WO2019110541A1 - Verfahren zur abschätzung einer höhe eines objekts in einem umgebungsbereich eines kraftfahrzeugs mittels eines ultraschallsensors mit statistischer auswertung eines empfangssignals, steuergerät sowie fahrerassistenzsystem - Google Patents

Verfahren zur abschätzung einer höhe eines objekts in einem umgebungsbereich eines kraftfahrzeugs mittels eines ultraschallsensors mit statistischer auswertung eines empfangssignals, steuergerät sowie fahrerassistenzsystem Download PDF

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Maximilian Poepperl
Fabian Haag
Johannes PETZOLD
Stefan Wollny
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for estimating a height of an object in an environmental region of a motor vehicle, in which a
  • the present invention relates to a control device for a driver assistance system and a
  • the interest here is directed to ultrasonic sensors for motor vehicles.
  • ultrasonic sensors may be part of a driver assistance system, for example, which serves to assist a driver when driving the motor vehicle.
  • ultrasonic sensors are used to determine a distance to the object or to determine a relative position between the motor vehicle and the object. For this purpose, an ultrasound signal is emitted with the ultrasound sensor and the ultrasound signal reflected by the object is received again. Based on the transit time between the emission of the ultrasonic signal and the
  • the distance to the object can then be determined.
  • Ultrasonic sensors are also used to estimate the height of the object.
  • the distinction of high and low objects by means of the ultrasound signal is nowadays by the detection of multiple reflections.
  • the multiple reflection describes the case that the emitted ultrasonic signal is reflected both on the ground or the road surface and on the object. in the
  • Ultrasonic sensor detected with a threshold This threshold can be fixed be given or adaptively between individual measuring processes to the
  • the comparison of the received signal of the ultrasonic sensor with the threshold brings with it the disadvantage for this application that, for example, often very weak multiple reflections which are below the threshold value are not recognized and thus the object is erroneously classified as a low object. Furthermore, it may be the case that the direct reflection of the ultrasonic signal and the multiple reflection in the received signal overlap or overlap. There is a risk here that these will then be recognized as the only echo. The reliability of the high-low detection is thus low. In addition, the threshold-based method does not show robustness to special objects that cause two direct reflections.
  • EP 1 764 630 A1 describes a method for parking space determination for motor vehicles by means of a pulse / echo method using a
  • Ultrasonic sensor This is based on the detection of two echo signals as
  • Double echo whose time interval is smaller than a predetermined one another
  • Maximum distance is performed, a rating regarding the height of an object. In the case of the detection of a double echo, it is determined that the object has at least a minimum height. In the absence of the double echo, it is determined that the height of the object falls below the minimum height.
  • EP 1 643 271 B1 describes a method for classifying side boundaries of a parking space for a parking assistance system of a parking space
  • the amplitude of an echo pulse is compared with the predefinable threshold value. If the echo pulse exceeds the predefinable threshold value, a pulse length of the echo pulse is determined. Furthermore, the pulse length is stored with a stored table value to classify the
  • Pulse length characterizes a larger side boundary.
  • DE 10 201 1088 401 A1 discloses a method for operating a
  • Assistance system of a vehicle with at least one ultrasonic sensor It is provided that a control unit on the basis of the reflected ultrasonic signals performs a classification of the objects, wherein at slow speed and / or stoppage of the motor vehicle, the controller based on a rating of a Ratio of detected reflected ultrasonic signals with multiple echoes to the total number of detected reflected ultrasonic signals.
  • Height estimation of an object using an ultrasonic sensor can be performed more precisely.
  • Ultrasonic sensor for emitting an ultrasonic signal driven.
  • Receiving signal determined. Furthermore, it is checked in particular whether the
  • Receiving signal direct reflection of the ultrasonic signal to the object and / or a multiple reflection of the ultrasonic signal in which the ultrasonic signal is preferably reflected on a floor and on the object describes. Furthermore, the height of the object is estimated in particular on the basis of the check. In addition, it is preferably provided that at least one statistical characteristic of the received signal is determined. In addition, at least one feature of the received signal is preferably determined on the basis of the at least one statistical characteristic, and it is in particular checked on the basis of the at least one feature whether the received signal describes the direct reflection and / or the multiple reflection.
  • An inventive method is used to estimate a height of an object in an environmental region of a motor vehicle.
  • an ultrasonic sensor is driven to emit an ultrasonic signal.
  • a received signal is determined on the basis of the ultrasonic signal reflected on the object. Furthermore, it is checked whether the received signal is a direct reflection of the ultrasonic signal at the object and / or a multiple reflection of the ultrasonic signal, in which the
  • Ultrasonic signal is reflected on a floor and on the object describes.
  • the height of the object is then estimated based on the verification. It is provided that determines at least one statistical characteristic of the received signal is determined on the basis of the at least one statistical characteristic at least one feature of the received signal and is checked based on the at least one feature, whether the received signal describes the direct reflection and / or the multiple reflection.
  • Surrounding area of the motor vehicle is estimated.
  • it can be determined whether the object is a high object or a low object.
  • a low object can be such an object
  • the height of the object is preferably determined in the vertical direction of the motor vehicle. In a high object usually threatens the damage of the motor vehicle.
  • an ultrasound signal is emitted by the ultrasound sensor and the ultrasound signal reflected by the object is received again. On the basis of the received or reflected ultrasonic signal is then the
  • Receiving signal determined. It is then checked whether the received signal describes the direct reflection of the ultrasonic signal at the object and / or whether the received signal describes the multiple reflection of the ultrasonic signal.
  • the ultrasound signal emitted by the ultrasound sensor is reflected at the object and returns directly to the ultrasound sensor.
  • the emitted ultrasound signal initially strikes the ground or the road surface and is subsequently reflected by the object before it returns to the ultrasound sensor. If only a multiple reflection is detected in the received signal, it can be assumed that the object is a low object. If, in addition, the direct reflection of the ultrasonic signal in the received signal is detected, it can be assumed that a high object whose height corresponds to at least one installation height of the ultrasonic sensor.
  • At least one statistical parameter of the received signal is determined.
  • a feature is then determined which describes the received signal.
  • the statistical parameter may in particular be a statistical moment.
  • a plurality of statistical parameters are determined by the received signal and that respective features are derived therefrom.
  • the at least one feature describes the form or the shape of the received signal.
  • the at least one feature may describe the shape of the amplitude of the received signal as a function of time.
  • the deformation of the received signal is determined.
  • the deformation of the ultrasonic signal can thus be determined by the reflection at the object. It can thus be reliably determined whether the received signal describes a direct reflection and / or a multiple reflection. Based on the statistical evaluation
  • the height determination can be performed reliably and accurately.
  • a variance, a skewness and / or a curvature of the received signal is determined as the at least one statistical parameter.
  • a statistical moment can be determined which describes the shape of the received signal.
  • the received signal can describe an envelope or envelope of the time profile of the oscillation of the membrane.
  • the received signal may also describe a frequency spectrum of the vibration of the membrane.
  • the knowledge is used that the shape of the ultrasound signal optionally obtained after a preprocessing can be assumed to be Gaussian or normally distributed.
  • Ultrasonic pulses can be assumed to be Gaussian. This is due to the fact that for emitting the ultrasonic signal, the membrane of the
  • Ultrasonic sensor is excited to vibrate. This is initially one
  • the membrane then vibrates at a defined frequency until the vibration subsides.
  • similar signals can be obtained by the preprocessing Gauss, so that the method is not limited to pulse-shaped signals.
  • the variance describes the scattering of the reflected ultrasonic signal. The obliquity characterizes the type and strength of the Asymmetry of the received signal. On the basis of the curvature, the steepness
  • the estimation of the height is carried out on the basis of the at least one feature by means of a classification method.
  • the altitude determination may be performed based on the at least one feature by a classification method such as a k-nearest neighbor algorithm, a support vector machine, or the like.
  • the at least one feature may be compared to a plurality of reference features previously determined in experiments or in simulations. In other words, one can
  • Classification method can be used, which was previously trained accordingly. By utilizing the feature of a suitable classification method, the reliability and robustness of high-low detection can be significantly increased by using the ultrasonic sensor.
  • the received signal describes a time profile and / or a frequency spectrum of the object reflected on the object
  • the received signal can describe the time profile of the amplitude of the ultrasound signal reflected by the object.
  • the ultrasonic signal reflected from the object impinges on the membrane of the ultrasonic sensor, whereby a transducer element of the ultrasonic sensor is excited to vibrate.
  • the received signal from the transducer element for example in the form of a time-varying electrical voltage can be output.
  • the change in the pulse shape of the reflected ultrasound signal also has an effect on the
  • the received signal can also describe the frequency spectrum of the ultrasonic signal reflected on the object.
  • a distance between the ultrasonic sensor and the object is determined and the estimation of the height is carried out as a function of the distance.
  • the two types of echoes can be distinguished from each other. This means that the shape of the received signal changes depending on the distance. Therefore, it makes sense to evaluate the shape as a function of the measured object distance in order to be able to perform the height estimation more precisely.
  • a property of the object is determined on the basis of the at least one feature. On the basis of the at least one feature, it can be determined how the ultrasound signal is deformed by the reflection at the object. From this information about the property of the object, such as the reflection properties, a material or the like can be derived in an advantageous manner. Again, it may be provided that the feature is compared with at least one predetermined reference feature. Furthermore, a
  • Classification methods are used to determine the properties of the object
  • the object is assigned to a distance class as a function of the specific distance, and for the property to be determined as a function of the distance class.
  • the shape of the received signal is dependent on the distance between the ultrasonic sensor and the object. Therefore, it is provided that the object is assigned to a plurality of predetermined distance classes depending on the determined distance of a distance class.
  • the determination of the property can then be carried out according to the specifications of the distance class. Depending on the particular property of the object, then the estimate of the height can be performed become. This means that a multi-level high-low detection is performed. In this way, the estimation of the height of the object can be performed more precisely.
  • a property of the soil is determined, and the estimation of the height is performed based on the property of the soil.
  • the information about the distance between the ultrasonic sensor and the object can be used as prior knowledge.
  • additional information, such as the nature of the soil can be taken into account.
  • the soil condition can be determined, for example, on the basis of the received signal. It is also possible to use previous measurements made with the ultrasonic sensor in the surrounding area in order to determine the
  • the soil quality or the quality of the soil can describe whether the soil or the road surface is a paved road or a gravel road. Further, the property of the floor may indicate whether the road surface is wet or dry. For example, the property of the soil may be based on the
  • Damping of the received signal in comparison to the emitted ultrasonic signal or the excitation signal can be determined. Furthermore, provision may be made for different soil classes to be defined depending on the soil condition and the classification of the object and / or the high-low detection to be carried out as a function of the soil class. Also in this way, a multi-stage method for high-low detection can then be performed.
  • the received signal before the height is estimated, it is checked whether the received signal describes at least two direct reflections of the ultrasound signal on the object or whether the received signal describes the reflection of the ultrasound signal on the object and on another object. Also, different objects can produce receive signals that can only be classified poorly with previous methods. While multiple reflections usually have a greatly reduced reception amplitude, two direct reflections of an object often have only a small amount
  • the amplitudes of the respective echoes have substantially the same amplitude. Based on this information, either special Objects or two closely spaced objects previously detected. This information can then be taken into account in the high-low detection.
  • control unit can with at least one
  • Ultrasonic sensor for data transmission to be connected.
  • an excitation signal can be transmitted to the ultrasonic sensor, as a result of which the ultrasonic signal is transmitted with the ultrasonic sensor.
  • the received signal can be determined and transmitted to the control unit.
  • This received signal can then be evaluated by the control unit and the above-described high-low detection be performed.
  • An inventive driver assistance system for a motor vehicle comprises an inventive control device and at least one ultrasonic sensor. It may be provided that an output to the driver is output by means of the driver assistance system or an output device of the driver assistance system, which describes whether the object is a high object or a low object. It can also be provided that the
  • the motor vehicle in response to the high-low detection at least semi-autonomously maneuvered.
  • a motor vehicle according to the invention comprises an inventive
  • the motor vehicle is designed in particular as a passenger car. It can also be provided that the motor vehicle is designed as a commercial vehicle.
  • the invention also includes a computer program product with program code means which are stored in a computer-readable medium in order to carry out the method according to the invention and the advantageous embodiments thereof when the computer program product is processed on a processor of an electronic control unit and / or an ultrasound sensor.
  • a further aspect of the invention relates to a computer-readable medium, in particular in the form of a computer-readable floppy disk, CD, DVD, memory card, USB memory unit, or the like, in which the program code means are stored To carry out the method and the advantageous embodiments thereof, if the
  • Program code means are loaded into a memory of an electronic control unit and / or an ultrasonic sensor and processed on a processor of the electronic control unit and / or the ultrasonic sensor.
  • Embodiments and their advantages apply correspondingly to the ultrasonic sensor device according to the invention, to the driver assistance system according to the invention, to the motor vehicle according to the invention for the computer program product according to the invention and to the computer-readable medium according to the invention.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle with a driver assistance system, which a
  • FIG. 2 shows the motor vehicle of FIG. 1 in a side view, wherein a direct
  • FIG. 3 shows a received signal which is determined with the ultrasonic sensor on the basis of the ultrasonic signal reflected by the object;
  • Fig. 7 is a diagram for explaining a multi-level estimation of the height of the object.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle 1, which is designed as a passenger car, in a plan view.
  • the motor vehicle 1 comprises a driver assistance system 2, which serves to assist a driver when driving the motor vehicle 1.
  • the driver assistance system 2 can be designed as a parking aid system, by means of which the driver can be supported when parking the motor vehicle 1 in a parking space and / or when parking out of the parking space.
  • the driver assistance system 2 comprises at least one ultrasound sensor 4.
  • the driver assistance system 2 comprises twelve
  • Ultrasonic sensors 4 There are six ultrasonic sensors 4 in a front area. 6 of the motor vehicle 1 and six ultrasonic sensors 4 are arranged in a rear region 7 of the motor vehicle 1.
  • the ultrasonic sensors 4 may in particular be mounted on the bumpers of the motor vehicle 1. In this case, the ultrasonic sensors 4 at least partially in corresponding recesses or
  • the bumper Through openings of the bumper may be arranged. It can also be provided that the ultrasonic sensors 4 are arranged hidden behind the bumpers.
  • the ultrasonic sensors 4 can also be arranged in further trim parts of the motor vehicle 1.
  • the ultrasonic sensors 4 may be arranged on or hidden behind the doors of the motor vehicle 1.
  • reception signals 5 which comprise at least one object 8 in a surrounding area 9 of the
  • Motor vehicle 1 describe.
  • an ultrasound signal can be transmitted with each of the ultrasound sensors 4. Following this, the ultrasound signal reflected by the object 8 can be received again.
  • a distance between the ultrasonic sensor 4 and the object 8 can then be determined. It can also be provided that the respective distances, with the different
  • Ultrasonic sensors 4 are determined to be considered. Thus, by means of trilateration, the relative position between the motor vehicle 1 and the object 8 can be determined.
  • the driver assistance system 2 comprises an electronic control unit 3, which is connected to the ultrasonic sensors 4 for data transmission.
  • the received signals 5 provided with the respective ultrasonic sensors 4 can be transmitted to the controller 3. Based on the received signals 5, the control unit 3 can then check whether the object 8 is located in the surrounding area 9 and at which position the object 8 is located. This information can then be obtained from the
  • Driver assistance system 2 can be used to issue an output to the driver of
  • Driver assistance system 2 in a steering, a braking system and / or a
  • FIG. 2 shows the motor vehicle 1 according to FIG. 1 in a side view.
  • the object 8 can be seen, which is in the forward direction of travel in front of the motor vehicle 1.
  • the object 8 is in the present case a tall object. If with the
  • Ultrasound sensor 4 the ultrasonic signal is emitted, there is a direct reflection of the ultrasonic signal to the object 8.
  • the emitted ultrasonic signal first strikes the object 8 and is directly reflected by this again to the ultrasonic sensor 4. This is illustrated in the present case by the arrows 10.
  • there is a multiple reflection of the emitted ultrasonic signal which is illustrated here by the arrows 11.
  • the ultrasound signal emitted by the ultrasound sensor 4 is first reflected at a bottom 12 or the road surface, then passes to the object 8 and is from the object 8 to the
  • Ultrasonic sensor 4 reflected. If both a direct reflection and a multiple reflection are received by the emitted ultrasonic signal, it can be assumed that the object 8 is a high object. If only the multiple reflection of the ultrasonic signal is detected in the received signal 5, it can be assumed that the object 8 is a low object. The direct reflection of the ultrasonic signal and the multiple reflection of the ultrasonic signal can be superimposed in the received signal 5. The aim now is to reliably detect whether the received signal 5 describes a direct reflection and / or a multiple reflection.
  • FIG. 3 shows an unadulterated received signal.
  • the time t is plotted on the abscissa, which also describes the distance to the object 8.
  • the amplitude A of the received signal 5 is plotted. It can be seen here that the received signal 5 has a maximum M.
  • the received signal 5 is formed substantially Gauss shaped.
  • the shape of the received signal 5 essentially corresponds to the shape of the time profile of the emitted ultrasonic signal.
  • the received signal 5 describes an envelope of the oscillation of the
  • FIG. 4 shows a received signal 5, which describes the superimposition of a direct reflection of the ultrasonic signal and of the multiple reflection.
  • the received signal 5 has a relatively high variance.
  • Receiving signal 5 has a first maximum M, which is to be assigned to the direct reflection of the ultrasonic signal.
  • the received signal M has a further maximum M ', which is to be assigned to the multiple reflection of the ultrasonic signal.
  • FIG. 5 describes a further received signal, which has an increased skewness.
  • the received signal 5 is formed right-skewed.
  • Fig. 6 shows a received signal 5 with an increased curvature.
  • the received signal 5 is formed flachgipflig.
  • the received signals in FIGS. 4 to 6 describe typical deformations of the
  • Receive signal 5 which can occur through the superposition of direct reflection and multiple reflection. These deformations can be done using the
  • FIG. 7 shows a schematic diagram. It is initially provided that based on the measurement with the ultrasonic sensor
  • the object 8 is detected and the distance between the ultrasonic sensor 4 and the object 8 is determined. Depending on the particular distance, the object can then be assigned to a distance class a1, a2, a3. In the present example three different distance classes a1, a2, a3 are defined. Within the respective distance class a1, a2, a3, the type of the object 8 or the property of the object 8 can then be determined. This information about the object 8 can be determined on the basis of the received signal 5. For example, the properties of the object 8 may describe the reflection properties, the material and / or the shape of the object 8. In the present case, the object 8 is assigned, for example, to a first type T1 or a second type T2. This assignment takes place in the respective distance class a1, a2, a3. After the object 8 has been assigned to one of the types T1 or T2, the features of the received signal 5 are then determined on the basis of the statistical parameters. Thus, it can be detected whether the received signal
  • the object 8 is then recognized as high H or as low L.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung einer Höhe eines Objekts (8) in einem Umgebungsbereich (9) eines Kraftfahrzeugs (1), bei welchem ein Ultraschallsensor (4) zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert wird, anhand des an dem Objekt (8) reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal (5) bestimmt wird, überprüft wird, ob das Empfangssignal (5) eine direkte Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt (8) und/oder eine Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals, bei welcher das Ultraschallsignal an einem Boden (12) und an dem Objekt (8) reflektiert wird, beschreibt und die Höhe des Objekts (8) anhand der Überprüfung abgeschätzt wird, wobei zumindest eine statistische Kenngröße des Empfangssignals (5) bestimmt wird, anhand der zumindest einen statistischen Kenngröße zumindest ein Merkmal bestimmt wird, welches eine Form des Empfangssignals (5) beschreibt, und anhand des zumindest einen Merkmals überprüft wird, ob das Empfangssignal (5) die direkte Reflexion und/oder die Mehrfachreflexion beschreibt.

Description

Verfahren zur Abschätzung einer Höhe eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs mittels eines Ultraschallsensors mit statistischer Auswertung eines
Empfangssignals, Steuergerät sowie Fahrerassistenzsystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung einer Höhe eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein
Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert wird, anhand des an dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt wird, überprüft wird, ob das Empfangssignal eine direkte Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt und/oder eine Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals, bei welcher das Ultraschallsignal an einem Boden und an dem Objekt reflektiert wird, beschreibt und die Höhe des Objekts anhand der Überprüfung abgeschätzt wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät für ein Fahrerassistenzsystem sowie ein
Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug.
Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensoren für Kraftfahrzeuge.
Derartige Ultraschallsensoren können beispielsweise Teil eines Fahrerassistenzsystems sein, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs zu unterstützen. Insbesondere werden Ultraschallsensoren dazu verwendet, einen Abstand zu dem Objekt zu bestimmen beziehungsweise eine relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt zu ermitteln. Hierzu wird mit dem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet und das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem
Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals kann dann der Abstand zu dem Objekt bestimmt werden.
Ultraschallsensoren werden auch dazu verwendet, die Höhe des Objekts abzuschätzen. Die Unterscheidung von hohen und niedrigen Objekten mittels des Ultraschallsignals erfolgt heutzutage durch die Detektion von Mehrfachreflexionen. Dabei beschreibt die Mehrfachreflexion den Fall, dass das ausgesendete Ultraschallsignal sowohl an dem Boden beziehungsweise der Fahrbahn als auch an dem Objekt reflektiert wird. Im
Vergleich hierzu wird bei einer direkten Reflexion das ausgesendete Ultraschallsignal nur an dem Objekt reflektiert. Sowohl die Mehrfachreflexion als auch die direkte Reflexion werden - soweit vorhanden - durch den Vergleich des Empfangssignals des
Ultraschallsensors mit einem Schwellwert detektiert. Dieser Schwellwert kann fest vorgegeben werden oder zwischen einzelnen Messvorgängen adaptiv an das
Messszenario angepasst werden.
Der Vergleich des Empfangssignals des Ultraschallsensors mit dem Schwellwert bringt für diese Anwendung den Nachteil mit sich, dass zum Beispiel häufig sehr schwache Mehrfachreflexionen, die unter dem Schwellwert liegen, nicht erkannt werden und somit das Objekt fälschlicherweise als niedriges Objekt eingestuft wird. Ferner kann es der Fall sein, dass sich die direkte Reflexion des Ultraschallsignals und die Mehrfachreflexion in dem Empfangssignal überlagern beziehungsweise überschneiden. Hier besteht die Gefahr, dass diese dann als einziges Echo erkannt werden. Die Zuverlässigkeit der Hoch- Tief-Erkennung ist somit gering. Zusätzlich zeigt das schwellenbasierte Verfahren keine Robustheit gegenüber speziellen Objekten, welche zwei direkte Reflexionen verursachen.
Hierzu beschreibt die EP 1 764 630 A1 ein Verfahren zur Parklückenbestimmung für Kraftfahrzeuge mittels eines Puls-/Echoverfahrens unter Verwendung eines
Ultraschallsensors. Hierbei wird anhand der Detektion von zwei Echosignalen als
Doppelecho, deren zeitlicher Abstand zueinander kleiner als ein vorbestimmter
Maximalabstand ist, eine Bewertung hinsichtlich der Höhe eines Objekts durchgeführt. Dabei wird bei der Detektion eines Doppelechos festgelegt, dass das Objekt zumindest eine Mindesthöhe aufweist. Beim Fehlen des Doppelechos wird festgestellt, dass die Höhe des Objekts die Mindesthöhe unterschreitet.
Darüber hinaus beschreibt die EP 1 643 271 B1 ein Verfahren zum Klassifizieren von Seitenbegrenzungen einer Parklücke für ein Einparkassistenzsystem eines
Kraftfahrzeugs. Hierbei wird die Amplitude eines Echoimpulses mit dem vorgebbaren Schwellenwert verglichen. Falls der Echoimpuls den vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, wird eine Impulslänge des Echoimpulses ermittelt. Des Weiteren wird die Impulslänge mit einem gespeicherten Tabellenwert zum Klassifizieren der
Seitenbegrenzung verglichen. Hierbei kann angenommen werden, dass eine kleine Impulslänge einer niedrigen Seitenbegrenzung entspricht und dass eine große
Impulslänge eine größere Seitenbegrenzung charakterisiert.
Ferner offenbart die DE 10 201 1 088 401 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines
Assistenzsystems eines Fahrzeugs mit mindestens einem Ultraschallsensor. Dabei ist es vorgesehen, dass ein Steuergerät anhand der reflektierten Ultraschallsignale eine Klassifizierung der Objekte durchführt, wobei bei langsamer Fahrt und/oder Stillstand des Kraftfahrzeugs das Steuergerät die Klassifizierung anhand einer Bewertung eines Verhältnisses von detektierten reflektierten Ultraschallsignalen mit Mehrfachechos zur Gesamtzahl an detektierten reflektierten Ultraschallsignalen durchführt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine
Höhenabschätzung eines Objekts mithilfe eines Ultraschallsensors präziser durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch ein Steuergerät, durch ein Fahrerassistenzsystem, durch ein Computerprogrammprodukt sowie durch ein computerlesbares Medium mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Abschätzung einer Höhe eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs wird bevorzugt ein
Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert. Darüber hinaus wird bevorzugt anhand des an dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals ein
Empfangssignal bestimmt. Des Weiteren wird insbesondere überprüft, ob das
Empfangssignal eine direkte Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt und/oder eine Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals, bei welcher das Ultraschallsignal bevorzugt an einem Boden und an dem Objekt reflektiert wird, beschreibt. Ferner wird die Höhe des Objekts insbesondere anhand der Überprüfung abgeschätzt. Darüber hinaus ist es bevorzugt vorgesehen, dass zumindest eine statistische Kenngröße des Empfangssignals bestimmt wird. Darüber hinaus wird bevorzugt anhand der zumindest einen statistischen Kenngröße zumindest ein Merkmal des Empfangssignals bestimmt und anhand des zumindest einen Merkmals wird insbesondere überprüft, ob das Empfangssignal die direkte Reflexion und/oder die Mehrfachreflexion beschreibt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Abschätzung einer Höhe eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird ein Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert. Ferner wird anhand des an dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt. Des Weiteren wird überprüft, ob das Empfangssignal eine direkte Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt und/oder eine Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals, bei welcher das
Ultraschallsignal an einem Boden und an dem Objekt reflektiert wird, beschreibt. Die Höhe des Objekts wird dann anhand der Überprüfung abgeschätzt. Dabei ist es vorgesehen, dass zumindest eine statistische Kenngröße des Empfangssignals bestimmt wird, anhand der zumindest einen statistischen Kenngröße zumindest ein Merkmal des Empfangssignals bestimmt wird und anhand des zumindest einen Merkmals überprüft wird, ob das Empfangssignal die direkte Reflexion und/oder die Mehrfachreflexion beschreibt.
Mithilfe des Verfahrens soll die Höhe des Objekts, welches sich in dem
Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs befindet, abgeschätzt werden. Somit kann beispielsweise ermittelt werden, ob es sich bei dem Objekt um ein hohes Objekt oder um ein niedriges Objekt handelt. Ein niedriges Objekt kann ein derartiges Objekt
beschreiben, welches beispielsweise von dem Kraftfahrzeug überfahren werden kann, ohne dass eine Beschädigung des Kraftfahrzeugs droht. Die Höhe des Objekts wird bevorzugt in Hochrichtung des Kraftfahrzeugs bestimmt. Bei einem hohen Objekt droht üblicherweise die Beschädigung des Kraftfahrzeugs. Zur Abschätzung der Höhe des Objekts wird mit dem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet und das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen. Auf Grundlage des empfangenen beziehungsweise reflektierten Ultraschallsignals wird dann das
Empfangssignal bestimmt. Danach wird überprüft, ob das Empfangssignal die direkte Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt und/oder ob das Empfangssignal die Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals beschreibt. Bei der direkten Reflexion des Ultraschallsignals wird das von dem Ultraschallsensor ausgesendete Ultraschallsignal an dem Objekt reflektiert und gelangt auf direktem Weg wieder zu dem Ultraschallsensor zurück. Bei der Mehrfachreflexion trifft das ausgesendete Ultraschallsignal zunächst auf den Boden beziehungsweise die Fahrbahnoberfläche auf und wird anschließend von dem Objekt reflektiert, bevor es wieder zu dem Ultraschallsensor zurück gelangt. Wenn nur eine Mehrfachreflexion in dem Empfangssignal erkannt wird, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Objekt um ein niedriges Objekt handelt. Wenn zusätzlich auch die direkte Reflexion des Ultraschallsignals in dem Empfangssignal erkannt wird, kann von einem hohen Objekt ausgegangen werden, dessen Höhe zumindest einer Einbauhöhe des Ultraschallsensors entspricht.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass zumindest eine statistische Kenngröße des Empfangssignals bestimmt wird. Auf
Grundlage dieser statistischen Kenngröße wird dann ein Merkmal bestimmt, welches das Empfangssignal beschreibt. Bei der statistischen Kenngröße kann es sich insbesondere um ein statistisches Moment handeln. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass von dem Empfangssignal mehrere statistische Kenngrößen bestimmt werden und hieraus jeweilige Merkmale abgeleitet werden. Das zumindest eine Merkmal beschreibt die Form beziehungsweise die Formgebung des Empfangssignals. Beispielsweise kann das zumindest eine Merkmal die Form der Amplitude des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Zeit beschreiben. Auf Grundlage des zumindest einen Merkmals wird es ermöglicht, dass die Verformung des Empfangssignals bestimmt wird. Somit kann beispielsweise auf Grundlage des Merkmals bestimmt werden, wie sich die Form des Empfangssignals, welches das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, zu dem ausgesendeten Ultraschallsignal beziehungsweise einem Anregungssignal, mittels welchem der Ultraschallsensor zum Aussenden des Ultraschallsignals angeregt wird, verändert hat. Anhand der statistischen Auswertung kann somit die Verformung des Ultraschallsignals durch die Reflexion an dem Objekt bestimmt werden. Damit kann auf zuverlässige Weise bestimmt werden, ob das Empfangssignal eine direkte Reflexion und/oder eine Mehrfachreflexion beschreibt. Anhand der statistischen
Signaleigenschaften des Empfangssignals und der Nutzung des zumindest einen Merkmals kann die Höhenbestimmung auf zuverlässige Weise und präzise durchgeführt werden.
Bevorzugt wird als die zumindest eine statistische Kenngröße eine Varianz, eine Schiefe und/oder eine Wölbung des Empfangssignals bestimmt. Grundsätzlich kann also ein statistisches Moment bestimmt werden, welches die Form des Empfangssignals beschreibt. Das Empfangssignal kann insbesondere eine Hüllkurve beziehungsweise Einhüllende des zeitlichen Verlaufs der Schwingung der Membran beschreiben. Das Empfangssignal kann auch ein Frequenzspektrum der Schwingung der Membran beschreiben. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass die Form des gegebenenfalls nach einer Vorverarbeitung erhaltenen Ultraschallsignals als Gauß-förmig oder normal verteilt angenommen werden kann. Ein ausgesendetes Ultraschallsignal in Form eines
Ultraschallpulses kann als Gauß-förmig angenommen werden. Dies ist dadurch begründet, dass zum Aussenden des Ultraschallsignals die Membran des
Ultraschallsensors zum Schwingen angeregt wird. Dabei liegt zunächst ein
Einschwingvorgang vor, bei welchem die Schwingungsamplitude erhöht wird.
Anschließend schwingt dann die Membran mit einer definierten Frequenz, bis die Schwingung wieder abklingt. Bei anderen Signalformen des Ultraschallsignals, beispielsweise bei Pulsfolgen oder dergleichen, können durch die Vorverarbeitung Gauß ähnliche Signale erhalten werden, sodass das Verfahren nicht nur auf pulsförmige Signale beschränkt ist. Wenn nun ein statistisches Moment dieser Schwingung beziehungsweise einer Hüllkurve dieser Schwingung bestimmt wird, kann die Verformung auf einfache Weise bestimmt werden. Dabei beschreibt die Varianz die Streuung des reflektierten Ultraschallsignals. Die Schiefe kennzeichnet die Art und Stärke der Asymmetrie des Empfangssignals. Anhand der Wölbung kann die Steilheit
beziehungsweise Spitzigkeit des Empfangssignals ermittelt werden. Grundsätzlich können aber auch andere statistische Momente oder statistische Kenngrößen zur Bestimmung der Verformung des Empfangssignals herangezogen werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass sich bei einer hohen Varianz beispielsweise auch Änderungen der Schiefe und der Wölbung ergeben, sodass die Überlagerung der direkten Reflexion und der Mehrfachreflexion stets auch Auswirkungen auf mehrere Merkmale besitzt. Diese Merkmalskombinationen können dann zur Charakterisierung des Empfangssignals herangezogen werden.
Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Abschätzung der Höhe anhand des zumindest einen Merkmals mittels eines Klassifizierungsverfahrens durchgeführt wird. Die Höhenbestimmung kann auf Grundlage des zumindest einen Merkmals mittels eines Klassifizierungsverfahrens, wie beispielsweise eines k-Nearest-Neighbor-Algorithmus (k- nächste-Nachbarn-Algorithmus), einer Support Vector Machine (Stützvektormaschine) oder dergleichen durchgeführt werden. Bei der Klassifizierung kann das zumindest eine Merkmal mit einer Mehrzahl von Referenz-Merkmalen verglichen werden, die zuvor in Versuchen oder in Simulationen bestimmt wurden. Mit anderen Worten kann ein
Klassifizierungsverfahren verwendet werden, welches zuvor entsprechend trainiert wurde. Durch die Nutzung des Merkmals eines geeigneten Klassifikationsverfahrens kann die Zuverlässigkeit und Robustheit der Hoch-Tief-Erkennung mithilfe des Ultraschallsensors signifikant gesteigert werden.
In einer weiteren Ausführungsform beschreibt das Empfangssignal einen zeitlichen Verlauf und/oder ein Frequenzspektrum des an dem Objekt reflektierten
Ultraschallsignals. Beispielsweise kann das Empfangssignal den zeitlichen Verlauf der Amplitude des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals beschreiben. Das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal trifft auf die Membran des Ultraschallsensors, wodurch ein Wandlerelement des Ultraschallsensors zu Schwingungen angeregt wird. In diesem Fall kann das Empfangssignal von dem Wandlerelement, beispielsweise in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung, ausgegeben werden. Die Änderung der Pulsform des reflektierten Ultraschallsignals hat auch Auswirkungen auf das
Frequenzspektrum des Signals. Aufgrund der Annahme des annähernd Gauß-förmigen Pulses kann auch im Frequenzspektrum eine Gauß-glocke angenommen werden. Durch die Verformung im Zeitbereich entsteht ebenfalls eine Verformung des
Frequenzspektrums, die mithilfe der statistischen Momente beschrieben werden kann. Daher kann das Empfangssignal auch das Frequenzspektrum des an dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals beschreiben.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt bestimmt wird und die Abschätzung der Höhe in Abhängigkeit von dem Abstand durchgeführt wird. Die Laufzeitdifferenz zwischen den Mehrfachreflexionen, die typischerweise über den Boden erfolgen, und den direkten Reflexionen, die
ausschließlich am Objekt reflektiert werden, zeigen ein abstandsabhängiges Verhalten. Während bei weit entfernten Objekten die Laufzeitdifferenz zwischen den beiden Echotypen gering ausfällt, steigt diese bei nahen Abständen deutlich an. Bei fernen Objekten führt dies zu einer Überlappung der Echotypen, sodass keine zwei separaten Echos erkennbar sein können. Bei nahen Objekten, bei denen die Echos
Laufzeitdifferenzen aufweisen können, können die zwei Echotypen voneinander unterschieden werden. Dies bedeutet, dass sich die Form des Empfangssignals in Abhängigkeit von dem Abstand ändert. Daher ist es sinnvoll, die Form in Abhängigkeit von dem gemessenen Objektabstand zu bewerten, um die Höhenschätzung präziser durchführen zu können.
In einer weiteren Ausgestaltung wird anhand des zumindest einen Merkmals eine Eigenschaft des Objekts bestimmt. Anhand des zumindest einen Merkmals kann bestimmt werden, wie das Ultraschallsignal durch die Reflexion an dem Objekt verformt wird. Hieraus können in vorteilhafter Weise Informationen über die Eigenschaft des Objekts, beispielsweise die Reflexionseigenschaften, ein Material oder dergleichen abgeleitet werden. Auch hier kann es vorgesehen sein, dass das Merkmal mit zumindest einem vorbestimmten Referenz-Merkmal verglichen wird. Ferner kann ein
Klassifizierungsverfahren genutzt werden, um die Eigenschaften des Objekts
beziehungsweise einen Objekttyp bestimmen zu können.
Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das Objekt in Abhängigkeit von dem bestimmten Abstand einer Abstandsklasse zugeordnet wird und die Bestimmung der Eigenschaft des Objekts in Abhängigkeit von der Abstandsklasse durchgeführt wird. Wie bereits erläutert, ist die Form des Empfangssignals abhängig von dem Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt. Daher ist es vorgesehen, dass das Objekt in Abhängigkeit von dem bestimmten Abstand einer Abstandsklasse einer Mehrzahl von vorbestimmten Abstandsklassen zugeordnet wird. Die Bestimmung der Eigenschaft kann dann nach Vorgaben der Abstandsklasse durchgeführt werden. In Abhängigkeit von der bestimmten Eigenschaft des Objekts kann dann die Abschätzung der Höhe durchgeführt werden. Dies bedeutet also, dass eine mehrstufige Hoch-Tief-Erkennung durchgeführt wird. Auf diese Weise kann die Abschätzung der Höhe des Objekts präziser durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Eigenschaft des Bodens bestimmt und die Abschätzung der Höhe wird anhand der Eigenschaft des Bodens durchgeführt. Wie bereits erläutert, kann die Information über den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt als Vorwissen verwendet werden. Ferner können auch zusätzliche Informationen, wie beispielsweise die Bodenbeschaffenheit, berücksichtigt werden. Die Bodenbeschaffenheit kann beispielsweise auf Grundlage des Empfangssignals bestimmt werden. Es können auch vorhergehende Messungen, die mit dem Ultraschallsensor in dem Umgebungsbereich durchgeführt wurden, herangezogen werden, um die
Bodenbeschaffenheit zu bestimmen. Die Bodenbeschaffenheit beziehungsweise die Eigenschaft des Bodens kann beschreiben, ob es sich bei dem Boden beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche um eine asphaltierte Straße oder um einen Schotterweg handelt. Ferner kann die Eigenschaft des Bodens angeben, ob die Fahrbahnoberfläche nass oder trocken ist. Beispielsweise kann die Eigenschaft des Bodens auf Grundlage der
Dämpfung des Empfangssignals im Vergleich zu dem ausgesendeten Ultraschallsignal beziehungsweise dem Anregungssignal ermittelt werden. Ferner kann es vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit verschiedene Bodenklassen definiert werden und die Klassifizierung des Objekts und/oder die Hoch-Tief-Erkennung in Abhängigkeit von der Bodenklasse durchgeführt werden. Auch auf diese Weise kann dann ein mehrstufiges Verfahren zur Hoch-Tief-Erkennung durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird vor der Abschätzung der Höhe überprüft, ob das Empfangssignal zumindest zwei direkte Reflexionen des Ultraschallsignals an dem Objekt beschreibt oder ob das Empfangssignal die Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt und einem weiteren Objekt beschreibt. Auch verschiedene Objekte können Empfangssignale erzeugen, die nur schlecht mit bisherigen Verfahren klassifiziert werden können. Während Mehrfachreflexionen meist eine stark reduzierte Empfangsamplitude aufweisen, besitzen zwei direkte Reflexionen eines Objekts oft nur geringe
Amplitudendifferenzen. Dies stellt nur eine Möglichkeit zur Unterscheidung von Objekten im Vorfeld der Höhenschätzung dar. Ferner kann überprüft werden, ob das
Empfangssignal die Reflexion des ausgesendeten Ultraschallsignals an zwei
verschiedenen Objekten beschreibt, die beispielsweise nahe beieinander angeordnet sind. In diesem Fall weisen die Amplituden der jeweiligen Echos im Wesentlichen die gleiche Amplitude auf. Auf Grundlage dieser Informationen können entweder spezielle Objekte oder zwei nahe beieinander angeordnete Objekte zuvor erkannt werden. Diese Informationen können dann bei der Hoch-Tief-Erkennung berücksichtigt werden.
Ein erfindungsgemäßes Steuergerät für ein Fahrerassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften
Ausgestaltungen davon ausgelegt. Das Steuergerät kann mit zumindest einem
Ultraschallsensor zur Datenübertragung verbunden sein. Mithilfe des Steuergeräts kann ein Anregungssignal an den Ultraschallsensor übertragen werden, infolge dessen mit dem Ultraschallsensor das Ultraschallsignal ausgesendet wird. Ferner kann mit dem Ultraschallsensor beim Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals das Empfangssignal bestimmt werden und an das Steuergerät übertragen werden.
Dieses Empfangssignal kann dann mit dem Steuergerät ausgewertet werden und die zuvor beschriebene Hoch-Tief-Erkennung durchgeführt werden.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Steuergerät sowie zumindest einen Ultraschallsensor. Dabei kann es vorgesehen sein, dass mittels des Fahrerassistenzsystems beziehungsweise einer Ausgabeeinrichtung des Fahrerassistenzsystems eine Ausgabe an den Fahrer ausgegeben wird, welche beschreibt, ob es sich bei dem Objekt um ein hohes Objekt oder um ein niedriges Objekt handelt. Es kann auch vorgesehen sein, dass das
Fahrerassistenzsystem das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der Hoch-Tief-Erkennung zumindest semi-autonom manövriert.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes
Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.
Zur Erfindung gehört auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor eines elektronischen Steuergeräts und/oder eines Ultraschallsensors abgearbeitet wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, insbesondere in Form einer computerlesbaren Diskette, CD, DVD, Speicherkarte, USB-Speichereinheit, oder ähnlichen, in dem Programmcodemittel gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhafte Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn die
Programmcodemittel in einen Speicher eines elektronischen Steuergeräts und/oder eines Ultraschallsensors geladen und auf einem Prozessor des elektronischen Steuergeräts und/oder des Ultraschallsensors abgearbeitet werden.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten
Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug für das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt sowie für das erfindungsgemäße computerlesbare Medium.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte
Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem, welches eine
Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist; Fig. 2 das Kraftfahrzeug gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht, wobei eine direkte
Reflexion und eine Mehrfachreflexion eines mit einem Ultraschallsensor ausgesendeten Ultraschallsignals dargestellt sind;
Fig. 3 ein Empfangssignal, welches mit dem Ultraschallsensor anhand des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals bestimmt wird;
Fig. 4 ein Empfangssignal, welches eine Überlagerung einer direkten Reflexion und einer Mehrfachreflexion beschreibt, wobei das Empfangssignal eine hohe Varianz aufweist;
Fig. 5 ein Empfangssignal, welches die Überlagerung der direkten Reflexion und der Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals beschreibt, wobei das Empfangssignal eine erhöhte Schiefe aufweist;
Fig. 6 ein Empfangssignal, welches die Überlagerung der direkten Reflexion und der Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals beschreibt, wobei das Empfangssignal eine erhöhte Wölbung aufweist; und
Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung einer mehrstufigen Abschätzung der Höhe des Objekts.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 , welches als Personenkraftwagen ausgebildet ist, in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem 2 als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem der Fahrer beim Einparken des Kraftfahrzeugs 1 in eine Parklücke und/oder beim Ausparken aus der Parklücke unterstützt werden kann.
Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst zumindest einen Ultraschallsensor 4. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Fahrerassistenzsystem 2 zwölf
Ultraschallsensoren 4. Dabei sind sechs Ultraschallsensoren 4 in einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 und sechs Ultraschallsensoren 4 in einem Heckbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 4 können insbesondere an den Stoßfängern des Kraftfahrzeugs 1 montiert sein. Dabei können die Ultraschallsensoren 4 zumindest bereichsweise in entsprechenden Ausnehmungen beziehungsweise
Durchgangsöffnungen der Stoßfänger angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensoren 4 verdeckt hinter den Stoßfängern angeordnet sind.
Grundsätzlich können die Ultraschallsensoren 4 auch in weiteren Verkleidungsteilen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Beispielsweise können die Ultraschallsensoren 4 an oder verdeckt hinter den Türen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.
Mithilfe der jeweiligen Ultraschallsensoren 4 können Empfangssignale 5 bereitgestellt werden, welche zumindest ein Objekt 8 in einem Umgebungsbereich 9 des
Kraftfahrzeugs 1 beschreiben. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in dem
Umgebungsbereich 9 gezeigt. Zum Bestimmen des Empfangssignals 5 kann mit jedem der Ultraschallsensoren 4 ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Im Anschluss daran kann das von dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen werden.
Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem
Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals kann dann ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Abstände, die mit den unterschiedlichen
Ultraschallsensoren 4 bestimmt werden, berücksichtigt werden. Somit kann mittels Trilateration die relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt 8 bestimmt werden.
Des Weiteren umfasst das Fahrerassistenzsystem 2 ein elektronisches Steuergerät 3, welches mit den Ultraschallsensoren 4 zur Datenübertragung verbunden ist.
Entsprechende Datenleitungen beziehungsweise ein Datenbus sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Auf diese Weise können die Empfangssignale 5, die mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 bereitgestellt werden, an das Steuergerät 3 übertragen werden. Anhand der Empfangssignale 5 kann dann das Steuergerät 3 überprüfen, ob sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 befindet und an welcher Position sich das Objekt 8 befindet. Diese Informationen können dann von dem
Fahrerassistenzsystem 2 genutzt werden, um eine Ausgabe an den Fahrer des
Kraftfahrzeugs 1 auszugeben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das
Fahrerassistenzsystem 2 in eine Lenkung, ein Bremssystem und/oder einen
Antriebsmotor eingreift, um das Kraftfahrzeug 1 in Abhängigkeit von dem erfassten Objekt 8 zumindest semi-autonom zu manövrieren. Fig. 2 zeigt das Kraftfahrzeug 1 gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht. Dabei ist das Objekt 8 zu erkennen, welches sich in Vorwärtsfahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug 1 befindet. Bei dem Objekt 8 handelt es sich vorliegend um ein hohes Objekt. Wenn mit dem
Ultraschallsensor 4 das Ultraschallsignal ausgesendet wird, erfolgt eine direkte Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt 8. Dabei trifft das ausgesendete Ultraschallsignal zunächst auf das Objekt 8 und wird von diesem direkt wieder zu dem Ultraschallsensor 4 reflektiert. Dies ist vorliegend durch die Pfeile 10 veranschaulicht. Zudem ergibt sich eine Mehrfachreflexion des ausgesendeten Ultraschallsignals, die vorliegend durch die Pfeile 1 1 veranschaulicht ist. Dabei wird das von dem Ultraschallsensor 4 ausgesendete Ultraschallsignal zunächst an einem Boden 12 beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche reflektiert, gelangt dann zu dem Objekt 8 und wird von dem Objekt 8 zu dem
Ultraschallsensor 4 reflektiert. Wenn von dem ausgesendeten Ultraschallsignal sowohl eine direkte Reflexion als auch eine Mehrfachreflexion empfangen wird, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Objekt 8 um ein hohes Objekt handelt. Falls nur die Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals in dem Empfangssignal 5 erkannt wird, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Objekt 8 um ein niedriges Objekt handelt. Die direkte Reflexion des Ultraschallsignals und die Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals können sich in dem Empfangssignal 5 überlagern. Ziel ist es nun, auf zuverlässige Weise zu erkennen, ob das Empfangssignal 5 eine direkte Reflexion und/oder eine Mehrfachreflexion beschreibt.
Abhängig von der Struktur des Objekts 8, dem Material des Objekts 8 sowie den
Eigenschaften des Bodens 12 und diverser weiterer Parameter treten unterschiedliche Überlagerungen zwischen der Mehrfachreflexion und der direkten Reflexion auf. Diese Überlagerung führt zu einer Verformung des Empfangssignals 3. Hierzu zeigt Fig. 3 ein unverfälschtes Empfangssignal. Vorliegend ist auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen, welche auch den Abstand zu dem Objekt 8 beschreibt. Auf der Ordinate ist die Amplitude A des Empfangssignals 5 aufgetragen. Hierbei ist zu erkennen, dass das Empfangssignal 5 ein Maximum M aufweist. Ferner ist das Empfangssignal 5 im Wesentlichen Gauß förmig ausgebildet. Hier entspricht die Form des Empfangssignals 5 im Wesentlichen der Form des zeitlichen Verlaufs des ausgesendeten Ultraschallsignals. In dem vorliegenden Beispiel beschreibt das Empfangssignal 5 eine Hüllkurve der Schwingung des
empfangenen und von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals.
Im Vergleich hierzu zeigt Fig. 4 ein Empfangssignal 5, welches die Überlagerung einer direkten Reflexion des Ultraschallsignals und der Mehrfachreflexion beschreibt. In diesem Fall weist das Empfangssignal 5 eine verhältnismäßig hohe Varianz auf. Das
Empfangssignal 5 weist ein erstes Maximum M auf, welches der direkten Reflexion des Ultraschallsignals zuzuordnen ist. Darüber hinaus weist das Empfangssignal M ein weiteres Maximum M‘ auf, welches der Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals zuzuordnen ist. Des Weiteren beschreibt Fig. 5 ein weiteres Empfangssignal, welches eine erhöhte Schiefe aufweist. Vorliegend ist das Empfangssignal 5 rechtsschief ausgebildet. Darüber hinaus zeigt Fig. 6 ein Empfangssignal 5 mit einer erhöhten Wölbung. Hierbei ist das Empfangssignal 5 flachgipflig ausgebildet.
Die Empfangssignale in den Fig. 4 bis 6 beschreiben typische Verformungen des
Empfangssignals 5, welche durch die Überlagerung der direkten Reflexion und der Mehrfachreflexion auftreten können. Diese Verformungen können mithilfe der
statistischen Momente, beispielsweise der Varianz, der Schiefe und der Wölbung, bestimmt werden. In den Fig. 4 bis 6 ist das Augenmerk zwar auf die statistische
Kenngröße beziehungsweise das statistische Moment gelegt, jedoch treten bei einer hohen Varianz auch Änderungen der Schiefe und der Wölbung auf, sodass die
Überlagerung der Echos stets Auswirkungen auf mehrere Merkmale besitzen. Abhängig von den Umgebungsbedingungen und den Objekteigenschaften entstehen somit verschiedene Merkmalskombinationen. Durch die Aufnahme von Messdaten
verschiedener Objekte 8 und Szenarien kann eine Verallgemeinerung der Merkmale zur Objekt- und umgebungsabhängigen Hoch-Tief-Erkennung durchgeführt werden.
Dabei ist ferner zu berücksichtigen, dass zwischen den Mehrfachreflexionen und den direkten Reflexionen Laufzeitdifferenzen entstehen, die abhängig von dem Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 sind. Während bei weiten
Objektentfernungen die Laufzeitdifferenzen zwischen den beiden Echotypen gering ausfallen, steigen diese bei nahen Abständen deutlich an. Die Form des Empfangssignals 5 ändert sich also in Abhängigkeit von dem Abstand. Vor der Bewertung der Form des Empfangssignals 5 ist es also sinnvoll, zunächst den Abstand zu bestimmen und den Abstand bei der Charakterisierung des Empfangssignals beziehungsweise bei der Bestimmung der Merkmale des Empfangssignals 5 zu berücksichtigen. Somit können Informationen über den Abstand als Vorwissen verwendet werden. Es können aber auch zusätzliche weitere Merkmale wie die Bodenbeschaffenheit oder die Einbauhöhe des Ultraschallsensors 4 berücksichtigt werden. Insgesamt kann eine mehrstufige Hoch-Tief- Erkennung durchgeführt werden. Hierzu zeigt Fig. 7 ein schematisches Diagramm. Dabei ist es zunächst vorgesehen, dass anhand der Messung mit dem Ultraschallsensor
4 das Objekt 8 erfasst wird und der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 bestimmt wird. In Abhängigkeit von dem bestimmten Abstand kann dann das Objekt einer Abstandsklasse a1 , a2, a3 zugeordnet werden. In dem vorliegenden Beispiel sind drei voneinander verschiedene Abstandsklassen a1 , a2, a3 definiert. Innerhalb der jeweiligen Abstandsklasse a1 , a2, a3 kann dann der Typ des Objekts 8 beziehungsweise die Eigenschaft des Objekts 8 bestimmt werden. Diese Informationen zu dem Objekt 8 können anhand des Empfangssignals 5 bestimmt werden. Beispielsweise können die Eigenschaften des Objekts 8 die Reflexionseigenschaften, das Material und/oder die Form des Objekts 8 beschreiben. Vorliegend wird das Objekt 8 beispielsweise einem ersten Typ T1 oder einem zweiten Typ T2 zugeordnet. Diese Zuordnung erfolgt in der jeweiligen Abstandsklasse a1 , a2, a3. Nach der Zuordnung des Objekts 8 zu einer der Typen T1 oder T2 werden dann die Merkmale des Empfangssignals 5 auf Grundlage der statistischen Kenngrößen bestimmt. Somit kann erkannt werden, ob das Empfangssignal
5 eine direkte Reflexion des Ultraschallsignals und/oder eine Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals beschreibt. In Abhängigkeit davon wird dann das Objekt 8 als hoch H oder als tief L erkannt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Abschätzung einer Höhe eines Objekts (8) in einem
Umgebungsbereich (9) eines Kraftfahrzeugs (1 ), bei welchem ein Ultraschallsensor (4) zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert wird, anhand des an dem Objekt (8) reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal (5) bestimmt wird, überprüft wird, ob das Empfangssignal (5) eine direkte Reflexion des
Ultraschallsignals an dem Objekt (8) und/oder eine Mehrfachreflexion des
Ultraschallsignals, bei welcher das Ultraschallsignal an einem Boden (12) und an dem Objekt (8) reflektiert wird, beschreibt und die Höhe des Objekts (8) anhand der Überprüfung abgeschätzt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine statistische Kenngröße des Empfangssignals (5) bestimmt wird, anhand der zumindest einen statistischen Kenngröße zumindest ein Merkmal bestimmt wird, welches eine Form des Empfangssignals (5) beschreibt, und anhand des zumindest einen Merkmals überprüft wird, ob das Empfangssignal (5) die direkte Reflexion und/oder die Mehrfachreflexion beschreibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
als die zumindest eine statistische Kenngröße eine Varianz, eine Schiefe und/oder eine Wölbung des Empfangssignals bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abschätzung der Höhe anhand des zumindest einen Merkmals mittels eines Klassifizierungsfahrens durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Empfangssignal einen zeitlichen Verlauf und/oder ein Frequenzspektrum des an dem Objekt (8) reflektierten Ultraschallsignals beschreibt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor (4) und dem Objekt (8) bestimmt wird und die Abschätzung der Höhe in Abhängigkeit von Abstand durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
anhand des zumindest einen Merkmals eine Eigenschaft des Objekts (8) bestimmt wird und die Abschätzung der Höhe in Abhängigkeit der Eigenschaft des Objekts (8) durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Objekt (8) in Abhängigkeit von dem bestimmten Abstand einer Abstandsklasse (a1 , a2, a3) zugeordnet wird und die Bestimmung der Eigenschaft des Objekts (8) in Abhängigkeit von der Abstandsklasse (a1 , a2, a3) durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Eigenschaft des Bodens (12) bestimmt wird und die Abschätzung der Höhe anhand der Eigenschaft des Bodens (12) durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor der Abschätzung der Höhe überprüft wird, ob das Empfangssignal (5) zumindest zwei direkte Reflexionen des Ultraschallsignals an dem Objekt (8) beschreibt oder ob das Empfangssignal (5) die Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt (8) und einem weiteren Objekt beschreibt.
10. Steuergerät (3) für ein Fahrerassistenzsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (1 ), welches zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
1 1. Fahrerassistenzsystem (2) mit einem Steuergerät (3) nach Anspruch 10 und mit zumindest einem Ultraschallsensor (4).
12. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem
computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor eines elektronischen Steuergeräts (3) abgearbeitet wird.
13. Computerlesbares Medium, insbesondere in Form einer computerlesbaren Diskette, CD, DVD, Speicherkarte, USB-Speichereinheit, oder ähnlichen, in dem
Programmcodemittel gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einen Speicher eines elektronischen Steuergeräts (3) geladen und auf einem Prozessor des elektronischen Steuergeräts (3) abgearbeitet werden.
PCT/EP2018/083404 2017-12-06 2018-12-04 Verfahren zur abschätzung einer höhe eines objekts in einem umgebungsbereich eines kraftfahrzeugs mittels eines ultraschallsensors mit statistischer auswertung eines empfangssignals, steuergerät sowie fahrerassistenzsystem WO2019110541A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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