WO2020239450A1 - Verfahren zum erkennen eines objekts in einem nahbereich einer umgebung eines fahrzeugs durch auswertung von statistischen parametern einer einhüllenden eines sensorsignals eines ultraschallsensors sowie ultraschallsensorvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum erkennen eines objekts in einem nahbereich einer umgebung eines fahrzeugs durch auswertung von statistischen parametern einer einhüllenden eines sensorsignals eines ultraschallsensors sowie ultraschallsensorvorrichtung Download PDF

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signal
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Maximilian Poepperl
Raghavendra GULAGUNDI
Johannes Wagner
Johannes Renner
Niko SOMMER
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for recognizing an object in a close range of the surroundings of a vehicle.
  • the procedure is a
  • Ultrasonic sensor controlled to emit an ultrasonic signal.
  • a sensor signal is determined on the basis of the ultrasonic signal reflected in the surroundings of the vehicle and received by the ultrasonic sensor.
  • an envelope curve of the sensor signal is determined for a predetermined decay time range, and the presence of the object in the near region is checked on the basis of the envelope curve.
  • the present invention also relates to an ultrasonic sensor device for a vehicle.
  • the present invention relates to a computer program and a computer-readable (storage) medium.
  • ultrasonic sensor devices for vehicles.
  • ultrasonic sensor devices usually comprise several
  • Ultrasonic sensors which are used to detect objects in the surroundings of the vehicle.
  • an ultrasonic signal is transmitted with the ultrasonic sensors and the ultrasonic signal reflected by the object is received again. Based on the transit time between the transmission of the ultrasonic signal and the
  • Receiving the ultrasonic signal reflected from the object can then determine the distance to the object. To send out the ultrasonic signal is
  • the ultrasonic sensor usually a membrane of the ultrasonic sensor is excited.
  • the ultrasonic sensor can output a sensor signal which describes the vibration of the membrane or the ultrasonic signal reflected by the object.
  • an envelope curve or envelope of the sensor signal can also be determined.
  • Ultrasonic sensor devices in which the ultrasonic sensor has integrated sensor electronics are known from the prior art. This sensor electronics can be provided by an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the ultrasonic sensor is connected to a control unit via a data bus.
  • Ultrasonic sensors that use the same membrane for sending and receiving typically have a so-called dead area or blind area. This results from the fact that the signals used for transmission stimulate the membrane much more strongly than those that are reflected by objects that are close at hand. Even if a superposition of the transmitted and received signals in the behavior of the membrane can be detected with special algorithms, a detection of the objects on the basis of the envelope of the sensor signal alone has not been possible until now.
  • the aforementioned dead zone can be at a distance of up to 30 cm from the ultrasonic sensor and for modulated signals, for example a chirp, the dead zone can be at a distance of up to 50 cm from the ultrasonic sensor. This has the consequence that the detection of objects in a close range of the surroundings of the vehicle is made more difficult. Analysis of the dead zone
  • Sensor electronics are carried out, since a transmission of the sensor signal to the control unit is excluded due to the existing bandwidth or data rate on the data bus.
  • the object detection now mainly takes place in the control unit on the basis of the envelope of the sensor signal.
  • additional information must therefore be transmitted to the control unit, which results in an additional load on the data bus.
  • Another possibility to detect objects at close range or ultra close range is to use special transmit signals. However, these then do not allow the simultaneous detection of objects in the far range of the ultrasonic sensor.
  • DE 10 201 1 016 315 B4 describes a method for detecting free space by means of a pulse-echo evaluation. A transmission pulse is sent out with a transmitting and receiving device and a received signal is evaluated to determine whether one or more objects are present in the vicinity of the transmitting and receiving device
  • Received signal is determined based on a reference signal and the phase positions are evaluated in a predetermined time range for deviations from expected phase positions, a deviation of the phase positions from the expected phase positions being interpreted as the presence of an object in the environment.
  • DE 10 2010 062 983 A1 discloses a method for acoustic scanning of an area.
  • an actual phase profile of a received signal is recorded. If the actual phase profile deviates from a specified target phase profile, an object is detected within a range.
  • DE 10 2013 222 860 A1 discloses a method for detecting the surroundings of the vehicle using a distance sensor.
  • a transmission pulse is sent out and a ringing signal is recorded in a ringing interval.
  • an energy value is determined by integrating the ringing signal over a period of time in the ringing interval.
  • echo signals are detected in the post-oscillation interval on the basis of the energy value determined.
  • DE 10 2017 1 15 037 A1 describes a method for generating a
  • Suggestion signal for the possible presence of an ultrasound reflecting object in the vicinity in front of an ultrasound transducer.
  • the decay of the ultrasonic transducer is detected at a point in time.
  • an integration of the envelope echo signal of the ultrasonic echo signal is started starting with the integration value 0 in order to generate an integrated envelope signal.
  • the amount of the value of the integrated envelope curve signal is compared with the amount of a threshold value.
  • the object of the present invention is to provide a solution for how objects in a close range can be recognized in a simple and reliable manner with the aid of an ultrasonic sensor.
  • This object is achieved according to the invention by a method, by an ultrasonic sensor device, by a computer program and by a
  • a method according to the invention is used to identify an object in one
  • the procedure is a
  • Ultrasonic sensor controlled to emit an ultrasonic signal. Furthermore, a sensor signal is determined on the basis of the ultrasonic signal reflected in the surroundings of the vehicle and received by the ultrasonic sensor. In addition, an envelope curve of the sensor signal is determined for a predetermined decay time range, and the presence of the object in the near region is checked on the basis of the envelope curve. It is provided that an amplitude distribution of the envelope curve is determined, a statistical parameter of the amplitude distribution is determined and the presence of the object in the near area is checked on the basis of the statistical parameter.
  • This close range can be a distance between 0 cm and 50 cm or a distance between 0 cm and 30 cm to the
  • the method can be carried out with an ultrasonic sensor device.
  • This ultrasonic sensor device can have an ultrasonic sensor which has integrated sensor electronics.
  • This sensor electronics can be provided by an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the ultrasonic sensor device can have an electronic control unit (ECU - Electronic Control Unit), which is connected to the
  • Ultrasonic sensor is connected.
  • the ultrasonic sensor can have a membrane which, for example, can be pot-shaped and can be made of a metal, in particular aluminum. This membrane is fitted with a corresponding transducer element,
  • the transducer element for example a piezoelectric element, excited to mechanical vibrations in the ultrasonic range.
  • the transducer element with a
  • the transmitted ultrasonic signal is reflected by the object and returns to the ultrasonic sensor.
  • the membrane is excited to vibrate by the reflected ultrasonic signal, whereby the Vibration can be detected by means of the transducer element.
  • the sound transducer element can then output the sensor signal, which describes the time profile of the reflected ultrasonic signal.
  • the sensor signal can be a raw signal which is output with the sound transducer element in the form of a time-variable electrical voltage and which is correspondingly sampled.
  • the sensor signal can also be provided in that the raw signal is appropriately amplified and / or filtered before the sampling.
  • the membrane of the ultrasonic sensor oscillates after the excitation. This influences the detection of objects in the close range.
  • An envelope or envelope curve is determined from the sensor signal.
  • the envelope of the magnitude of the sensor signal is determined.
  • the envelope is determined for the predetermined decay time range or the envelope is analyzed for the predetermined decay time range. During this decay time range, the membrane of the ultrasonic sensor swings out at least partially.
  • This decay time range can be assigned to the close range. This means that during the decay time range, reflected ultrasonic signals or echoes from objects located in the close range can be received.
  • the envelope describes the time course of the amplitudes of the sensor signal or the magnitude of the sensor signal.
  • the amplitude distribution which describes the distribution of the amplitudes of the envelope, is determined.
  • a statistical parameter is determined based on the amplitude distribution. It can also be provided that several statistical parameters are determined on the basis of the amplitude distribution.
  • tests have shown that the statistical parameters, for example a mean value and / or a variance, of the amplitude distribution in the close range differ significantly from one another
  • Object distances that is to say distances between the ultrasonic sensor and the object, result in statistical parameters that are different or clearly distinguishable from one another in the close range.
  • the amplitude distribution of the envelope can be determined and the at least one statistical parameter of the amplitude distribution can be determined. On the basis of the statistical parameter it can then be estimated whether or not an object is located in the close range.
  • the statistical parameters are compared, for example, with previously determined statistical reference parameters. It is thus possible during normal operation of the ultrasonic sensor to detect objects in the close range. A special mode for recognizing objects in the close range is not necessary. So there is none
  • a mean value and / or a variance of the amplitude distribution is preferably determined as the statistical parameter. In principle, other statistical
  • Parameters of the amplitude distribution such as a skewness, a curvature or the like, can be determined.
  • the statistical parameters for different object distances in the close range can be clearly distinguished.
  • tests have shown that the shape and / or the reflection properties of objects have only a very slight influence on the statistical parameters. A reliable assessment of whether an object is present in the close range can thus be made possible.
  • the statistical parameter is compared with a predetermined threshold value to check the presence of the object in the close range.
  • This threshold value can be determined, for example, on the basis of statistical reference parameters which were previously determined in reference measurements.
  • Threshold curve is compared or it is checked whether the statistical parameter is above or below the threshold curve. Due to the
  • the threshold value curve can be used to distinguish whether or not the object is in the close range.
  • Amplitude distribution is determined. It can also be provided that further statistical characteristics of the amplitude distribution are determined. It is particularly advantageous here if classification methods or classifiers are used for the detection of objects in the close range. For example, tree-based methods can be used. It can also be provided that an artificial neural network is used to carry out the checking of the close range. In this way, reliable monitoring of the close range can be made possible.
  • the statistical parameter is compared with statistical reference parameters, the statistical reference parameters being or have been determined in reference measurements.
  • corresponding reference measurements can be carried out. With these reference measurements, corresponding objects can be placed within the close range at defined distances or object distances from the ultrasonic sensor. In the respective reference measurements, the envelope for the
  • Decay time range can be determined and the statistical reference parameters can be derived from this. These statistical reference parameters can then be stored in a memory or a table. When the ultrasonic sensor is in operation, the determined statistical parameter can then be compared with these reference parameters. This comparison can be carried out within a short computing time, so that the monitoring of the close range can be carried out within a short period of time.
  • an object distance between the object and the ultrasonic sensor is determined if an object is detected in the close range.
  • Reference measurements can be carried out for predetermined object distances, and the statistical reference parameters can be determined for this purpose.
  • the object distance or the distance between the ultrasonic sensor and the object in the close range can then be determined.
  • the object distance can also be determined. This allows information about the object distance can be output to the driver and / or made available to a driver assistance system of the vehicle.
  • a reference curve is determined on the basis of the statistical reference parameters and the object distance is determined on the basis of the reference curve.
  • a curve can therefore be laid using the specific statistical reference parameters or a part thereof. In the simplest case, it can be provided that a straight line is drawn through the statistical reference parameters. In order to be able to determine such a reference curve, corresponding methods of
  • Curve fitting or the like can be used. Furthermore, it can be provided that the object distance is determined by means of a regression method. It can be provided that the reference curve is determined by means of the regression method. In particular, the regression method or the regression can be used in a range in which the statistical reference parameters have a predetermined difference from one another.
  • Ultrasonic sensor is determined and the checking of the presence of the object in the close range is carried out by means of a control device. It is therefore sufficient for data that describe the envelope to be transmitted from the sensor electronics to the control device via the data bus. This data has a small amount of data and the data rate of the data bus is sufficient for the transmission of this data. Because only the envelope or envelope curve of the sensor signal is used, the rest of the method can be carried out on the control unit. It is therefore not necessary to change the sensor electronics. This is particularly advantageous if the sensor electronics are designed as a specific integrated circuit (ASIC). An adaptation in the ASIC, especially for close-range detection, is therefore not necessary, which means that costs can be saved. Furthermore, a transmission of large amounts of data via the data bus can be avoided. In particular, it is not necessary to transmit a raw signal or the sensor signal or a carrier signal via the data bus.
  • ASIC application specific integrated circuit
  • the decay time range is assigned to a time range between 0.5 ms and 5 ms after the ultrasonic sensor has been excited.
  • Decay time range is that according to the transmit signal used, respectively emitted ultrasonic signal of different lengths. It is therefore particularly provided that the decay time range is also defined depending on the signal type.
  • the decay time range can, for example, be assigned to a time range between 0.5 ms and 2.5 ms after the membrane has been excited or the ultrasonic signal has been transmitted. If a modulated
  • Ultrasonic signal for example a chirp, is transmitted, can
  • the ultrasonic sensor device is designed to carry out a method and the advantageous refinements thereof.
  • the control device can be an electronic control device of the vehicle.
  • the sensor electronics are part of the ultrasonic sensor
  • the ultrasonic sensor or integrated into the ultrasonic sensor.
  • the ultrasonic sensor or integrated into the ultrasonic sensor.
  • Sensor electronics can be arranged in a housing of the ultrasonic sensor.
  • the sensor electronics are provided by an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • Driver assistance system which comprises an ultrasonic sensor device according to the invention.
  • the vehicle can be maneuvered at least semi-autonomously as a function of the detected object.
  • a vehicle according to the invention includes one according to the invention
  • the vehicle can be designed as a passenger car, for example. It can also be provided that the vehicle is designed as a utility vehicle.
  • a further aspect of the invention relates to a computer program comprising commands which, when the program is executed by a computing device, cause the computer to execute a method according to the invention and the advantageous refinements thereof.
  • a computer-readable (storage) medium according to the invention comprises commands which, when executed by a computing device, cause it to execute a method according to the invention and the advantageous embodiments thereof.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a vehicle, which a
  • Ultrasonic sensor device with a plurality of ultrasonic sensors, and an object in a surrounding area of the vehicle; 2 shows a schematic representation of an ultrasonic sensor device which has an ultrasonic sensor with integrated sensor electronics and a
  • Has control device 3 shows a time profile of an envelope of a sensor signal of the
  • Ultrasonic sensor wherein a decay time is identified
  • Fig. 5 mean values of the amplitude distributions for different
  • FIG. 1 shows a vehicle 1, which in the present case is designed as a passenger car, in a top view.
  • the vehicle 1 comprises a driver assistance system 2 which is used to support a driver in driving the vehicle 1.
  • the driver assistance system 2 which is used to support a driver in driving the vehicle 1.
  • Driver assistance system 2 can be designed, for example, as a parking assistance system, by means of which a driver can be supported when parking the vehicle 1 in a parking space and / or when pulling out of the parking space.
  • the driver assistance system 2 or the vehicle 1 furthermore has an ultrasonic sensor device 3.
  • This ultrasonic sensor device 3 comprises at least one ultrasonic sensor 4.
  • the ultrasonic sensor device 3 comprises twelve ultrasonic sensors 4, six of which are arranged in a front area 6 of the vehicle 1 and six in a spot area 7 of the vehicle 1.
  • the ultrasonic sensors 4 can be mounted on the bumpers of the vehicle 1, for example.
  • the ultrasonic sensors 4 can be located in corresponding recesses or at least in some areas
  • the ultrasonic sensors 4 are arranged concealed behind the bumpers. In principle, the ultrasonic sensors 4 can also be arranged on further trim parts or components of the vehicle 1. For example, the
  • Ultrasonic sensors can be arranged on or hidden behind the doors of the vehicle 1.
  • the ultrasonic sensor device 3 also includes an electronic control device 5, which is connected to the respective ultrasonic sensors 4 for data transmission. With the electronic control unit 5, the respective ultrasonic sensors 4 can be stimulated to emit the ultrasonic signal with a corresponding excitation signal.
  • sensor signals that are provided by the ultrasonic sensors 4 can be transmitted to the control device 5.
  • the objects 8 in the surroundings 9 can then be recognized with the control device 5.
  • This information can then be used by the driver assistance system 2 to output an output to the driver of the vehicle 1.
  • the driver assistance system 2 intervenes in a steering system, a braking system and / or a drive motor of the vehicle in order to maneuver the vehicle 1 at least semi-autonomously as a function of the detected object 8.
  • the ultrasonic sensor 4 has a sound transducer element 12, which can be designed as a piezoelectric element. This sound transducer element 12 is connected to a membrane 13 for transmitting vibrations.
  • the membrane 13 is pot-shaped and can be made of a metal, for example aluminum.
  • the ultrasonic sensor 4 includes sensor electronics 10, which as
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • FIG. 3 shows an envelope 14 of the sensor signal of the ultrasonic sensor 4.
  • an object distance d to the object 8 in m is shown on the abscissa and amplitude values A of the envelope 14 or of the sensor signal are shown on the ordinate.
  • the amplitude values A are normalized to the value 1.
  • the envelope 14 describes an envelope curve of the amount of the sensor signal.
  • Envelope 14 describes the excitation of the sound transducer element 12 to emit the ultrasonic signal and the subsequent oscillation of the membrane 13.
  • the echoes of the ultrasonic signal or the ultrasonic signal reflected by an object 8 can be recognized in the area 16 of the envelope 14.
  • objects 8 are to be recognized in a predetermined close range in the surroundings 9.
  • the envelope 14 is analyzed for a predetermined decay time range 17.
  • the transmitted ultrasonic signal is a pulse signal. This results in the close range at a distance between 0 cm and 30 cm from the ultrasonic sensor 4.
  • the histogram in the middle shows the amplitude distribution for an object 8 that is located at an object distance d of 20 cm from the ultrasonic sensor.
  • the histogram on the right-hand side also shows the amplitude distribution for an object that is located at an object distance d of 30 cm from the ultrasonic sensor. From this exemplary representation of the histograms it can be seen that the amplitude distributions for different object distances d in the close range differ significantly from one another.
  • Statistical parameters are determined on the basis of the amplitude distributions.
  • a mean value M or a variance V can be determined as statistical parameters.
  • 5 shows the mean value M for different object distances d.
  • Individual measured values are shown, which serve as statistical reference parameters 18.
  • a line is shown which represents a possible interpolation between the statistical reference parameters 18, the line serving as the reference curve 19.
  • Fig. 6 shows the variance V for various
  • the ultrasonic sensor 4 can transmit the ultrasonic signal and that reflected from the object 8
  • the envelope 14 of the sensor signal for the decay time range 17 can be determined with the sensor electronics 10 of the ultrasonic sensor 4. For this purpose, it can be provided that the sensor signal is first scanned or digitized. Subsequently, data that describe the envelope 14 can be transmitted to the control device 5 via the data bus 11. By means of the control unit 5, the amplitude distribution of the
  • Envelope 14 of the statistical parameters can be determined.
  • the statistical parameter can be compared with the statistical reference parameters 18, 20. Due to the clear tendency of the mean value M and the variance V, in the simplest case a simple
  • Threshold value are used to distinguish whether an object 8 is in the close range or not.
  • the distance between the object 8 and the ultrasonic sensor 4 can be determined if the object 8 was detected in the close range.
  • Distance can be determined by regression or curve fitting to the measured values shown. With the help of the regression, conclusions can be drawn about the actual distance from a determined statistical parameter. While the detection can be reliably carried out over the entire close range or ultra close range from a distance of approximately 2 cm, the regression can be used in particular in the range from 10 cm. As can be seen in FIGS. 5 and 6, there is a sufficient increase in the statistical parameters or statistical reference parameters 18, 20 in this area up to the beginning of the far area, so that a meaningful regression can be carried out.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Objekts (8) in einem Nahbereich in einer Umgebung (9) eines Fahrzeugs (1), bei welchem ein Ultraschallsensor (4) zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert wird, anhand des in der Umgebung (9) des Fahrzeugs (1) reflektierten und von dem Ultraschallsensor (4) empfangenen Ultraschallsignals ein Sensorsignal bestimmt wird, eine Einhüllende (14) des Sensorsignals für einen vorbestimmten Ausschwingzeitbereich (17) bestimmt wird und anhand der Einhüllenden (14) ein Vorhandensein des Objekts (8) in dem Nahbereich überprüft wird, wobei eine Amplitudenverteilung der Einhüllenden (14) bestimmt wird, ein statistischer Parameter der Amplitudenverteilung bestimmt wird und anhand des statistischen Parameters das Vorhandensein des Objekts (8) in dem Nahbereich überprüft wird.

Description

Verfahren zum Erkennen eines Objekts in einem Nahbereich einer Umgebung eines Fahrzeugs durch Auswertung von statistischen Parametern einer Einhüllenden eines Sensorsignals eines Ultraschallsensors sowie Ultraschallsensorvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Objekts in einem Nahbereich einer Umgebung eines Fahrzeugs. Bei dem Verfahren wird ein
Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert. Zudem wird anhand des in der Umgebung des Fahrzeugs reflektierten und von dem Ultraschallsensor empfangenen Ultraschallsignals ein Sensorsignal bestimmt. Ferner wird für einen vorbestimmten Ausschwingzeitbereich eine Hüllkurve des Sensorsignals bestimmt und anhand der Hüllkurve wird ein Vorhandensein des Objekts in dem Nahbereich überprüft. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares (Speicher)medium.
Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensorvorrichtungen für Fahrzeuge. Derartige Ultraschallsensorvorrichtungen umfassen üblicherweise mehrere
Ultraschallsensoren, welche dazu dienen, Objekte in einer Umgebung des Fahrzeugs zu erkennen. Flierzu wird mit den Ultraschallsensoren jeweils 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. Zum Aussenden des Ultraschallsignals wird
üblicherweise eine Membran des Ultraschallsensors angeregt. Beim Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals kann von dem Ultraschallsensor ein Sensorsignal ausgegeben werden, welches die Schwingung der Membran beziehungsweise das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal beschreibt. Zur Auswertung des Sensorsignals kann zudem eine Hüllkurve oder Einhüllende des Sensorsignals bestimmt werden. Aus dem Stand der Technik sind Ultraschallsensorvorrichtungen bekannt, bei welchen der Ultraschallsensor eine integrierte Sensorelektronik aufweist. Diese Sensorelektronik kann durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) bereitgestellt sein.
Zudem ist der Ultraschallsensor über einen Datenbus mit einem Steuergerät verbunden. Ultraschallsensoren, welche dieselbe Membran zum Senden und Empfangen nutzen, besitzen typischerweise einen sogenannten Totbereich oder Blindbereich. Dieser ergibt sich dadurch, dass die zum Senden verwendeten Signale die Membran deutlich stärker anregen als solche, die von nahe entfernten Objekten reflektiert werden. Auch wenn eine Überlagerung der gesendeten und empfangenen Signale im Verhalten der Membran mit speziellen Algorithmen nachgewiesen werden können, ist eine Detektion der Objekte allein anhand der Einhüllenden des Sensorsignals bisher nicht möglich. Der zuvor genannte Totbereich kann bei Pulssignalen einen Abstand von bis zu 30 cm zu dem Ultraschallsensor aufweisen und bei modulierten Signalen, beispielsweise einem Chirp, kann der Totbereich einen Abstand von bis zu 50 cm zu dem Ultraschallsensor aufweisen. Dies hat zur Folge, dass die Erkennung von Objekten in einem Nahbereich der Umgebung des Fahrzeugs erschwert wird. Die Analyse des Totbereichs
beziehungsweise die Überwachung des Nahbereichs kann nur innerhalb der
Sensorelektronik durchgeführt werden, da eine Übertragung des Sensorsignals an das Steuergerät aufgrund der vorhandenen Bandbreite beziehungsweise Datenrate auf dem Datenbus ausgeschlossen ist.
Die Implementierung der Sensorelektronik bringt allerdings Nachteile mit sich. Zum einen werden dadurch die Kosten des Ultraschallsensors erhöht und zum anderen ist eine nachträgliche Änderung des Algorithmus in der Sensorelektronik nahezu
ausgeschlossen. Schon während des Entwicklungsprozesses eines Sensors ist eine Änderung der Sensorelektronik nur mit großem Aufwand möglich. Dies erschwert nicht nur den Entwicklungsprozess, sondern auch die Anpassung der Algorithmen, zum Beispiel für verschiedene Signalformen, Umgebungseinflüsse oder dergleichen.
Zusätzlich findet die Objektdetektion heute hauptsächlich in dem Steuergerät auf Basis der Einhüllenden des Sensorsignals statt. Im Falle eines Objekts im Nahbereich oder Ultranahbereich müssen daher zusätzliche Informationen an das Steuergerät übertragen werden, was eine zusätzliche Belastung des Datenbusses zur Folge hat. Eine weitere Möglichkeit, um Objekte im Nahbereich oder Ultranahbereich zu detektieren, ist die Verwendung spezieller Sendesignale. Diese erlauben dann aber keine gleichzeitige Erkennung von Objekten im Fernbereich des Ultraschallsensors.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei denen zur Erkennung von Objekten im Nahbereich die Phasenlage des Sensorsignals ausgewertet wird. Hierbei ist es aber üblicherweise erforderlich, dass das Sensorsignal beziehungsweise die Rohdaten ausgewertet werden. Dies kann entweder zu einer hohen Datenmenge führen, welche über den Datenbus zu übertragen ist, oder es wird eine teure Sensorelektronik benötigt. Hierzu beschreibt die DE 10 201 1 016 315 B4 ein Verfahren zur Freiraumerkennung mittels einer Impuls-Echo-Auswertung. Dabei wird ein Sendeimpuls mit einer Sende- und Empfangseinrichtung ausgesendet und ein Empfangssignal wird ausgewertet, um ein Vorhandensein ein oder mehrerer Gegenstände im Umfeld der Sende- und
Empfangseinrichtung zu überprüfen. Ferner werden die Phasenlagen des
Empfangssignals bezogen auf ein Referenzsignal ermittelt und die Phasenlagen werden in einem vorbestimmten Zeitbereich auf Abweichungen von erwarteten Phasenlagen ausgewertet, wobei eine Abweichung der Phasenlagen von den erwarteten Phasenlagen als ein Vorhandensein eines Gegenstands in dem Umfeld aufgefasst wird.
Darüber hinaus offenbart die DE 10 2010 062 983 A1 ein Verfahren zur akustischen Abtastung eines Bereichs. Hierbei wird ein Ist-Phasenverlauf eines Empfangssignals erfasst. Bei einer Abweichung des Ist-Phasenverlaufs gegenüber einem vorgegebenen Soll-Phasenverlauf wird ein Objekt innerhalb eines Bereichs detektiert.
Des Weiteren offenbart die DE 10 2013 222 860 A1 ein Verfahren zum Erfassen eines Fahrzeugumfelds mithilfe eines Abstandssensors. Dabei wird ein Sendepuls ausgesendet und ein Nachschwingsignal in einem Nachschwingintervall wird erfasst. Zudem wird ein Energiewert durch Integrieren des Nachschwingsignals über einen Zeitabschnitt im Nachschwingintervall ermittelt. Zudem erfolgt ein Detektieren von Echosignalen im Nachschwingintervall auf Basis des ermittelten Energiewerts.
Ferner ist in der DE 10 2017 1 15 037 A1 ein Verfahren zur Erzeugung eines
Hinweissignals für das mögliche Vorhandensein eines Ultraschall reflektierenden Objekts im Nahbereich vor einem Ultraschalltransducer vorgeschlagen. In Abhängigkeit von der realen Ausschwingzeit des Transducers wird zu einem Zeitpunkt das Ausschwingen des Ultraschalltransducers detektiert. Dann wird eine Integration des Hüllkurvenechosignals des Ultraschallechosignals beginnend mit dem Integrationswert 0 gestartet, um ein integriertes Hüllkurvensignal zu erzeugen. Am Ende des Integrationszeitraums zu einem Endzeitpunkt wird ein Vergleich des Betrags des Werts des integrierten Hüllkurvensignals mit dem Betrag eines Schwellwerts durchgeführt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie Objekte in einem Nahbereich mithilfe eines Ultraschallsensors auf einfache und zuverlässige Weise erkannt werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße durch ein Verfahren, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung, durch ein Computerprogramm sowie durch ein
computerlesbares (Speicher)medium mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Erkennen eines Objekts in einem
Nahbereich einer Umgebung eines Fahrzeugs. Bei dem Verfahren wird ein
Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert. Ferner wird anhand des in der Umgebung des Fahrzeugs reflektierten und von dem Ultraschallsensor empfangenen Ultraschallsignals ein Sensorsignal bestimmt. Außerdem wird für einen vorbestimmten Ausschwingzeitbereich eine Hüllkurve des Sensorsignals bestimmt und anhand der Hüllkurve wird ein Vorhandensein des Objekts in dem Nahbereich überprüft. Dabei ist vorgesehen, dass eine Amplitudenverteilung der Hüllkurve bestimmt wird, ein statistischer Parameter der Amplitudenverteilung bestimmt wird und anhand des statistischen Parameters das Vorhandensein des Objekts in dem Nahbereich überprüft wird.
Mithilfe des Verfahrens soll ein Objekt in der Umgebung des Fahrzeugs in dem vorbestimmten Nahbereich erfasst werden. Dieser Nahbereich kann einen Abstand zwischen 0 cm und 50 cm oder einen Abstand zwischen 0 cm und 30 cm zu dem
Ultraschallsensor aufweisen. Das Verfahren kann mit einer Ultraschallsensorvorrichtung durchgeführt werden. Diese Ultraschallsensorvorrichtung kann einen Ultraschallsensor aufweisen, welcher eine integrierte Sensorelektronik aufweist. Diese Sensorelektronik kann durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) bereitgestellt sein. Des Weiteren kann die Ultraschallsensorvorrichtung ein elektronisches Steuergerät (ECU - Electronic Control Unit) aufweisen, welches über einen Datenbus mit dem
Ultraschallsensor verbunden ist.
Der Ultraschallsensor kann eine Membran aufweisen, die beispielsweise topfförmig ausgebildet sein kann und aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt sein kann. Diese Membran wird mit einem entsprechenden Schallwandlerelement,
beispielsweise einem piezoelektrischen Element, zu mechanischen Schwingungen im Ultraschallbereich angeregt. Hierzu kann das Schallwandlerelement mit einem
entsprechenden Anregungssignal angeregt werden. Das ausgesendete Ultraschallsignal wird von dem Objekt reflektiert und gelangt zu dem Ultraschallsensor zurück. Durch das reflektierte Ultraschallsignal wird die Membran zum Schwingen angeregt, wobei die Schwingung mittels des Schallwandlerelements erfasst werden kann. Mit dem
Schallwandlerelement kann dann das Sensorsignal ausgegeben werden, welches den zeitlichen Verlauf des reflektierten Ultraschallsignals beschreibt. Bei dem Sensorsignal kann es sich um ein Rohsignal handeln, welches mit dem Schallwandlerelement in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung ausgegeben wird und welches entsprechen abgetastet wird. Das Sensorsignal kann auch dadurch bereitgestellt werden, dass das Rohsignal vor der Abtastung entsprechend verstärkt und/oder gefiltert wird. Die Membran des Ultraschallsensors schwingt nach dem Anregen nach. Dies beeinflusst die Erfassung von Objekten in dem Nahbereich.
Von dem Sensorsignal wird eine Einhüllende beziehungsweise Hüllkurve bestimmt.
Insbesondere wird die Einhüllende des Betrags des Sensorsignals bestimmt. Dabei wird die Einhüllende für den vorbestimmten Ausschwingzeitbereich bestimmt beziehungsweise die Einhüllende wird für den vorbestimmten Ausschwingzeitbereich analysiert. Während dieses Ausschwingzeitbereichs schwingt die Membran des Ultraschallsensors zumindest zum Teil aus. Dieser Ausschwingzeitbereich kann dem Nahbereich zugeordnet sein. Dies bedeutet, dass während des Ausschwingzeitbereichs reflektierte Ultraschallsignale beziehungsweise Echos von Objekten, die sich in dem Nahbereich befinden, empfangen werden können. Die Einhüllende beschreibt den zeitlichen Verlauf der Amplituden des Sensorsignals beziehungsweise des Betrags des Sensorsignals. Des Weiteren wird die Amplitudenverteilung, welche die Verteilung der Amplituden der Einhüllenden beschreibt, bestimmt. Zudem wird anhand der Amplitudenverteilung ein statistischer Parameter bestimmt. Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere statistische Parameter auf Grundlage der Amplitudenverteilung bestimmt werden. Hierbei haben Versuche gezeigt, dass sich die statistischen Parameter, beispielsweise ein Mittelwert und/oder eine Varianz, der Amplitudenverteilung in dem Nahbereich deutlich voneinander
unterscheiden. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass sich für unterschiedliche
Objektabstände, also Abstände zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt, in dem Nahbereich unterschiedliche beziehungsweise deutlich voneinander unterscheidbare statistische Parameter ergeben.
Im Betrieb des Ultraschallsensors kann die Amplitudenverteilung der Einhüllenden bestimmt werden und der zumindest eine statistische Parameter der Amplitudenverteilung ermittelt werden. Auf Grundlage des statistischen Parameters kann dann abgeschätzt werden, ob sich ein Objekt in dem Nahbereich befindet oder nicht. Hierzu kann der statistische Parameter beispielsweise mit zuvor bestimmten statistischen Referenz- Parameter verglichen werden. Somit wird es im normalen Betrieb des Ultraschallsensors möglich, Objekte in dem Nahbereich zu detektieren. Ein Spezialmodus zur Erkennung von Objekten in dem Nahbereich ist nicht notwendig. Somit ergibt sich keine
Einschränkung bezüglich der Reichweite des Ultraschallsensors, wie sie beispielsweise durch eine Änderung des ausgesendeten Ultraschallsignals in einem speziellen
Nahbereichsmodus auftreten würde. Insgesamt kann somit auf einfache und zuverlässige Weise überprüft werden, ob sich ein Objekt in dem Nahbereich befindet.
Bevorzugt wird als der statistische Parameter ein Mittelwert und/oder eine Varianz der Amplitudenverteilung bestimmt. Grundsätzlich können auch andere statistische
Parameter der Amplitudenverteilung, wie beispielsweise eine Schiefe, eine Wölbung oder dergleichen, bestimmt werden. Hier konnte in Versuchen nachgewiesen werden, dass die statistischen Parameter für unterschiedliche Objektabstände in dem Nahbereich deutlich zu unterscheiden sind. Zudem haben Versuche ergeben, dass die Form und/oder die Reflexionseigenschaften von Objekten nur einen sehr geringen Einfluss auf die statistischen Parameter haben. Somit kann eine zuverlässige Abschätzung ermöglicht werden, ob ein Objekt in dem Nahbereich vorhanden ist.
In einer Ausführungsform wird zum Überprüfen des Vorhandenseins des Objekts in dem Nahbereich der statistische Parameter mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Dieser Schwellwert kann beispielsweise auf Grundlage von statistischen Referenz- Parametern bestimmt werden, welche zuvor in Referenz-Messungen bestimmt wurden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der statistische Parameter mit einer
Schwellwertkurve verglichen wird beziehungsweise überprüft wird, ob der statistische Parameter oberhalb oder unterhalb der Schwellwertkurve liegt. Aufgrund der
nachgewiesenen eindeutigen Tendenz der statistischen Parameter, insbesondere des Mittelwerts und der Varianz, kann somit im einfachsten Fall der Schwellwert
beziehungsweise die Schwellwertkurve dazu genutzt werden, um zu unterscheiden, ob sich das Objekt in dem Nahbereich befindet oder nicht.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn zum Überprüfen des Vorhandenseins des Objekts in dem Nahbereich ein Klassifikationsverfahren verwendet wird. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von statistischen Parameter der
Amplitudenverteilung bestimmt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass weitere statistische Merkmale der Amplitudenverteilung bestimmt werden. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn Klassifikationsverfahren beziehungsweise Klassifikatoren für die Erkennung von Objekten im Nahbereich genutzt werden. Beispielsweise können Baum-basierte Verfahren verwendet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein künstliches neuronales Netz dazu verwendet wird, die Überprüfung des Nahbereichs durchzuführen. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Überwachung des Nahbereichs ermöglicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird zum Überprüfen des Vorhandenseins des Objekts in dem Nahbereich der statistische Parameter mit statistischen Referenz- Parametern verglichen, wobei die statistischen Referenz-Parameter in Referenz- Messungen bestimmt werden beziehungsweise wurden. Wie bereits erläutert, können entsprechende Referenz-Messungen durchgeführt werden. Bei diesen Referenz- Messungen können entsprechende Objekte innerhalb des Nahbereichs in definierten Abständen beziehungsweise Objektabständen zu dem Ultraschallsensor platziert werden. Bei den jeweiligen Referenz-Messungen kann dann die Einhüllende für den
Ausschwingzeitbereich bestimmt werden und hieraus die statistischen Referenz- Parameter abgeleitet werden. Diese statistischen Referenz-Parameter können dann in einem Speicher oder einer Tabelle hinterlegt werden. Im Betrieb des Ultraschallsensors kann dann der bestimmte statistische Parameter mit diesen Referenz-Parametern verglichen werden. Dieser Vergleich kann innerhalb einer geringen Rechenzeit durchgeführt werden, sodass die Überwachung des Nahbereichs innerhalb einer kurzen Zeitdauer durchgeführt werden kann.
Hierbei es bevorzugt vorgesehen, dass anhand des Vergleichs des statistischen
Parameters mit den statistischen Referenz-Parametern ein Objektabstand zwischen dem Objekt und dem Ultraschallsensor bestimmt wird, falls ein Objekt in dem Nahbereich erkannt wird. Für vorbestimmte Objektabstände können jeweils Referenz-Messungen durchgeführt werden und hierzu die statistischen Referenz-Parameter bestimmt werden. Durch den Vergleich des statistischen Parameters, der während der Messung bestimmt wurde, mit den zuvor ermittelten statistischen Referenz-Parametern kann dann der Objektabstand beziehungsweise der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt im Nahbereich bestimmt werden. Somit kann neben der Überwachung des Nahbereichs auch der Objektabstand bestimmt werden. Damit kann eine Information über den Objektabstand an den Fahrer ausgegeben werden und/oder einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird anhand der statistischen Referenz-Parameter eine Referenz- Kurve bestimmt und der Objektabstand wird anhand der Referenz- Kurve bestimmt. Durch die bestimmten statistischen Referenz-Parameter oder einen Teil davon kann also eine Kurve gelegt werden. Im einfachsten Fall kann es vorgesehen sein, dass eine Gerade durch die statistischen Referenz-Parameter gelegt wird. Um eine solche Referenz-Kurve bestimmen zu können, können entsprechende Verfahren der
Kurvenanpassung oder dergleichen genutzt werden. Ferner kann es vorgesehen sein, dass der Objektabstand mittels eines Regressionsverfahrens bestimmt wird. Es kann vorgesehen sein, dass mittels des Regressionsverfahrens die Referenz-Kurve bestimmt wird. Insbesondere kann das Regressionsverfahren beziehungsweise die Regression in einem Bereich genutzt werden, in welchem die statistischen Referenz-Parameter eine einen vorbestimmten Unterschied zueinander aufweisen.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Hüllkurve mittels einer Sensorelektronik des
Ultraschallsensors bestimmt wird und das Überprüfen des Vorhandenseins des Objekts in dem Nahbereich mittels eines Steuergeräts durchgeführt wird. Somit ist es ausreichend, dass Daten, welche die Einhüllende beschreiben von der Sensorelektronik zu dem Steuergerät über den Datenbus übertragen werden. Diese Daten weisen eine geringe Datenmenge auf und die Datenrate des Datenbusses ist ausreichend für die Übertragung dieser Daten. Dadurch, dass lediglich die Einhüllende beziehungsweise Hüllkurve des Sensorsignals verwendet wird, kann das restliche Verfahren auf dem Steuergerät durchgeführt werden. Eine Änderung der Sensorelektronik ist es somit nicht erforderlich. Dies bringt insbesondere einen Vorteil mit sich, wenn die Sensorelektronik als spezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet ist. Somit ist eine Anpassung im ASIC speziell für den Nahbereichs Detektion nicht erforderlich, wodurch Kosten eingespart werden können. Ferner kann eine Übertragung von großen Datenmengen über den Datenbus vermieden werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich ein Rohsignal beziehungsweise das Sensorsignal oder ein Trägersignal über den Datenbus zu übertragen.
In einer Ausführungsform ist der Ausschwingzeitbereich einem Zeitbereich zwischen 0,5 ms und 5 ms nach dem Anregen des Ultraschallsensors zugeordnet ist. Der
Ausschwingzeitbereich ist die nach verwendeten Sendesignal beziehungsweise ausgesendeten Ultraschallsignals unterschiedlich lang. Daher ist es insbesondere vorgesehen, dass je nach Signaltyp auch der Ausschwingzeitbereich definiert wird. Bei einem Ultraschallpuls kann der Ausschwingzeitbereich beispielsweise einem Zeitbereich zwischen 0,5 ms und 2,5 ms nach dem Anregen der Membran beziehungsweise dem Aussenden des Ultraschallsignals zugeordnet werden. Wenn ein moduliertes
Ultraschallsignal, beispielsweise ein Chirp, ausgesendet wird, kann der
Ausschwingzeitbereich zwischen 2,5 ms von 5 ms betragen. Es können folglich alle Signalformen, die für den normalen Sendebetrieb verwendet werden, auch für das Verfahren zur Überwachung des Nahbereichs genutzt werden. Dadurch ergibt sich keine Einschränkung der Reichweite des Ultraschallsensors.
Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst einen Ultraschallsensor, welche eine Sensorelektronik aufweist, und ein Steuergerät. Dabei ist die Ultraschallsensorvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Das Steuergerät kann ein elektronisches Steuergerät des Fahrzeugs sein. Die Sensorelektronik ist Teil des Ultraschallsensors
beziehungsweise in den Ultraschallsensor integriert. Beispielsweise kann die
Sensorelektronik einem Gehäuse des Ultraschallsensors angeordnet sein. Insbesondere ist die Sensorelektronik durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) bereitgestellt. Bevorzugt kann die Ultraschallsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweisen, die beispielsweise verteilt an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden können. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein
Fahrerassistenzsystem, welches eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung umfasst. Mittels des Fahrerassistenzsystems kann das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem erfassten Objekt zumindest semi-autonom manövriert werden.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße
Ultraschallsensorvorrichtung. Das Fahrzeug kann beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinrichtung diese veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon auszuführen. Ein erfindungsgemäßes computerlesbares (Speicher)medium umfasst Befehle, die bei der Ausführung durch eine Recheneinrichtung diese veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon auszuführen.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten
Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrzeug, für das
erfindungsgemäße Computerprogramm sowie für das erfindungsgemäße
computerlesbare (Speicher)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 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, welches eine
Ultraschallsensorvorrichtung mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist, sowie ein Objekt in einem Umgebungsbereich des Fahrzeugs; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ultraschallsensorvorrichtung, welche einen Ultraschallsensor mit integrierter Sensorelektronik und ein
Steuergerät aufweist; Fig. 3 einen zeitlichen Verlauf einer Einhüllenden eines Sensorsignals des
Ultraschallsensors, wobei eine Ausschwingzeit gekennzeichnet ist;
Fig. 4 Histogramme von Amplitudenverteilungen von jeweiligen Einhüllenden für die Ausschwingzeit für unterschiedliche Objektabstände;
Fig. 5 Mittelwerte der Amplitudenverteilungen für unterschiedliche
Objektabstände; und
Fig. 6 einen Varianz der Amplitudenverteilungen für unterschiedliche
Objektabstände.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 1 , welches vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet ist, in einer Draufsicht. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Fahrzeugs 1 zu unterstützen. Das
Fahrerassistenzsystem 2 kann beispielsweise als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem ein Fahrer beim Einparken des Fahrzeugs 1 in eine Parklücke und/oder beim Ausparken der Parklücke unterstützt werden kann.
Das Fahrerassistenzsystem 2 beziehungsweise das Fahrzeug 1 weist ferner eine Ultraschallsensorvorrichtung 3 auf. Diese Ultraschallsensorvorrichtung 3 umfasst zumindest einen Ultraschallsensor 4. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 zwölf Ultraschallsensoren 4, von denen sechs in einem Frontbereich 6 des Fahrzeugs 1 und sechs in einem Fleckbereich 7 des Fahrzeugs 1 angeordnet sind. Die Ultraschallsensoren 4 können beispielsweise an den Stoßfängern des Fahrzeugs 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 an weiteren Verkleidungsteilen oder Bauteilen des Fahrzeugs 1 angeordnet sein. Beispielsweise können die
Ultraschallsensoren an oder verdeckt hinter den Türen des Fahrzeugs 1 angeordnet sein.
Mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 können Objekte 8 in einer Umgebung 9 des Fahrzeugs 1 erfasst werden. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in der Umgebung 9 gezeigt. Die Ultraschallsensorvorrichtung 3 umfasst ferner ein elektronisches Steuergerät 5, welche zur Datenübertragung mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 verbunden ist. Mit dem elektronischen Steuergerät 5 können die jeweiligen Ultraschallsensoren 4 zum Aussenden des Ultraschallsignals mit einem entsprechenden Anregungssignal angeregt werden. Zudem können Sensorsignale, die mit den Ultraschallsensoren 4 bereitgestellt werden, an das Steuergerät 5 übertragen werden. Auf Grundlage der Sensorsignale können dann mit dem Steuergerät 5 die Objekte 8 in der Umgebung 9 erkannt werden. Diese Information kann dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 dazu genutzt werden, eine Ausgabe an den Fahrer des Fahrzeugs 1 auszugeben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem 2 in eine Lenkung, ein Bremssystem und/oder einen Antriebsmotor des Fahrzeugs eingreift, um das Fahrzeug 1 in Abhängigkeit von dem erfassten Objekt 8 zumindest semi-autonom zu manövrieren.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ultraschallsensorvorrichtung 3, welche der Übersichtlichkeit halber einen Ultraschallsensor 5 aufweist, welcher über einen Datenbus 1 1 mit dem Steuergerät 5 zur Datenübertragung verbunden ist. Dabei weist der Ultraschallsensor 4 ein Schallwandlerelement 12 auf, welches als piezoelektrisches Element ausgebildet sein kann. Dieses Schallwandlerelement 12 ist mit einer Membran 13 zur Schwingungsübertragung verbunden. Die Membran 13 ist topfförmig ausgebildet und kann aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, gefertigt sein. Darüber hinaus umfasst der Ultraschallsensor 4 eine Sensorelektronik 10, welche als
anwendungsspezifische integrierte Schaltung beziehungsweise ASIC ausgebildet sein kann.
Fig. 3 zeigt eine Einhüllende 14 des Sensorsignals des Ultraschallsensors 4. Dabei ist auf der Abszisse ein Objektabstand d zu dem Objekt 8 in m und auf der Ordinate sind Amplitudenwerte A der Einhüllenden 14 beziehungsweise des Sensorsignals dargestellt. Dabei sind die Amplitudenwerte A auf den Wert 1 normiert. Die Einhüllende 14 beschreibt dabei eine Hüllkurve des Betrags des Sensorsignals. Ein erster Bereich 15 der
Einhüllenden 14 beschreibt die Anregung des Schallwandlerelements 12 zum Aussenden des Ultraschallsignals und das anschließende Ausschwingen der Membran 13. In einem Bereich 16 der Einhüllenden 14 sind die Echos des Ultraschallsignals beziehungsweise das von einem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal zu erkennen. Vorliegend sollen Objekte 8 in einem vorbestimmten Nahbereich in der Umgebung 9 erkannt werden.
Hierzu wird die Einhüllende 14 für einen vorbestimmten Ausschwingzeitbereich 17 analysiert. Um Objekte 8 in dem Nahbereich zu erkennen, wird nachfolgend nur die Einhüllende 14 für den Ausschwingzeitbereich 17 untersucht. Bei dem ausgesendeten Ultraschallsignal handelt es sich vorliegend um ein Pulssignal. Hieraus ergibt sich der Nahbereich in einem Abstand zwischen 0 cm und 30 cm zu dem Ultraschallsensor 4.
Fig. 4 zeigt beispielhaft drei Histogramme, welche anhand der Amplitudenwerte A der Einhüllenden 14 für den Ausschwingzeitbereich 17 bestimmt wurden. Bei den
Histogrammen ist jeweils auf der Abszisse der Amplitudenwert A auf der Ordinate die Frequenz f aufgetragen. Dabei zeigt das Histogramm auf der linken Seite die
Amplitudenverteilung beziehungsweise die Verteilung der Amplitudenwerte A für ein Objekt 8, das sich in einem Objektabstand d von 10 cm zu dem Ultraschallsensor 4 befindet. Das Histogramm in der Mitte zeigt die Amplitudenverteilung für ein Objekt 8, dass sich in einem Objektabstand d von 20 cm zu dem Ultraschallsensor befindet. Das Histogramm auf der rechten Seite zeigt die Amplitudenverteilung für Objekt auch, dass sich in einem Objektabstand d von 30 cm zu dem Ultraschallsensor befindet. Aus dieser beispielhaften Darstellung der Histogramme kann entnommen werden, dass sich die Amplitudenverteilungen für unterschiedliche Objektabstände d in dem Nahbereich deutlich voneinander unterscheiden.
Anhand der Amplitudenverteilungen werden statistische Parameter bestimmt. Als statistische Parameter können beispielsweise ein Mittelwert M oder eine Varianz V bestimmt werden. Hierzu zeigt Fig. 5 den Mittelwert M für verschiedene Objektabstände d. Dabei sind einzelnen Messwerte dargestellt, welche als statistische Referenz- Parameter 18 dienen. Ferner ist eine Linie dargestellt, welche eine mögliche Interpolation zwischen den statistischen Referenz-Parameter 18 darstellt, wobei Linie als Referenz- Kurve 19 dient. Darüber hinaus zeigt Fig. 6 die Varianz V für verschiedene
Objektabstände d. Auch hier sind einzelnen Messwerte dargestellt, welche als statistische Referenz-Parameter 20 dienen. Zudem ist eine mögliche Verbindung der Messwerte, welche als Referenz- Kurve 21 dient, dargestellt. Es ist deutlich sichtbar, dass sowohl für den Mittelwert M als auch die Varianz V unterschiedliche Werte auftreten, je nachdem, ob sich ein Objekt 8 in dem Nahbereich (Objektabstand d zwischen 0 cm und 30 cm) befindet oder nicht. Verschiedene Tests haben gezeigt, dass die Form und
Reflexionseigenschaften des Objekts 8 selbst darauf kaum einen Einfluss haben. Im Betrieb der Ultraschallsensorvorrichtung 3 kann mit dem Ultraschallsensor 4 das Ultraschallsignal ausgesendet werden und das von dem Objekt 8 reflektierte
Ultraschallsignal empfangen werden. Dabei kann mit der Sensorelektronik 10 des Ultraschallsensors 4 die Einhüllende 14 des Sensorsignals für den Ausschwingzeitbereich 17 bestimmt werden. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass das Sensorsignal zunächst abgetastet beziehungsweise digitalisiert wird. Im Anschluss daran können Daten, welche die Einhüllende 14 beschreiben, über den Datenbus 1 1 an das Steuergerät 5 übertragen werden. Mittels des Steuergeräts 5 kann dann von der Amplitudenverteilung der
Einhüllenden 14 der statistische Parameter bestimmt werden. Um zu erkennen, ob sich ein Objekt 8 in dem Nahbereich befindet, kann der statistische Parameter mit den statistischen Referenz-Parametern 18, 20 verglichen werden. Aufgrund der eindeutigen Tendenz von Mittelwert M und Varianz V kann im einfachsten Fall ein einfacher
Schwellwert dazu genutzt werden, unterscheiden, ob sich ein Objekt 8 in den Nahbereich befindet oder nicht.
Darüber hinaus kann der Abstand zwischen dem Objekt 8 und dem Ultraschallsensor 4 bestimmt werden, falls das Objekt 8 in dem Nahbereich erkannt wurde. Für die
Abstandsbestimmung kann durch Regression oder Kurvenanpassung (curve fitting) an die dargestellten Messwerte erfolgen. Mithilfe der Regression kann dann von einem ermittelten statistischen Parameter auf die tatsächliche Distanz geschlossen werden. Während die Detektion über den gesamten Nahbereich beziehungsweise Ultranahbereich ab etwa einem Abstand von 2 cm zuverlässig geführt werden kann, kann die Regression insbesondere im Bereich ab 10 cm verwendet werden. Wie in Fig. 5 und Fig. 6 zu sehen ist, ist in diesem Bereich bis zum Anfang des Fernbereichs eine ausreichende Steigerung der statistischen Parameter beziehungsweise statistischen Referenz-Parameter 18, 20 vorhanden, sodass eine sinnvolle Regression durchgeführt werden kann.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Erkennen eines Objekts (8) in einem Nahbereich in einer Umgebung (9) eines Fahrzeugs (1 ), bei welchem ein Ultraschallsensor (4) zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert wird, anhand des in der Umgebung (9) des Fahrzeugs (1 ) reflektierten und von dem Ultraschallsensor (4) empfangenen Ultraschallsignals ein Sensorsignal bestimmt wird, eine Einhüllende (14) des Sensorsignals für einen vorbestimmten Ausschwingzeitbereich (17) bestimmt wird und anhand der Einhüllenden (14) ein Vorhandensein des Objekts (8) in dem Nahbereich überprüft wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Amplitudenverteilung der Einhüllenden (14) bestimmt wird, ein statistischer Parameter der Amplitudenverteilung bestimmt wird und anhand des statistischen Parameters das Vorhandensein des Objekts (8) in dem Nahbereich überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
als der statistische Parameter ein Mittelwert (M) und/oder eine Varianz (V) der Amplitudenverteilung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Überprüfen des Vorhandenseins des Objekts (8) in dem Nahbereich der statistische Parameter mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Überprüfen des Vorhandenseins des Objekts (8) in dem Nahbereich ein Klassifikationsverfahren verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Überprüfen des Vorhandenseins des Objekts (8) in dem Nahbereich der statistische Parameter mit statistischen Referenz-Parametern (18, 20) verglichen wird, wobei die statistischen Referenz-Parameter (18, 20) in Referenz-Messungen bestimmt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
falls ein Objekt (8) in dem Nahbereich erkannt wird, anhand des Vergleichs des statistischen Parameters mit den statistischen Referenz-Parametern (18, 20) ein Objektabstand (d) zwischen dem Objekt (8) und dem Ultraschallsensor (4) bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
anhand der statistischen Referenz-Parameter (18, 20) eine Referenz-Kurve (19, 21 ) bestimmt wird und der Objektabstand (d) anhand der Referenz-Kurve (19, 21 ) bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Objektabstand (d) mittels eines Regressionsverfahrens bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einhüllende (14) mittels einer Sensorelektronik (10) des Ultraschallsensors (4) bestimmt wird und das Überprüfen des Vorhandenseins des Objekts (8) in dem Nahbereich mittels eines Steuergeräts (5) durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausschwingzeitbereich einem Zeitbereich zwischen 0,5 ms und 5 ms nach dem Anregen des Ultraschallsensors (4) zugeordnet wird.
1 1. Ultraschallsensorvorrichtung (3) für ein Fahrzeug (1 ) umfassend einen
Ultraschallsensor (4), welche eine Sensorelektronik (10) aufweist, und ein
Steuergerät (5), wobei die Ultraschallsensorvorrichtung (3) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
12. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Sensorelektronik (10) eines Ultraschallsensors (4) und/oder ein Steuergerät (5) diese veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
13. Computerlesbares (Speicher)medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Sensorelektronik (10) eines Ultraschallsensors (4) und/oder ein Steuergerät (5) diese veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
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