche Objekthöhen und/oder unterschiedliche vertikale Ausdehnungen von Objekten umfassenden Höhenklassen ermitteln. Als Referenzposition kann zum Beispiel die Sensorhöhe über der Fahrbahn 12 bzw. eine Einbauhöhe des Abstandsensors 3 im Fahrzeug 1 , verwendet werden. Dabei kann die Ermittlung der Objekthöhe als absolute Höhendifferenz zwischen der Sensorhöhe und der Objekthöhe erfolgen, so wie es beispielsweise in Fig. 2 für die unterschiedlichen Objekte erfolgt ist. Natürlich ist es möglich auch eine andere Referenzhöhe heranzuziehen, sodass die Objekthöhen beispielsweise in Bezug zu der Fahrbahn 12 als Referenzhöhe angegeben werden können.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Objekthöhe als Zuordnung des Objekts 6, 11 zu einer von mehreren Höhenklasse (z.B. niedrige Objekte, mittlelhohe Objekte und hohe Objekte etc.) ermittelt werden. Das als Balken ausgebildete Objekt 6 könnte dabei beispielsweise als ein hohes Objekt aufgefasst werden, wohingegen das als Bordstein ausgebildete Objekt 11 als ein niedriges Objekt klassifiziert werden kann. Auch eine vertikale Ausdehnung, d.h. die Höhe einer Unterkante und die Höhe einer Oberkante des Objekts 6, 11 können als Objektinformation ermittelt werden. Auch eine Klassifizierung der Objekte 6, 11 kann in Abhängigkeit der vertikalen Ausdehnung der Objekte 6, 11 erfolgen.
Auf diese Weise können vorteilhaft verschiedene Arten von Objekten 6, 11 mit unterschiedlicher Objekthöhe und/oder unterschiedlicher vertikaler Ausdehnung, beispielsweise Bordsteine, Wände, Autos, in einem vertikalen Abstand vom Boden hängende Leitplanken, Balken oder Ähnliches, unterschieden und entsprechend klassifiziert werden. Bevorzugt sind dabei für die Objekthöhe wenigstens drei unterschiedliche Klassen vorgesehen, welche entsprechend für die Klassifizierung von Objekten 6, 11 mit unterschiedlicher Objekthöhe und/oder unterschiedlicher vertikaler Ausdehnung verwendet werden.
Wie aus den in Fig. 2 gezeigten Amplitudenverläufen ersichtlich ist, kann die Objektinformation von der Recheneinrichtung 4 in Abhängigkeit des Betrages einer Zunahme und/oder einer Abnahme der Amplitudenänderungsrate bei abnehmender Entfernung ermittelt werden. Die Zunahme der Amplitudenänderungsrate, zumindest bis zu einem Wendepunkt der Amplitudenänderungsrate, und/oder die Abnahme der Amplitudenänderungsrate ab diesem Punkt sind abhängig von der Objekthöhe des Objekts 6, 11 und erlauben so die Bestimmung der Objektinformation aus einem gemessenen bzw. aufgezeichneten Amplitudenverlauf.
Eine von der Objektinformation beschriebene relative Objekthöhe des Objekts 6, 11 in Bezug zu der Sensorhöhe des Abstandssensors 3 nimmt mit abnehmendem Betrag einer Zunahme und/oder Abnahme der Amplitudenänderungsrate bei abnehmender Entfernung, das heißt bei einem flacheren Verlauf der entfernungsabhängigen Amplitudenänderungsrate, zu. Das heißt, je weniger stark sich die Amplitude bei Annährung an das Objekt 6, 1 1 ändert, desto weiter oberhalb oder unterhalb des Abstandssensors 3 ist das Objekt 6, 11 angeordnet. Umgekehrt ergibt sich ein immer geringerer Höhenunterschied zwischen dem Objekt 6, 11 und dem Abstandssensor 3 je stärker sich die Steigung der Amplitude über die Entfernung ändert. Weiterhin kann die Recheneinrichtung 4 die Objektinformation in Abhängigkeit einer einem Wendepunkt 13 der Amplitudenänderungsrate zugeordneten Wendepunktentfernung rw ermitteln. In Fig. 2 sind für zwei der Amplitudenverläufe jeweils der Wendepunkt 13 sowie die zugehörige Wendepunktentfernung rw.i bzw. rw,2 eingezeichnet. Eine von der Objektinformation beschriebene relative Objekthöhe des Objekts 6, 11 in Bezug zu einer Sensorhöhe des Abstandssensors nimmt ersichtlich mit steigender Wendepunktentfernung zu, so dass die Ermittlung der Objekthöhe vorteilhaft in Abhängigkeit der Wendepunktentfernung vorgenommen werden kann.
Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens zum Ermitteln der wenigstens eine Objekthöhe eines Objekts beschreibenden Objektinformation werden im Folgenden in Bezug zu den Fig. 3 - 6 beschrieben. Jede der Figuren 3 - 6 zeigt für verschiedene Objekte mit unterschiedlichen Objekthöhen aufgenommene Amplitudenverläufe unter Verwendung eines als Ultraschallsensors ausgebildeten Abstandssensors 3.
In Fig. 3 ist der entfernungsabhängige Amplitudenverlauf der Echos 7, welche an einem hängenden Balken mit einer relativen Objekthöhe in Bezug zum Abstandssensor von 2 m reflektiert werden, gezeigt. Weiterhin sind zwei lineare Fits 14, 15 der jeweils einzelne Messpunkte darstellenden Echos 7 gezeigt. Die linearen Fits 14, 15 sind für zwei angrenzende Entfernungsteilbereiche ermittelt worden. Die Steigung der linearen Fits 14, 15 bzw. der Geraden entspricht jeweils der Amplitudenänderungsrate in den unterschiedlichen Entfernungsteilbereichen, innerhalb denen die Messwerte jeweils über einen der linearen Fits 14, 15 approximiert wurden. Weiterhin dargestellt ist der Wendepunkt 13 mit der zugeordneten Wendepunktposition rw.
Fig. 4 zeigt den entfernungsabhängigen Amplitudenverlauf der Echos 7, welche an einem Bordstein mit einer relativen Objekthöhe in Bezug zum Abstandssensor von 0,4 m reflektiert wurden. Weiterhin sind auch hier ein Wendepunkt 13 der Amplitudenänderungsrate mit der zugehörigen Wendepunktposition rw sowie zwei lineare Fits 16, 17 dargestellt, welche jeweils für einen Entfernungsteilbereich aus den einzelnen Echos 7 bestimmt wurden.
In Fig. 5 ist der entfernungsabhängige Amplitudenverlauf der Echos 7 für eine sich im betrachteten Entfernungsintervall vertikal über den gesamten Erfassungsbereich erstreckenden Wand dargestellt. Außerdem sind auch hier ein Wendepunkt 13 der Amplitudenänderungsrate mit der zugehörigen Wendepunktposition rw sowie zwei lineare Fits 18, 19 dargestellt, welche jeweils für einen Entfernungsteilbereich aus dem einzelnen Echos 7 bestimmt wurden.
Fig. 6 stellt den entfernungsabhängigen Amplitudenverlauf der Echos 7, welche an einem Fremdfahrzeug (Auto) reflektiert worden, dar. Das Fremdfahrzeug erstreckt sich im betrachteten Entfernungsintervall vertikal über den gesamten Erfassungsbereich des Abstandssensors 3. Weiterhin sind ein Wendepunkt 13 der Amplitudenänderungsrate mit der zugehörigen Wendepunktposition rw sowie vier lineare Fits 20 - 23 dargestellt, welche jeweils für einen Entfernungsteilbereich aus dem einzelnen Echos 7 bestimmt wurden. Das Fremdfahrzeug weist gegenüber den anderen, vorangehend in den Fig. 3 - 5 erfassten Objekte, eine komplexere Geometrie auf, so dass für das Entfernungsintervall zwischen 1 m und 5,5 m mehr als eine Amplitudenänderungsrate, beispielsweise durch die linearen Fits 21 , 22, ermittelt werden kann.
Um eine genauere Ermittlung der Objektinformation zu ermöglichen, kann die Recheneinrichtung 4 weitere Eigenschaften der Amplitudenverläufe bzw. der jeweils als Messpunkte verwendeten Echos 7 auswerten. Die Recheneinrichtung 4 kann zum Beispiel die Objekthöhe und/oder einen dem Objekt 6, 11 zugeordneten Objekttyp der Objektinformation in Abhängigkeit einer Varianz der Amplitudenänderungsrate zumindest innerhalb eines beschränkten Entfernungsbereichs und/oder in Abhängigkeit einer Varianz der Amplituden mehrerer, innerhalb einer Entfernung oder eines beschränkten Entfernungsbereichs empfangener Echos 7 ermitteln. Das Ausmaß der Varianz der Amplituden, welche beispielsweise als Streuung der Amplituden für eine Entfernung oder einen Entfernungsbereich bzw. ein Entfernungsintervall in den Fig. 3 - 6 auftritt, kann ebenfalls als ein Hinweis auf die Beschaffenheit des Objekts 6, 11 herangezogen werden. Die Varianz der Amplituden für eine gegebene Entfernung bzw. für mehrere Entfernungen innerhalb eines Entfernungsintervalls bewirken, dass beispielsweise auch die möglichen linearen Fits eine Varianz aufweisen können, wobei diese Varianz entsprechend eine Varianz der Amplitudenänderungsrate darstellt.
Diese Varianzen können sich für unterschiedliche Objekthöhen und/oder unterschiedliche Objekttypen, beispielsweise für die Wand (Fig. 5) und das Fremdfahrzeug (Fig. 6), unterscheiden. Die Objektinformation kann von der Recheneinrichtung 4 daher unter Berücksichtigung der Varianz der Amplitudenänderungsrate innerhalb eines oder mehrerer Entfernungsintervalle und/oder unter Berücksichtigung der Varianz der Amplituden für eine oder mehrere einzelne Entfernungen und/oder innerhalb eines oder mehrerer Entfernungsintervalle ermittelt werden. Es ist insbesondere möglich, dass für unterschiedliche Entfernungsintervalle jeweils eine Varianz der Amplituden mehrerer Echos 7 und/oder eine Varianz der Amplitudenänderungsrate berücksichtigt wird.
Bei der als Teil eines Fahrzeugs 1 realisierten Sensoreinrichtung 2, bei der der Abstandssensor 3 zur Fahrzeugumfelderfassung verwendet wird, kann der Objekttyp zum Beispiel angeben, ob es sich bei dem Objekt 6, 11 um eine Wand, ein anderes Fahrzeug wie ein anderes Auto, einen Radfahrer oder Ähnliches handelt. Weitere unterscheidbare Objekttypen können auch Bordsteine, Leitplanken, Zäune oder Abschnitte von Gebäuden, zum Beispiel Dach- oder Stützbalken einer Garage, oder Bauwerke wie Brücken oder Ähnliches sein. Die Objektinformation kann dabei für jedes der Objekte eine jeweils einer unterschiedlichen Objekthöhe zugeordnete Objektklasse angeben.
Weitere Möglichkeiten zur Verbesserung der Genauigkeit der Ermittlung der
Objektinformation durch die Recheneinrichtung 4 können umfassen, dass die Objekthöhe und/oder der Objekttyp in Abhängigkeit von den einzelnen Echos 7 zugeordneter Entfernungsfehler ermittelt werden und/oder dass die Objektinformation, insbesondere die Objekthöhe und/oder der Objekttyp, auch in Abhängigkeit der dem Objekt 6, 11 zugeordneten Echos 7 aus einer Menge von einem oder mehreren Objekten 6, 11 zugeordneten Echos 7 bzw. Messpunkten ermittelt wird.
Es ist möglich, dass die Amplituden der empfangenen Echos 7 für die Ermittlung des Amplitudenverlaufs in Abhängigkeit einer dem Objekt 6, 11 zugeordneten Richtungsinformation normiert werden. Die Richtungsinformation kann dabei den dem jeweiligen Echo 7 zugeordneten Azimuthwinkel umfassen, so dass eine unterschiedliche Abstrahlcharakteristik des Abstandssensors 3 in Azimuthrichtung, also bezüglich einer Ebene parallel zur Fahrbahnoberfläche 12, berücksichtigt werden kann. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Amplituden der Echos 7 auch über die Entfernung normiert werden, so dass Eigenschaften der Echos 7, beispielsweise die Varianz in der Entfernung und/oder der Richtung, welche mit der Entfernung variieren können, für Objekte 6, 11 in unterschiedlichen Entfernungen analog zueinander ausgewertet werden können.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Objektinformation von der Recheneinrichtung 4 in Abhängigkeit einer den Echos 7 zugeordneten Richtungsvarianz in Azimuthrichtung und/oder in Abhängigkeit des Auftretens von wenigstens einem weiteren Echo 7 ermittelt wird, wobei das weitere Echo 7, bezogen auf ein aufgrund seiner Laufzeit einer Entfernung zugewiesenes Echo 7, ein ganzzahliges Vielfaches dieser Laufzeit aufweist.
Die Recheneinrichtung 4 kann zur Ermittlung der Objektinformation aus der Amplitudenänderungsrate eine Zuordnungsvorschrift verwenden, welche beispielsweise in einer Speichereinrichtung der Recheneinrichtung hinterlegt ist. Dabei kann insbesondere eine mittels maschineller Klassifikation ermittelte Zuordnungsvorschrift verwendet werden, wobei als Klassifikator zum Beispiel ein Entscheidungsbaum (decision tree), ein Neuronales Netz, ein naiver Bayes-Klassifikator, eine Support Vector Machine (SVM) oder Ähnliches eingesetzt werden kann.
Die Recheneinrichtung 4 kann insbesondere dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit der Höheninformation die Ansteuerung wenigstens eines Aktors (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 1 vorzunehmen. Bei dem wenigstens einen Aktor kann es sich zum Beispiel um einen Querführungsaktor und/oder einen Längsführungsaktor handeln. Die Ansteuerung des wenigstens einen Aktors kann zum Beispiel im Rahmen eines teilautomatisierten oder automatisierten Fahrmanövers, wie eines Einpark- oder Ausparkvorgangs, erfolgen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Höheninformation auch einem Benutzer des Fahrzeugs 1 auf einer Anzeigeeinrichtung (nicht dargestellt), beispielsweise einem Display, angezeigt werden, insbesondere als Bestandteil einer das Umfeld des Fahrzeugs 1 zumindest teilweise darstellenden Umfeldkarte.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Ermitteln einer wenigstens eine Objekthöhe eines Objekts (6, 11 ) beschreibenden Objektinformation mittels einer wenigstens einen Abstandssensor (3) umfassenden Sensoreinrichtung (2), wobei sich das Objekt (6, 11 ) und der Abstandssensor (3) relativ zueinander bewegen und der Abstandssensor (3) in unterschiedlichen Entfernungen zu dem Objekt (6, 11 ) jeweils ein Signal (5) aussendet, welches an dem Objekt (6, 11 ) reflektiert und als ein Echo (7) von dem Abstandssensor (3) wieder empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf einer Amplitude von mehreren der Echos (7) über der Entfernung ermittelt wird, wobei die Objektinformation in Abhängigkeit wenigstens einer aus dem Verlauf der Amplitude ermittelten, entfernungsabhängigen Amplitudenänderungsrate ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Objektinformation eine absolute Objekthöhe in Bezug zu einer Referenzposition, insbesondere zu einer Position des Abstandssensors (3), eine vertikale Ausdehnung des Objekts (6, 11 ) und/oder eine Zuordnung des Objekts (6, 11 ) zu einer von mehreren, jeweils unterschiedliche Objekthöhen und/oder unterschiedliche vertikale Ausdehnungen von Objekten (6, 11 ) umfassenden Höhenklassen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektinformation in Abhängigkeit des Betrages einer Zunahme und/oder einer Abnahme der Amplitudenänderungsrate bei abnehmender Entfernung ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Objektinformation beschriebene, relative Objekthöhe des Objekts (6, 11 ) in Bezug zu einer Sensorhöhe des Abstandssensors (3) mit abnehmendem Betrag einer Zunahme und/oder Abnahme der Amplitudenänderungsrate bei abnehmender Entfernung zunimmt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektinformation in Abhängigkeit einer einem Wendepunkt (13) der Amplitudenänderungsrate zugeordneten Wendepunktentfernung ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Objektinformation beschriebene, relative Objekthöhe des Objekts (6, 11 ) in Bezug zu einer Sensorhöhe des Abstandssensors (3) mit steigender Wendepunktentfernung zunimmt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekthöhe und/oder ein dem Objekt (6, 11 ) zugeordneter Objekttyp der Objektinformation in Abhängigkeit einer Varianz der Amplitudenänderungsrate zumindest innerhalb eines beschränkten Entfernungsbereichs und/oder in Abhängigkeit einer Varianz der Amplituden mehrerer, innerhalb einer Entfernung oder eines beschränkten Entfernungsbereichs empfangener Echos (7) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der empfangenen Echos (7) für die Ermittlung des Verlaufs über die Entfernung und/oder in Abhängigkeit einer dem Objekt (6, 11 ) zugeordneten Richtungsinformation normiert werden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektinformation zusätzlich in Abhängigkeit einer den Echos (7) zugeordneten Richtungsvarianz ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektinformation zusätzlich in Abhängigkeit des Auftretens von wenigstens einem weiteren Echo ermittelt wird, wobei das weitere Echo bezogen auf ein aufgrund seiner Laufzeit einer Entfernung zugewiesenem Echo (7) ein ganzzahliges Vielfaches dieser Laufzeit aufweist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektinformation aus der Amplitudenänderungsrate in Abhängigkeit einer Zuordnungsvorschrift ermittelt wird, wobei eine mittels maschineller Klassifikation ermittelte Zuordnungsvorschrift verwendet wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstandssensor (3) ein Ultraschallsensor oder ein Radarsensor verwendet wird. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung des Programms durch eine Recheneinrichtung (4) einer wenigstens einen Abstandssensor (3) umfassenden Sensoreinrichtung (2) die Recheneinrichtung (4) veranlassen, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen. Sensoreinrichtung umfassend wenigstens einen Abstandssensor (3) sowie eine Recheneinrichtung (4), wobei die Recheneinrichtung (4) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 eingerichtet ist. Fahrzeug umfassend eine Sensoreinrichtung (2) nach Anspruch 14.
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