JP6306182B2 - 自動車の超音波センサから受信する受信信号からの標的エコーの信号対雑音比の決定方法、運転者支援装置及び自動車 - Google Patents

自動車の超音波センサから受信する受信信号からの標的エコーの信号対雑音比の決定方法、運転者支援装置及び自動車 Download PDF

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Description

本発明は、自動車の超音波センサから受信する受信信号からの標的エコーの実際の又は現実の信号対雑音比を決定する方法に関する。この方法は、符号化された形式で送信された送信信号、特に同じ超音波センサからの送信信号に関連し、これは、一例として、変調を用いて送信信号に付された所定の符号語に関連する。受信信号は復号化されるが、基準信号と同じ受信信号と相関させることにより、受信信号は復号化され、そして、この相関が相関信号を提供する。本発明は、このような方法を行うように設計された運転者支援装置と、さらにこのタイプの運転者支援装置を備える自動車に関する。
自動車の超音波センサは既に先行技術である。これらは自動車の操作において、運転者を支援するために通常使用され、すなわち、特に自動車を駐車場に駐車する際及び駐車場から自動車を出す際において使用される。この場合、超音波センサは運転者支援装置の一部であり、駐車支援システム又は駐車補助装置と呼ばれる。超音波センサは、自動車と周囲の物体との間の距離を測るために使用され得る。超音波センサはエコーの遅延原理に基づいて動作し、距離計測は、エコー遅延法又は音響測深法による超音波技術を使用することにより成し遂げられる。この場合、超音波センサは、超音波の送信信号を送信し、車両外物体で反射された送信信号である受信信号を受信する。すなわち、超音波が送信され、物体で反射され、再び受信される。そして、超音波において計測された遅延は、物体と自動車間の距離を決定する基礎として取り入れられる。
所定の、特定の符号語が送信信号に付され、ゆえにこの特定の符号語又は識別子が、送信信号と一緒に送信されるように、超音波センサからの送信信号を変調し又は符号化する技術もまた、先行技術である。そして、送信信号は、他の干渉信号又は自身の自動車の他のセンサの音声信号から、そして他の自動車の音声信号からも識別され得る。それゆえ、他の自動車からの超音波信号からの受信信号の識別が可能である一方で、他方では、同一の自動車の複数の超音波センサの同時動作も、また可能にする。この場合、各超音波センサは、対応した特定の識別子を備えた送信信号を送信し、そして自身の音声信号又は隣接するセンサからの信号を認識し得る。
例えば、複数の超音波センサを同時に動作する方法が、特許文献DE10106142A1により知られている。特許文献EP1105749B1もまた、異なる超音波センサからの送信信号には自身の識別子が設けられており、それゆえ他から識別され得ることを開示している。超音波センサからの音声信号の符号化は、さらに特許文献DE3701521A1から知られている。
送信信号が符号化され、その過程において、特定の識別子又は符号語が送信信号に付された場合、受信された受信信号が同じ識別子を持つか、そしてゆえに、この受信信号は、物体によって反射された送信信号であるか、又はこの受信信号は、同一の超音波センサに対応付けられ得るかどうかの検証も必要である。今日の先行技術によると、受信された信号は、自身の符号化のための相関によって検証される。従って、受信信号の復号化は、この受信信号が基準信号と相関している体裁を備え、相関の結果は、受信した超音波信号と期待信号との間の一致の計測である。使用された基準信号は、通常、送信された送信信号又は送信信号に対応する信号である。もし、受信信号と基準信号との間で認識された相関が、比較的大きい場合、受信信号は、超音波センサからの適切な信号であることが立証される。この場合においてのみ、受信信号はさらに処理され、自動車と物体との距離が算出される。
しかしながら、単純な相関が、受信信号の発生源又は受信信号の復号化を高精度に決定するのには、いつも使用されるとは限らない。これは、車両外物体は、頻繁に自動車と相対的に動くからであり、自動車と物体との間の相対的な速度は、ドップラー効果のために、超音波信号における周波数シフトを招く。それゆえ、先行技術は、送信された送信信号には正確に対応していないが、周波数シフトされた送信信号に相関する、基準信号も頻繁に使用している。よって、受信信号において、ドップラーシフトを保証する試みが行われる。
この場合においての相関の不利な点は、相関結果又は相関信号は比較的高レベルの固有の雑音(相関雑音として知られている)を含むことであり、この固有の雑音は信号対雑音比を著しく減少させる。ゆえに、相関信号自体の信号対雑音比の決定は、受信信号の実際のかつ現実の信号対雑音比に対応していない。しかしながら、標的エコーが干渉エコーか、又は適切な超音波センサから来るエコーかを、立証する基礎に、信号対雑音比は取り入れられるため、信号対雑音比の決定は重要である。それゆえに、信号対雑音比の正確な把握をすることなく、相関結果は、正確に評価され得ない。
既知のパターンでの、超音波センサから受信された受信信号の相関の算出は、さらに、特許文献DE102011086397A1により知られている。ここでは、相関出力が、セキュリティ基準レベルを形成する基礎として使用されるが、このセキュリティ基準レベルは、受信信号におけるピークを検知するために、相関出力が比較されるしきい値曲線である。このピークは、受信信号の現在の信号状態が既知のパターンを含むことを示している。
例えば、超音波センサのエコー信号を評価するためのしきい値曲線を生成する方法が、特許文献DE102011102574A1から知られている。
本発明の目的は、先に引用されたこのタイプの方法が、いかにして標的エコーの実際の信号対雑音比を正確に把握することができるか、に対する解決方法を明示することである。
本発明は、それぞれの独立請求項の記載に係る特徴を備えた、方法、運転者支援装置及び自動車によって、この目的を達成する。本発明の有利な実施形態は、従属請求項、発明の概要、及び図面の内容である。
本発明に係る方法は、自動車の超音波センサによって受信される標的エコーの信号対雑音比を決定するのに使用される。送信信号は、符号化された形式で送信され、超音波センサによって受信する受信信号は、復号化される。復号化は、受信信号が既知の基準信号(例えば、送信信号や周波数シフトされた送信信号)と相関されていることを含んでおり、この相関が、相関信号を提供する。標的エコーは、相関信号において検知される。信号対雑音比は、相関信号に基づいて、受信信号における雑音値を決定することにより決定され、相関信号は、複数の信号区間に分割され、雑音値は、複数の信号区間のうちの標的エコーを含むただ1つの信号区間の信号値に基づいて決定される。
その結果、実際の又は現実の受信信号における雑音値は決定され、信号対雑音比は、この雑音値から算出される。この場合、雑音値は、比較的高レベルの固有の雑音又は相関雑音を含む、相関信号自体に基づいて把握される。相関信号に基づいた受信信号における実際の雑音値を決定することで、信号対雑音比を、相関雑音自体の影響なく決定できる。ゆえに、標的エコーの現実の信号対雑音比を決定する場合に、相関雑音自体は、ほぼ決定され、それゆえに、無視でき得る。その結果、現実の又は実際の信号対雑音比に対応する信号対雑音比は、前記現実の又は実際の信号対雑音比が、相関器の固有の雑音の影響を受けることなく得られる。相関信号に基づいた受信信号における雑音の決定には、信号対雑音比の決定には相関信号のみを必要とし、さらに、元の受信信号(相関器の上流)が処理されることを必要としない、という有利な点がある。相関信号の信号区間の、特に、標的エコーが検知される信号区間の、値のみに基づいて把握される信号対雑音比の決定に使用される雑音値によって、信号対雑音比の決定の精度は、さらに向上する。よって、実際の雑音を決定するのに使用されるのは、完全な相関信号ではなく、標的エコー近傍の単なる信号区間である。このことにより、局所的な雑音のみ、それゆえに一時的な関連しかない雑音が考慮されるため、実際の雑音値の決定の精度は向上する。
すなわち、相関信号は多数の信号区間に分割される。これらの信号区間は、好ましくは連続しており、及び好ましくは隣接している信号区間である。言い換えると、標的エコーも検知される時間間隔内にある信号区間のみを使用することによって、信号対雑音比を把握するために、相関信号は、時間領域内で、複数の連続し、特に隣接する時間間隔に分割され、雑音値は決定される。
雑音が決定される値は、好ましくは、標的エコーを含む信号区間における相関信号の極小値である。このように、受信信号における実際の背景の雑音を正確に検知することが可能である。なぜなら、極小値は、相関雑音からの影響のない実際の、現実の雑音の計測だからである。
好ましくは、信号対雑音比は、一方で、相関信号における標的エコーの最大値と、他方で、把握された雑音値との間の差及び/又は比率として決定される。その結果、標的エコーが干渉信号か又は他の超音波センサからの適切な信号かどうかを、確実にかつ正確に立証する基礎として取り入れられる信号対雑音比は、ゆえに利用できる。これを把握するために、例えば、把握された信号対雑音比が、基準値と比較され得る。
好ましくは、信号区間の長さは、送信信号を符号化するのに使用される符号語の符号の長さに基づいて規定される。それゆえ、信号区間の長さは、送信信号の長さに、好ましくは依存し、ゆえに、超音波センサの動作中、それぞれの必要性に従って調整され得る。この場合において、全ての信号区間は、同じ長さを有することが好ましい。符号語の符号が長いほど、信号区間も長くなる関係が、好ましくは適用される。従って、信号区間の長さは、状況に基づいて送信信号の長さと一致させ得る。
もし、信号対雑音比及び/又は雑音値が、実現性に従い、多数の信号区間が、それぞれの信号区間に決定されたそれぞれの極小値を有し、そして信号対雑音比及び/又は雑音値が、極小値に基づいて実現され得る場合、有利であると認められる。特に、平均値は、この場合、全ての極小値から算出され、信号対雑音比及び/又は雑音値を実行させるために使用される。一例では、雑音値が、極小値の平均値近傍の許容値の範囲内にあるかどうか、及び/又は信号対雑音比が基準比率であって、極小値の平均値に基づいて算出された基準比率近傍の許容値の範囲内にあるかどうか、を検証することが可能である。もし、許容値からの誤差が検知された場合、例えば、現在の計測は破棄され、又は信号対雑音比は別の方法によって決定され得る。それゆえ、信号対雑音比の決定においてエラーを防ぐことが可能であり、ゆえに、標的物体の検知において、エラーを防ぐことが可能である。
任意的ではあるが、ローパスフィルタによって、相関信号をフィルタリングし、その際、フィルター信号を提供することによって、雑音値が決定されるようになってもよい。そして、フィルター信号に基づいて、雑音値を決定することが可能になる。それゆえ、このようなローパスフィルタは、現実の雑音の実際の値が把握され得ることに基づいた相関信号の包絡又は包絡線を、効果的に提供するのに使用され得る。外れ値として知られる値は削除されるため、このようなフィルター信号が提供されることにより、複雑かつ正確な、膨大な算出をせずに、雑音値は、決定される。
標的エコーが、車両外物体で反射された送信信号かどうか、そしてゆえに、実際の物体又はその他の干渉信号(例えば、外部インターフェイスソースからの超音波)から来たかどうか、を決定する基礎として、信号対雑音比は、取り入れられる。
本発明は、少なくとも一つの超音波センサを備え、かつ、本発明に係る方法を行うように設計された制御装置を備える、自動車の運転者支援装置に、さらに関する。
本発明に係る自動車は、本発明に係る運転者支援装置を備える。
好ましい実施形態が、本発明に係る方法を参照にして提案され、前記実施形態の有利な点は、本発明に係る運転者支援装置と、本発明に係る自動車に適宜適用される。
本発明のさらなる特徴は、請求の範囲、図面及び図面の説明から明らかになるだろう。以上の説明に引用された全ての特徴及び特徴の組み合わせ、以下の説明に引用された特徴及び図面の特徴の組み合わせ及び/又は図面のみに呈示された特徴及び特徴の組み合わせは、それぞれに呈示された組み合わせだけでなく、他の組み合わせ又はそれ自体において使用され得る。
本発明は、個々の好ましい実施形態の一例に基づいて、添付の図を参照にして、より詳細に説明されるだろう。
本発明の実施形態に係る運転者支援装置を備える自動車の概略図を示す。 超音波センサからの受信信号と相関信号との時間プロファイルを示す。 本発明の一実施形態に係る方法がより詳細に説明される相関信号のプロファイルの一例を示す。 本発明の一実施形態に係る方法がより詳細に説明される相関信号のプロファイルの一例を示す。
例えば、図1に示される自動車1は、車である。自動車1は、駐車補助装置又は駐車支援システムである運転者支援装置2を含む。運転者支援装置2は、駐車場に駐車する際に及び駐車場から車両を出す際に、自動車1の運転者を補助するのに使用される。この目的のため、運転者支援装置2は自動車1の前部バンパー4上に分散配置された複数の超音波センサ3と、後部バンパー6上に分散配置された複数の超音波センサ5と、を備える。全ての超音波センサ3、5は、運転者支援装置2の制御装置7に電気的に接続されている。制御装置7は、デジタル信号プロセッサー又はマイクロコントローラを含むことができ、超音波センサ3、5を作動させるのに使用される。制御装置7は、超音波センサ3、5からの全ての受信信号も受信し、自動車1とその周囲に位置する障害物との間の距離を決定する基礎として、これらの信号を取り入れる。これらの距離に基づいて、制御装置7は、例えば、スピーカ8及び/又は視覚表示装置9(例えば、ディスプレイ)を作動させ得る。スピーカ8及び/又は表示装置9は、計測された距離を運転者に知らせるのに使用される。
もし必要であれば、運転者支援装置2は、自動又は半自動の駐車支援システムであってもよく、この駐車支援システムは、駐車スペースを自動的に検知し、自動車1が、経路に沿って自動的に又は半自律的に駐車スペースに誘導する、適切な駐車経路を自動的に算出するために使用される。全自動の駐車支援システムの場合、運転者支援装置2は、自動車1の縦方向の誘導及び横方向の誘導の両方を実施し、一方で、半自動システムの場合、運転者支援装置2は横方向の誘導のみを実施し、ゆえに、運転者自身が加速及びブレーキをかける必要があるが、自動で操舵される。運転者が、縦方向の誘導及び横方向の誘導の両方を、自身で実施しなければならないが、運転者支援装置2により、操舵に関するアドバイスが出力されるシステムもまた、知られている。
制御装置7は、超音波センサ3、5のそれぞれが、特定の又は所定の符号語が付された送信信号(超音波)を送信するように超音波センサ3、5を作動させ得る。このため、送信信号は、変調され、例えば、周波数変調及び/又は振幅変調される。以下、一実施形態に基づいた方法が、より詳細に説明されている。以下の説明は、単数の超音波センサ3、5に関するが、他の全ての超音波センサ3、5は、同じように動作されることも可能である。
超音波センサ3、5は、特定の態様で変調された送信信号を送信し、ゆえに、特定の符号語を識別子として備える。そして、この送信信号は、次の送信信号が実際に送信される前に、障害物で反射され、受信信号として超音波センサ3、5に戻る。超音波センサ3、5は、この受信信号を受信する。受信信号を復号化し、受信信号が当該超音波センサ3、5から来たか否か、を検証できるようにするため、受信信号は、基準信号、特に周波数シフトされた送信信号と相関され、この相関が相関信号を提供する。
例示的な受信信号UEつまり時刻tの経過に伴うその関数が、図2(上部)に示されている。この場合、第1のエコー10は、送信信号が送信されたときの超音波センサ3、5の振動版の振動に対応しており、それゆえに、第1のエコー10は、受信信号UEからの純粋な標的エコーではない。すなわち、エコー10は、所定期間継続する計測処理を開始するために、全体的に使用される。この期間又はこの所定の時間間隔の範囲内で、超音波センサ3、5は、標的エコーを受信し得る。このような標的エコーは図2の11に示されている。
もし、受信信号UEが基準信号と相関してれば、図2の下部に示されるように、相関信号UKを生成する。この相関信号UKは、最大値13を有する信号ピーク12の形を有する標的エコー11もまた、含んでいる。この標的エコー11の信号対雑音比は、把握される必要がある。しかしながら、この把握は、相関器の相関雑音又は固有の雑音14により、否定的な影響を受ける。なぜなら、この相関雑音14は、全雑音14a上に重なっているからである。もし信号対雑音比が、一方でレベル15又は最大値13と、他方で全雑音14aとの間の差として決定されたならば、相関雑音14は、実際の受信信号UEに含まれていないため、この決定は、不正確な結果となるであろう。
図2は、しきい値曲線16をさらに示している。このしきい値曲線16の重要性は、相関信号UKからの受信標的エコー11の振幅が、しきい値曲線16と比較されることであり、そのレベルがしきい値曲線16より高い場合にのみ、標的エコー11が、物体からの可能性があるエコーとしてさらに処理されることである。すなわち、しきい値曲線16は、標的エコー11を検知するのに使用される。
受信信号UEにおける現実の雑音の実際の値を決定するため、そして、実際の信号対雑音比を決定するため、図3及び4を参照にして、下記により詳細に説明される方法を、提案する。
この文脈において、図3は、外部雑音のない、相関信号UKの時間プロファイルを示している一方で、図4は、外部雑音の影響を受けた相関信号UKの時間プロファイルの一例を示している。実際の雑音を把握するため、相関信号UKは、連続して直接隣接する相関信号UKの信号区間を表す、複数の信号区間17aから17eに分割される。言い換えると、受信信号UEが受信された所定の計測時間間隔は、複数の時間間隔18aから18eに分割される。各時間間隔18aから18eにおいて、それぞれの信号区間17aから17eの、それぞれの極小値19aから19eが、リアルタイムで又は相関信号UKが提供される時に、検知される。そして、時間間隔18aから18eのどこで標的エコー11が検知されるかを決定する検証が行われる。図3及び図4に示された本実施形態の一例では、標的エコー11は、時間間隔18d内で検知される。時間間隔18d内にある、信号区間17dの極小値19dに対応する雑音値21を使用することにより、標的エコー11の信号対雑音比20が、決定される。さらに、標的エコー11の最大値22が決定される。そして、決定された信号対雑音比20は、一方では最大値22、他方では極小値21と、の間の差又は比率である。
時間間隔18aから18eのどの時間間隔が、検知された標的エコー11を含むか、又は、信号区間17aから17eのどの信号区間に、この標的エコー11が属しているかを、把握するため、標的エコー11の最大値、すなわち最大値22が、検知され得る。それゆえに、標的エコー11は、最大値22も含む信号区間17aから17eに属する。
図3から明らかなように、実際の雑音より明らかに大きい、相関雑音14aではなく、信号における実際の雑音を使用することで、信号対雑音比20は決定される。この相関雑音14aは、図4にもはっきりと見られる。
信号区間17aから17eの長さ又は時間間隔18aから18eの長さは、自動車1の運転中に設定されるのが好ましい。この場合、送信信号の時間的長さに基づいて、そして送信信号の符号化に使用される符号語の長さに基づいて、設定される。すなわち、時間間隔18aから18eの長さは、自動車1の運転中に変化する。この場合、全ての時間間隔18aから18eは、同じ長さであることが好ましい。特に、時間間隔18aから18eの数又は信号区間17aから17eの数は、一定に保たれる。
任意的ではあるが、信号対雑音比が決定される前に、相関信号UKは、ローパスフィルタによってフィルタリングされてもよい。すなわち、雑音値21は、フィルタリングされた信号において検知される。
任意的ではあるが、また、受信信号UEにおける平均の雑音を示す平均値は、全ての極小値19aから19eから算出されてもよい。この平均値は、雑音値21の、及び/又は信号対雑音比20の、実現性を実行するために使用され得る。一例として、把握された雑音値21が、平均値近傍の許容値の範囲内にあるかどうかの検証を含んでもよい。もし、値21が許容値の範囲外にあるならば、例えば、この計測は、破棄され又は実際の信号対雑音比20は、平均値に基づいて決定され得る。加えて又は代わりに、最大値22と平均値との間の比率として、平均値から基準比率を算出することも、また可能である。そして、把握された信号対雑音比20は、この基準比率と比較され、そして、把握された信号対雑音比20が、基準比率近傍の許容値の範囲内にあるかどうかの検証が可能である。この文脈において、もし、誤差が生じた場合、計測は破棄され又は基準比率は実際の信号対雑音比として使用され得る。

Claims (9)

  1. 自動車(1)の超音波センサ(3)から受信する受信信号(UE)からの標的エコー(11)の信号対雑音比(20)を決定する方法であって、
    送信信号が符号化された形式で送信され、
    前記受信信号(UE)は復号化され、復号化は、前記受信信号(UE)が、前記送信信号又は周波数シフトされた前記送信信号に対応する基準信号と相関されることを含んでおり、前記相関が、相関信号(UK)を提供し、
    前記標的エコー(11)が、前記相関信号(UK)において検知される、
    方法において、
    前記信号対雑音比(20)が、前記相関信号(UK)に基づいて、前記受信信号(UE)における雑音値(21)を決定することにより決定され、その際、前記相関信号(UK)を複数の信号区間(17aから17e)に分割し、前記複数の信号区間(17aから17e)のうちの前記標的エコー(11)の最大値(22)を含むただ1つの前記信号区間の信号値に基づいて、前記雑音値(21)を決定し、
    前記雑音値(21)は、前記標的エコー(11)の最大値(22)を含む前記信号区間(17aから17e)の極小値(19aから19e)である、ことを特徴とする方法。
  2. 前記信号対雑音比(20)が、一方で、前記相関信号(UK)における前記標的エコー(11)の最大値(22)と、他方で、前記雑音値(21)との間の差及び/又は比率として決定される、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記信号区間(17aから17e)の長さが、前記送信信号を符号化するのに使用される、符号語の符号の長さに基づいて規定される、ことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記複数の信号区間(17aから17e)が、それぞれの前記信号区間(17aから17e)に決定されたそれぞれの極小値(19aから19e)を有し、前記信号対雑音比(20)及び/又は前記雑音値(21)が、前記極小値(19aから19e)に基づいて、実現される、ことを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の方法。
  5. 前記複数の信号区間(17aから17e)が、それぞれの前記信号区間(17aから17e)に決定されたそれぞれの極小値(19aから19e)を有し、前記信号対雑音比(20)及び/又は前記雑音値(21)が、前記極小値(19aから19e)の平均値に基づいて、実現される、ことを特徴とする請求項3に記載の方法。
  6. 前記雑音値(21)が、ローパスフィルタによって前記相関信号(UK)をフィルタリングすることにより決定され、その際、フィルター信号を提供し、前記受信信号(UE)における前記雑音値(21)は、前記フィルター信号に基づいて決定される、ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の方法。
  7. 前記標的エコー(11)が、車両外物体で反射された前記送信信号の信号成分であるか、又は干渉エコーであるかどうかを決定する基礎として、前記信号対雑音比(20)が、取り入れられる、ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の方法。
  8. 自動車(1)の運転者支援装置(2)であって、
    少なくとも一つの超音波センサ(3)と制御装置(7)を備え、
    前記制御装置(7)は、符号化された送信信号を送信させるように前記超音波センサ(3)を作動するように設計され、前記超音波センサ(3)から受信する受信信号(UE)を、当該受信信号(UE)と前記送信信号又は周波数シフトされた前記送信信号に対応する基準信号を相関させることにより復号化するように設計され、その際、相関信号(UK)を提供するように設計されており、
    前記制御装置(7)はさらに、前記相関信号(UK)において検知される、標的エコー(11)の信号対雑音比(20)を決定するように設計されており、
    前記制御装置(7)は、前記相関信号(UK)に基づいた前記受信信号(UE)における雑音値(21)を決定することにより、前記信号対雑音比(20)を決定し、その際、前記相関信号(UK)を複数の信号区間(17aから17e)に分割し、前記複数の信号区間(17aから17e)のうちの前記標的エコー(11)の最大値(22)を含むただ1つの前記信号区間の信号値に基づいて、前記雑音値(21)を決定するように設計され、
    前記雑音値(21)は、前記標的エコー(11)の最大値(22)を含む前記信号区間(17aから17e)の極小値(19aから19e)である、
    ことを特徴とする自動車(1)の運転者支援装置(2)。
  9. 請求項8に記載の運転者支援装置(2)を備える、自動車(1)。
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