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WO2019154745A1 - Verfahren zum erfassen eines objekts in einem umgebungsbereich eines kraftfahrzeugs mit abschätzung der höhe des objekts anhand von echoanteilen eines empfangssignals, recheneinrichtung, ultraschallsensor sowie fahrerassistenzsystem - Google Patents

Verfahren zum erfassen eines objekts in einem umgebungsbereich eines kraftfahrzeugs mit abschätzung der höhe des objekts anhand von echoanteilen eines empfangssignals, recheneinrichtung, ultraschallsensor sowie fahrerassistenzsystem Download PDF

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Publication number
WO2019154745A1
WO2019154745A1 PCT/EP2019/052589 EP2019052589W WO2019154745A1 WO 2019154745 A1 WO2019154745 A1 WO 2019154745A1 EP 2019052589 W EP2019052589 W EP 2019052589W WO 2019154745 A1 WO2019154745 A1 WO 2019154745A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
echo
received signal
signal
motor vehicle
ultrasonic sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/052589
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Jung
Wolfgang Hamm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Publication of WO2019154745A1 publication Critical patent/WO2019154745A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
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    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2015/932—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles for parking operations

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting an object in an environmental region of a motor vehicle, in which an ultrasonic sensor for
  • Emission of an ultrasonic signal is controlled, a received signal is determined which a temporal course of the reflected in the surrounding area
  • Ultrasonic signal describes the received signal is compared with a threshold curve and if a first echo portion of the received signal, the threshold curve
  • the present invention relates to a computing device for an ultrasonic sensor, an ultrasonic sensor and a driver assistance system. Furthermore, the present invention relates to 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 an 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
  • Receiving the reflected from the object ultrasonic signal can then under
  • the distance to the object can be determined.
  • Ultrasound sensors can not measure the height of an object directly. However, height is an important factor in deciding whether an object or obstacle can be overrun or not.
  • the echo information is processed in different ways, for example by means of a driver assistance system. For example, in a high object, the motor vehicle is braked in front of the object, whereby an object classified as low is run over. Currently, this classification is in a central control unit of the Motor vehicle or the driver assistance system based on sensor signals, which are provided with the ultrasonic sensors made.
  • Ultrasonic signal also a second echo component or a second echo is present.
  • two echo information can be evaluated. On the one hand, it can be checked whether a second echo component is present directly after the first echo component. On the other hand, it can be checked whether a second echo component with twice the duration of the first echo component is present.
  • DE 10 2005 044 050 A1 describes a method for parking space determination for motor vehicles.
  • a pulse CV method using an ultrasonic sensor with a transmitting receiving device a removal of objects located laterally from the motor vehicle is carried out. It is envisaged that based on the detection of two echo signals as a double echo whose time interval is less than a predetermined maximum distance, an assessment is made in terms of the height of the object.
  • Object classification method for classifying an object In this case, a transmission signal is emitted by the vehicle in the direction of a track boundary and the reflected received signal is received. Furthermore, local maxima of the received signal are counted within a time interval. Furthermore, a transmission signal is emitted by the vehicle in the direction of a track boundary and the reflected received signal is received. Furthermore, local maxima of the received signal are counted within a time interval. Furthermore, a transmission signal is emitted by the vehicle in the direction of a track boundary and the reflected received signal is received. Furthermore, local maxima of the received signal are counted within a time interval. Furthermore, a transmission signal is emitted by the vehicle in the direction of a track boundary and the reflected received signal is received. Furthermore, local maxima of the received signal are counted within a time interval. Furthermore, a transmission signal is emitted by the vehicle in the direction of a track boundary and the reflected received signal is received. Furthermore, local maxima of the received signal are counted within a time
  • the object classification signal generated, which depends on the number of local maxima of the received signal.
  • the object classification signal may assume a first state if the received signal has no or exactly one local maximum. Furthermore, the object classification signal may assume a second state if the received signal has two or more local maxima within the temporal segment. Thus, a classification of the object in two heights (traversable and not traversable) can be realized.
  • a reception signal which describes the ultrasonic signal reflected by the object.
  • This received signal is usually compared with a threshold curve.
  • Receive signal which exceeds this threshold curve is then considered by the Object assuming assumed. If a second echo portion, which briefly follows the first echo portion, is too high or too low, this information is not transmitted to the controller. The detection of the second echo component also depends on the set threshold curve. This can make it a wrong one
  • This object is achieved by a method by a
  • an ultrasonic sensor for emitting an ultrasonic signal is preferably activated.
  • a received signal is determined, which preferably a temporal course of the in the
  • the received signal is preferably compared with a threshold curve, and if a first echo component of the received signal exceeds the threshold curve, it is preferably assumed that this first echo component describes an echo of the ultrasound signal reflected by the object.
  • this first echo component describes an echo of the ultrasound signal reflected by the object.
  • predetermined window has a further echo component, which in particular describes a signal peak of the received signal.
  • a height of the object is estimated on the basis of the first echo component and / or the second echo component.
  • An inventive method is used to detect an object in one
  • a received signal is determined, which describes a time profile of the reflected ultrasonic signal in the surrounding area.
  • This received signal is compared with a threshold curve and if a first echo portion of the received signal, the threshold curve is exceeded, it is assumed that this first echo component describes an echo of the ultrasound signal reflected by the object. It is provided that, if the first echo portion exceeds the threshold curve, regardless of the
  • Threshold curve is checked, whether the received signal in at least one
  • predetermined window has a second echo portion, which describes a signal peak of the received signal.
  • the height of the object is estimated on the basis of the first echo component and / or the second echo component.
  • the object in the surrounding area of the motor vehicle is to be characterized by means of the ultrasonic sensor.
  • the height of the object is to be estimated by means of the measurement of the ultrasonic sensor.
  • an ultrasound signal is emitted by the ultrasound sensor and the ultrasound signal reflected by the object is received again.
  • a membrane of the ultrasonic sensor using a corresponding
  • Transducer element such as a piezoelectric element
  • an excitation signal can be transmitted to the transducer element by means of the computing device.
  • the ultrasonic signal reflected from the object again strikes the diaphragm, causing the transducer element to vibrate.
  • a sensor signal or a received signal can then be provided which describes the oscillation of the diaphragm as a function of time.
  • the received signal can describe a time profile of the amplitudes of the sensor signal or of the ultrasonic signal reflected by the object.
  • the received signal can describe an envelope of the sensor signal.
  • the received signal or the amplitude characteristic of the received signal is then compared with a predetermined threshold curve. It is checked whether the received signal exceeds the threshold curve.
  • the first echo component exceeds the threshold curve, it is checked independently of the threshold curve whether the echo component has the second echo component in at least one predetermined window.
  • This second echo component describes at least one signal peak of the received signal.
  • Received signal is detected, it is assumed that the emitted ultrasonic signal has been reflected by the object. It is then checked whether the received signal has the second echo component. For this purpose, the
  • Reception signal but especially not compared with the threshold curve.
  • the received signal has at least one signal peak or one local maximum. If the received signal describes a profile of the amplitudes of the oscillation of the membrane of the ultrasonic sensor when receiving the ultrasonic signal, it can be checked whether the
  • Receive signal has a signal peak or a maximum. It is further provided that the second echo component is searched for in the at least one predetermined window. This at least one window describes a region in which the second echo component or the second echo of the ultrasound signal usually occur. In this way, the evaluation of the received signal can be made directly to the ultrasonic sensor and independently of the threshold curve. This increases the robustness of the height detection of the object.
  • the object is preferably assumed to be high if the received signal has the second echo component.
  • the second echo portion can, for example, of a
  • the ultrasonic signal in addition to the object on a floor or at a
  • the second echo component may also be due to the fact that the ultrasound signal, which is reflected at the object, is again reflected at the ultrasound sensor or the motor vehicle, returns to the object and is reflected by the latter back to the ultrasound sensor. If the second echo component is detected in the received signal, it can be assumed that the object is a high object. This information can be determined by means of the computing device of the ultrasonic sensor and to the central control unit of the motor vehicle or the
  • Driver assistance system of the motor vehicle can be operated reliably and safely.
  • the at least one predetermined window is assigned to a time range and / or an amplitude range of the received signal, the time range and / or the amplitude range being dependent on the first
  • Echo component can be determined.
  • the at least one window describes the area of the received signal, in which portions of the second echo are usually present. It is also possible to define a plurality of predetermined windows in which it is checked whether the second echo component is present. In doing so, the window will be relative to the
  • the at least one window can also be determined with respect to the amplitude of the received signal. That's it
  • the at least one predetermined window is determined in dependence on the first echo or the first echo component.
  • the at least one window can then be determined in relation to the first echo component. This enables an efficient evaluation of the received signal.
  • the time range predetermined time interval with respect to the first echo portion, wherein the time interval is predetermined as a function of a distance to the object and / or an installed position of the ultrasound sensor.
  • the transit time difference between the first echo portion and the second echo portion is dependent on the distance and / or the installation position.
  • the distance between the ultrasound sensor and the object can be determined on the basis of the first echo component or a transit time assigned to the first echo component. Depending on this distance, the time range can then be determined.
  • the time range of the installation position for example, a mounting height
  • the ultrasonic sensor can be determined on the motor vehicle.
  • the predetermined time interval is between 30 ps and 70 ps, in particular 50 ps. If the ultrasound signal is additionally reflected at the ground or the road surface, the second echo component follows almost directly to the first echo component. Here, experiments and / or simulations have shown that this second echo component is usually received after a period of 50 ps after the first echo. If the second echo component is searched for in this time range, the received signal can be evaluated in a simple and effective manner.
  • the object is assumed to be a high object, which is located on a floor, if the second echo portion is detected in the time range.
  • the at least one window or a first window can be selected such that it covers the time range which follows the first echo portion. In this time range then echoes of the
  • Receive ultrasonic signal which come from the multiple reflection of the ultrasonic signal. These multiple reflections occur on objects that are located on the ground or the road surface. In this way, the object can be characterized accordingly.
  • a transit time is determined after which the first echo portion is received, and the time range is determined to include twice the transit time.
  • the transit time describes the time which elapses between the emission of the ultrasound signal and the reception of the first echo or of the first echo component.
  • the time range of the at least one window can be chosen such that it includes a double value of the transit time. In this way it can be checked whether the received signal describes portions of the ultrasonic signal which are caused by a multiple reflection between the ultrasonic sensor and the object. It can also be provided that a first window is defined for the time range which takes place directly on the first echo or the first echo and that a second window is defined which is determined to include twice the transit time. It allows an efficient evaluation of the received signal to further echo components or echoes, regardless of the threshold curve.
  • the time domain is assigned a time duration between 150 ps and 250 ps, in particular.
  • This time range was determined based on searches and / or simulations. This time range is chosen so that in this possible second echo components can be reliably detected. Furthermore, the time range is chosen so that this brings a low computational burden.
  • the amplitude range extends from a first amplitude value, which corresponds to at least 30% of the amplitude of the first echo component, to a second amplitude value, which corresponds to at least 70% of the amplitude of the first echo component.
  • the second echo component usually has a lower amplitude than the first echo component of the received signal.
  • the first amplitude value, which defines the lower limit of the amplitude range is so too Select to avoid misinterpreting noise or noise as the second echo portion. This allows reliable detection of the second echo component.
  • a computing device for an ultrasonic sensor of a
  • Motor vehicle is designed for performing a method according to the invention and the advantageous embodiments thereof. It can be provided in particular that the computing device is arranged in a housing of the ultrasonic sensor. Preferably, the computing device is designed as an application-specific integrated circuit (ASIC - Application-Specific Integrated Circuit). With the help of ASIC - Application-Specific Integrated Circuit).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • an excitation signal can be sent, which for
  • Transmission of the ultrasonic signal is transmitted to the transducer element. Furthermore, the sensor signal, which is provided by the transducer element when receiving the ultrasound signal, can be received by means of the computing device, and the received signal can be determined therefrom.
  • Another aspect of the invention relates to an electronic control device for a
  • the excitation signal can be transmitted to the transducer element of the ultrasonic sensor.
  • the electronic control unit ECU - Electronic Control Unit
  • Control unit the sensor signal, which is provided by the transducer element upon receiving the ultrasonic signal, are received, and from this, the received signal can be determined.
  • An inventive ultrasonic sensor for a motor vehicle comprises a
  • the ultrasonic sensor may have a membrane which is, for example, cup-shaped and may be made of a metal, for example aluminum.
  • the membrane which is, for example, cup-shaped and may be made of a metal, for example aluminum.
  • Ultrasonic sensor preferably a transducer element, which may be formed by a piezoelectric element. Furthermore, the ultrasonic sensor can have a housing in which the computing device or the sensor electronics are arranged.
  • An inventive driver assistance system for a motor vehicle comprises at least one ultrasonic sensor.
  • the driver assistance system can be a
  • the driver assistance system can be configured, for example, as a parking aid system, which the driver when parking in a Parking space and / or when parking out of the parking space supported. Furthermore, provision can be made for the driver assistance system to be designed to maneuver the motor vehicle, at least semi-autonomously, as a function of the detected object or as a function of the estimated height of the object.
  • 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 computing device of an ultrasound sensor and / or an electronic control unit.
  • 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, are stored in the program code means to perform the inventive method and the advantageous embodiments thereof, if the
  • Program code means loaded in a memory of an electronic computing device of an ultrasonic sensor and / or an electronic control unit and on a processor of the electronic computing device and / or the electronic
  • Control unit to be processed.
  • 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 is a schematic representation of the ultrasonic sensor, which is a
  • Computing device comprises;
  • Fig. 3 shows the ultrasonic sensor and a high object, which is located on a
  • Ground is located as well as the signal paths of the ultrasonic signal
  • Embodiment wherein the object is a barrier
  • Fig. 6 shows the ultrasonic sensor and an object according to another
  • Embodiment wherein the object is arranged spaced from the ground; and 7 shows a received signal which describes a time profile of the ultrasound signal reflected by the object according to FIG. 6.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle 1, which is presently 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 of which six ultrasonic sensors 4 are arranged in a front region 6 of the motor vehicle 1 and six ultrasonic sensors 4 in a rear region 7 of the motor vehicle 1.
  • the ultrasonic sensors can in particular be mounted on a bumper of the motor vehicle 1.
  • Ultrasonic sensors 4 at least partially be arranged in corresponding recesses or through holes of the bumper. It can also be provided that the ultrasonic sensors 4 are arranged hidden behind the bumpers. In principle, the ultrasonic sensors 4 can also be arranged in other trim parts or components of the motor vehicle 1. For example, the ultrasonic sensors 4 may be arranged on or hidden behind the doors of the motor vehicle 1.
  • Receiving signals 10 (see FIG. 4), which describe at least one object 8 in a surrounding area 9 of the motor vehicle 1, can be respectively provided with the respective ultrasonic sensors 4.
  • an object 8 in the surrounding area 9 is shown schematically.
  • an ultrasound signal can be emitted with each of the ultrasound sensors 4 and the ultrasound signal reflected by the object 8 can be received again.
  • a transit time tf between the emission of the ultrasound signal and the reception of the ultrasound signal reflected by the object 8 On the basis of a transit time tf between the emission of the ultrasound signal and the reception of the ultrasound signal reflected by the object 8, a distance d between the
  • the driver assistance system 2 comprises an electronic control unit 3 which is connected to the respective ultrasonic sensors 4 for data transmission. Corresponding data lines or a data bus are presently not shown for clarity.
  • the reception signals 10 provided with the respective ultrasonic sensors 4 can be transmitted to the electronic control unit 3.
  • the control unit 3 can then check whether the object 8 is present in the surrounding area 9 and at which position the object 8 is located. As explained in more detail below, information which describes whether the object 8 is a tall object or a low object is also determined by means of the ultrasound sensor 4.
  • driver assistance system 2 can then be used by the driver assistance system 2 to output a corresponding output to the driver of the motor vehicle 1.
  • the driver assistance system 2 the motor vehicle 1 in
  • the motor vehicle 1 can be braked in front of a high object and a low object can be run over by the motor vehicle 1.
  • the ultrasonic sensor 4 has a membrane 11 which is pot-shaped and which can be made of a metal, in particular aluminum.
  • the ultrasonic sensor 4 comprises a transducer element 12, which can be provided by a piezoelectric element.
  • the transducer element 12 is in particular an electro-acoustic transducer.
  • the ultrasonic sensor 4 comprises a computing device 5, which may be formed in particular by an application-specific intelligent circuit. The computing device 5 is connected to the
  • Transducer element 12 is electrically connected. When emitting the ultrasonic signal from the computing device 5, a corresponding excitation signal to the
  • Transducer element 12 are transmitted. Upon receiving the ultrasonic signal, a sensor signal, in the form of a temporally variable electrical voltage, can be transmitted to the computing device 5 with the transducer element 12.
  • the received signal 10 can then be provided, which describes a time course of the vibrations of the membrane 1 1 and the transducer element 12 as a function of time t.
  • the received signal 10 also describes the time profile of the ultrasonic signal reflected by the object 8. It is provided in particular that the received signal 10 describes an envelope or an envelope of the sensor signal.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the ultrasonic sensor 4 and of the object 8, which in the present case is located on a floor 13 or the road surface.
  • the ultrasonic sensor 4 is arranged at an installation height h on the motor vehicle 1, wherein the installation height h is known.
  • the installation height h is defined with respect to a vertical axis of the motor vehicle 1.
  • the object 8 may be, for example, a post or a wall.
  • Ultrasonic sensor 4 is emitted, this is reflected directly on the object 8 and returns to the ultrasonic sensor 4 back. This is illustrated here by the arrow 14.
  • a portion of the emitted ultrasound signal at the contact point or foot point of the object 8 is reflected at the bottom 13. This is illustrated by the arrow 15 in the present case.
  • FIG. 4 shows a time profile of the received signal 16 of the ultrasonic signal reflected by the object 8 according to FIG. 3.
  • the time t is plotted on the abscissa and an amplitude A is plotted on the ordinate.
  • the received signal 10 describes an envelope curve or an amplitude profile of the ultrasonic signal reflected by the object 8.
  • This received signal 10 is compared with a predetermined threshold curve 17. This shows that
  • Receive signal 10 to a first echo portion 18, which exceeds the threshold curve 17. It is assumed that this first echo portion 18 of the
  • Reflection of the ultrasonic signal at the object 8 comes.
  • This first echo portion 18 is received after the time tf.
  • the distance d between the ultrasonic sensor 4 and the object 8 can then be determined.
  • the first echo component 18 is detected in the received signal 10
  • Threshold curve 17 This first window 20a is defined by a time range tb and by an amplitude range Ab.
  • the amplitude range Ab extends from a first amplitude value A1 to a second amplitude value A2.
  • Amplitude value A1 may be about 30% of the amplitude A of the first echo portion 18 and the second amplitude value A2 may be about 70% of the amplitude A of the first
  • the time domain tb may be associated with a duration of about 200 ps. Further, the time range tb is determined to be one
  • the second echo component 19 can be recognized in the received signal 10 by being assigned to a signal peak or a local maximum. If the second echo portion 19 is detected in the reception signal 10, it can
  • the object 8 according to FIG. 5 may be, for example, a
  • FIG. 6 shows the ultrasonic sensor 4 and another object 8.
  • the object 8 in comparison to the object 8 according to FIG. 5 with respect to the vertical direction of the motor vehicle 1 on a larger spatial extent.
  • FIG. 7 shows the received signal 10, which describes the time profile of the ultrasonic signal reflected by the object 8 according to FIG. 6.
  • a first echo portion 18 of the received signal 10 which exceeds the threshold curve 17.
  • This is received after the runtime tf.
  • it is checked whether a second echo portion 19 is received in a second window 20b.
  • the second window 20b or the time range tb of the second window 20b is selected such that it includes twice the transit time 2tf.
  • the received signal 10 By evaluating the received signal 10, it can first be checked whether this has the first echo component 18. Following this, it can be checked in the window 20a and / or in the window 20b whether the second echo portion 19 can be detected there. If this is the case, it can be assumed that the object 8 is a tall object. This information can then be transmitted from the respective ultrasonic sensor 4 or its computing device 5 to the control unit 3. This information can then be provided by the driver assistance system 2 used to issue a warning to the driver and / or to maneuver the motor vehicle 1 at least semi-autonomously.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts (8) in einem Umgebungsbereich (9) eines Kraftfahrzeugs (1), bei welchem ein Ultraschallsensor (4) zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert wird, ein Empfangssignal (10) bestimmt wird, welches einen zeitlichen Verlauf des in dem Umgebungsbereich (9) reflektierten Ultraschallsignals beschreibt, das Empfangssignal (10) mit einer Schwellwertkurve (17) verglichen wird und falls ein erster Echoanteil (18) des Empfangssignals (10) die Schwellwertkurve (17) überschreitet, angenommen wird, dass dieser erste Echoanteil (18) ein Echo des von dem Objekt (8) reflektierten Ultraschallsignals beschreibt, wobei falls der erste Echoanteil (18) die Schwellwertkurve (17) überschreitet, unabhängig von der Schwellwertkurve (17) überprüft wird, ob das Empfangssignal (10) in zumindest einem vorbestimmten Fenster (20a, 20b) einen zweiten Echoanteil (19) aufweist, welcher zumindest eine Signalspitze des Empfangssignals (10) beschreibt, und eine Höhe des Objekts anhand des ersten Echoanteils (18) und/oder des zweiten Echoanteils (19) abgeschätzt wird.

Description

Verfahren zum Erfassen eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs mit Abschätzung der Höhe des Objekts anhand von Echoanteilen eines Empfangssignals,
Recheneinrichtung, Ultraschallsensor sowie Fahrerassistenzsystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Ultraschallsensor zum
Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert wird, ein Empfangssignal bestimmt wird, welches einen zeitlichen Verlauf des in dem Umgebungsbereich reflektierten
Ultraschallsignals beschreibt, das Empfangssignal mit einer Schwellwertkurve verglichen wird und falls ein erster Echoanteil des Empfangssignals die Schwellwertkurve
überschreitet, angenommen wird, dass dieser erste Echoanteil ein Echo des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals beschreibt. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Recheneinrichtung für einen Ultraschallsensor, einen Ultraschallsensor sowie ein Fahrerassistenzsystem. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein
Computerprogrammprodukt sowie ein computerlesbares Medium.
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 einem 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 unter
Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit der Abstand zu dem Objekt bestimmt werden.
Mithilfe von Ultraschallsensoren kann die Höhe eines Objekts nicht direkt gemessen werden. Die Höhe ist aber ein wichtiger Faktor, um entscheiden zu können, ob ein Objekt beziehungsweise Hindernis überfahren werden kann oder nicht. Je nach Höhe des Objekts wird die Echoinformation beispielsweise mittels eines Fahrerassistenzsystems auf unterschiedliche Arten verarbeitet. Beispielsweise wird bei einem hohen Objekt das Kraftfahrzeug vor dem Objekt abgebremst, wobei ein als niedrig eingestuftes Objekt überfahren wird. Aktuell wird diese Einstufung in einem zentralen Steuergerät des Kraftfahrzeugs beziehungsweise des Fahrerassistenzsystems auf Grundlage von Sensorsignalen, die mit den Ultraschallsensoren bereitgestellt werden, vorgenommen.
Um die Höhe eines Objekts mithilfe eines Ultraschallsensors abschätzen zu können, sind aus dem Stand der Technik diverse Verfahren bekannt. Beispielsweise kann überprüft werden, ob neben einem ersten Echoanteil beziehungsweise ersten Echo des
Ultraschallsignals auch ein zweiter Echoanteil beziehungsweise ein zweites Echo vorhanden ist. Dabei können zwei Echoinformationen ausgewertet werden. Zum einen kann überprüft werden, ob direkt nach dem ersten Echoanteil ein zweiter Echoanteil vorhanden ist. Zum anderen kann überprüft werden, ob ein zweiter Echoanteil mit der doppelten Laufzeit des ersten Echoanteils vorhanden ist.
Hierzu beschreibt die DE 10 2005 044 050 A1 ein Verfahren zur Parklückenbestimmung für Kraftfahrzeuge. Hierbei wird mittels eines PulsVEchoverfahren unter Verwendung eines Ultraschallsensors mit einer SendeVEmpfangseinrichtung eine Entfernung von seitlich vom Kraftfahrzeug befindlichen Objekten durchgeführt. Dabei ist es vorgesehen, dass anhand der Detektion von zwei Echosignalen als Doppelecho, deren zeitlicher Abstand zueinander kleiner als ein vorbestimmter Maximalabstand ist, eine Bewertung hinsichtlich der Höhe des Objekts erfolgt.
Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2007 035 219 A1 ein
Objektklassifizierungsverfahren zur Klassifizierung eines Objekts. Hierbei wird ein Sendesignal vom Fahrzeug in Richtung einer Fahrwegbegrenzung ausgesendet und das reflektierte Empfangssignal empfangen. Des Weiteren werden lokale Maxima des Empfangssignals innerhalb eines zeitlichen Abschnitts gezählt. Ferner wird ein
Objektklassifikationssignal erzeugt, welches von der Anzahl der lokalen Maxima des Empfangssignals abhängt. Das Objektklassifikationssignal kann einen ersten Zustand annehmen, falls das Empfangssignal kein oder genau ein lokales Maximum aufweist. Ferner kann das Objektklassifikationssignal einen zweiten Zustand annehmen, falls das Empfangssignal innerhalb des zeitlichen Abschnitts zwei oder mehr lokale Maxima aufweist. Somit kann eine Klassifizierung des Objekts in zwei Höhen (überfahrbar und nicht überfahrbar) realisiert werden.
Mit den jeweiligen Ultraschallsensoren wird ein Empfangssignal bereitgestellt, welches das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal beschreibt. Dieses Empfangssignal wird üblicherweise mit einer Schwellwertkurve verglichen. Ein Echoanteil des
Empfangssignals, welcher diese Schwellwertkurve überschreitet, wird dann als von dem Objekt stammend angenommen. Wenn ein zweiter Echoanteil, welcher kurz auf den ersten Echoanteil folgt, zu hoch oder zu niedrig ist, wird diese Information nicht an das Steuergerät übermittelt. Auch die Erkennung des zweiten Echoanteils ist von der eingestellten Schwellwertkurve abhängig. Dadurch kann es zu einer falschen
Einschätzung der Objekthöhe kommen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie die Höhe eines Objekts mithilfe eines Ultraschallsensors zuverlässiger abgeschätzt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine
Recheneinrichtung, 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 zum Erfassen eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs wird bevorzugt ein Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert. Darüber hinaus wird insbesondere ein Empfangssignal bestimmt, welches bevorzugt einen zeitlichen Verlauf des in dem
Umgebungsbereich reflektierten Ultraschallsignals beschreibt. Des Weiteren wird das Empfangssignal bevorzugt mit einer Schwellwertkurve verglichen und falls ein erster Echoanteil des Empfangssignals die Schwellwertkurve überschreitet, wird bevorzugt angenommen, dass dieser erste Echoanteil ein Echo des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals beschreibt. Außerdem ist es bevorzugt vorgesehen, dass, falls der erste Echoanteil die Schwellwertkurve überschreitet, bevorzugt unabhängig von der Schwellwertkurve überprüft wird, ob das Empfangssignal in zumindest einem
vorbestimmten Fenster einen weiteren Echoanteil aufweist, welcher insbesondere eine Signalspitze des Empfangssignals beschreibt. Bevorzugt wird eine Höhe des Objekts anhand des ersten Echoanteils und/oder des zweiten Echoanteils abgeschätzt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Erfassen eines Objekts in einem
Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird ein Ultraschallsensor zum
Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert. Darüber hinaus wird ein Empfangssignal bestimmt, welches einen zeitlichen Verlauf des in dem Umgebungsbereich reflektierten Ultraschallsignals beschreibt. Dieses Empfangssignal wird mit einer Schwellwertkurve verglichen und falls ein erster Echoanteil des Empfangssignals die Schwellwertkurve überschreitet, wird angenommen, dass dieser erste Echoanteil ein Echo des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals beschreibt. Dabei ist es vorgesehen, dass, falls der erste Echoanteil die Schwellwertkurve überschreitet, unabhängig von der
Schwellwertkurve überprüft wird, ob das Empfangssignal in zumindest einem
vorbestimmten Fenster einen zweiten Echoanteil aufweist, welcher eine Signalspitze des Empfangssignals beschreibt. Zudem wird die Höhe des Objekts anhand des ersten Echoanteils und/oder des zweiten Echoanteils abgeschätzt.
Vorliegend soll das Objekt in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mithilfe des Ultraschallsensors charakterisiert werden. Insbesondere soll mithilfe der Messung des Ultraschallsensors die Höhe des Objekts abgeschätzt werden. Somit kann beispielsweise ermittelt werden, ob es sich bei dem Objekt um ein hohes Objekt oder um ein niedriges Objekt handelt. Es niedriges Objekt kann ein derartiges Objekt beschreiben, welches beispielsweise von dem Kraftfahrzeug überfahren werden kann, ohne dass eine
Beschädigung des Kraftfahrzeugs droht. Bei einem hohen Objekt droht üblicherweise eine Beschädigung des Kraftfahrzeugs. Die Höhe des Objekts wird dabei bevorzugt entlang der Hochrichtung des Kraftfahrzeugs bestimmt. Das Verfahren kann
beispielsweise mit einer Recheneinrichtung beziehungsweise einer Sensorelektronik des Ultraschallsensors durchgeführt werden. Zur Abschätzung der Höhe des Objekts wird mit dem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet und das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen. Zum Aussenden des Ultraschallsignals kann eine Membran des Ultraschallsensors mithilfe eines entsprechenden
Wandlerelements, beispielsweise eines piezoelektrischen Elements, zu mechanischen Schwingungen angeregt werden. Zu diesem Zweck kann mittels der Recheneinrichtung beispielsweise ein Anregungssignal an das Wandlerelement übertragen werden. Das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal trifft wieder auf die Membran, wodurch das Wandlerelement zum Schwingen angeregt wird. Mithilfe des Wandlerelements kann dann ein Sensorsignal beziehungsweise ein Empfangssignal bereitgestellt werden, welches die Schwingung der Membran in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt. Insbesondere kann das Empfangssignal einen zeitlichen Verlauf der Amplituden des Sensorsignals beziehungsweise des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals beschreiben.
Beispielsweise kann das Empfangssignal eine Hüllkurve des Sensorsignals beschreiben. Das Empfangssignal beziehungsweise der Amplitudenverlauf des Empfangssignals wird nun mit einer vorbestimmten Schwellwertkurve verglichen. Dabei wird überprüft, ob das Empfangssignal die Schwellwertkurve überschreitet. Der erste Echoanteil des
Empfangssignals, wird einem Echo des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals zugeordnet. Somit bei dem Erkennen des ersten Echoanteils kann davon ausgegangen werden, dass das Objekt in dem Umgebungsbereich vorhanden ist.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass, falls der erste Echoanteil die Schwellwertkurve überschreitet, unabhängig von der Schwellwertkurve überprüft wird, ob der Echoanteil in zumindest einem vorbestimmten Fenster den zweiten Echoanteil aufweist. Dieser zweite Echoanteil beschreibt zumindest eine Signalspitze des Empfangssignals. Nachdem der erste Echoanteil in dem
Empfangssignal erkannt wurde, wird davon ausgegangen, dass das ausgesendete Ultraschallsignal von dem Objekt reflektiert wurde. Daraufhin wird überprüft, ob das Empfangssignal den zweiten Echoanteil aufweist. Zu diesem Zweck wird das
Empfangssignal aber insbesondere nicht mit der Schwellwertkurve verglichen. Zum Bestimmen des zweiten Echoanteils wird überprüft, ob das Empfangssignal zumindest eine Signalspitze oder ein lokales Maximum aufweist. Wenn das Empfangssignal einen Verlauf der Amplituden der Schwingung der Membran des Ultraschallsensors beim Empfangen des Ultraschallsignals beschreibt, kann überprüft werden, ob das
Empfangssignal eine Signalspitze beziehungsweise ein Maximum aufweist. Dabei ist es ferner vorgesehen, dass nach dem zweiten Echoanteil in dem zumindest einen vorbestimmten Fenster gesucht wird. Dieses zumindest eine Fenster beschreibt einen Bereich, in welchem der zweite Echoanteil beziehungsweise das zweite Echo des Ultraschallsignals üblicherweise auftreten. Auf diese Weise kann die Auswertung des Empfangssignals direkt dem Ultraschallsensor und unabhängig von der Schwellwertkurve erfolgen. Dadurch steigt die Robustheit der Höhenerkennung des Objekts an.
Bevorzugt wird das Objekt als hoch angenommen, falls das Empfangssignal den zweiten Echoanteil aufweist. Der zweite Echoanteil kann beispielsweise von einer
Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals stammen. Hier wird das Ultraschallsignal zusätzlich zu dem Objekt auch an einem Boden beziehungsweise an einer
Fahrbahnoberfläche reflektiert. Hier folgt das zweite Echo des Ultraschallsignals, welches dem zweiten Echoanteil zugeordnet ist, üblicherweise kurz nach dem ersten Echo, welches dem ersten Echoanteil zugeordnet ist. Der zweite Echoanteil kann auch dadurch begründet sein, dass das Ultraschallsignal, welches an dem Objekt reflektiert wird, nochmals an dem Ultraschallsensor beziehungsweise dem Kraftfahrzeug reflektiert wird, wieder zu dem Objekt gelangt und von diesem zurück zu dem Ultraschallsensor reflektiert wird. Falls der zweite Echoanteil in dem Empfangssignal erkannt wird, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Objekt um ein hohes Objekt handelt. Diese Information kann mittels der Recheneinrichtung des Ultraschallsensors bestimmt werden und an das zentrale Steuergerät des Kraftfahrzeugs beziehungsweise des
Fahrerassistenzsystems übertragen werden. Auf diese Weise kann das
Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs zuverlässig und sicher betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird das zumindest eine vorbestimmte Fenster einem Zeitbereich und/oder einem Amplitudenbereich des Empfangssignals zugeordnet, wobei der Zeitbereich und/oder der Amplitudenbereich in Abhängigkeit von dem ersten
Echoanteil bestimmt werden. Das zumindest eine Fenster beschreibt den Bereich des Empfangssignals, in welchem üblicherweise Anteile des zweiten Echos vorhanden sind. Es können auch mehrere vorbestimmte Fenster definiert werden, in denen überprüft wird, ob der zweite Echoanteil vorhanden ist. Dabei wird das Fenster bezüglich des
Zeitbereichs definiert. Alternativ oder zusätzlich kann das zumindest eine Fenster auch bezüglich der Amplitude des Empfangssignals bestimmt werden. Dabei ist es
vorgesehen, dass das zumindest eine vorbestimmte Fenster in Abhängigkeit von dem ersten Echo beziehungsweise dem ersten Echoanteil bestimmt wird. In Relation zu dem ersten Echoanteil kann dann das zumindest eine Fenster bestimmt werden. Dies ermöglicht eine effiziente Auswertung des Empfangssignals.
Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass der Zeitbereich einen vorbestimmten zeitlichen Abstand zu dem ersten Echoanteil aufweist, wobei der zeitliche Abstand in Abhängigkeit von einem Abstand zu dem Objekt und/oder einer Einbauposition des Ultraschallsensors vorbestimmt wird. Der Laufzeitunterschied zwischen dem ersten Echoanteil und dem zweiten Echoanteil ist abhängig von dem Abstand und/oder der Einbauposition. Anhand des ersten Echoanteil beziehungsweise einer dem ersten Echoanteil zugeordneten Laufzeit kann der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt bestimmt werden. In Abhängigkeit von diesem Abstand kann dann der Zeitbereich bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Zeitbereich von der Einbauposition, beispielsweise von einer Einbauhöhe, des Ultraschallsensors an dem Kraftfahrzeug bestimmt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass der vorbestimmte zeitliche Abstand zwischen 30 ps und 70 ps, insbesondere 50 ps beträgt. Wenn das Ultraschallsignal zusätzlich an dem Boden beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche reflektiert wird, folgt der zweite Echoanteil quasi direkt auf den ersten Echoanteil. Hier haben Versuche und/oder Simulationen ergeben, dass dieser zweite Echoanteil üblicherweise nach einer Zeitdauer von 50 ps nach dem ersten Echo empfangen wird. Wenn nun in diesem Zeitbereich nach dem zweiten Echoanteil gesucht wird, kann das Empfangssignal auf einfache und effektive Weise ausgewertet werden. In einer weiteren Ausgestaltung wird das Objekt als hohes Objekt, welches sich auf einem Boden befindet, angenommen, falls der zweite Echoanteil in dem Zeitbereich erkannt wird. Wie bereits erläutert, kann das zumindest eine Fenster beziehungsweise ein erstes Fenster so gewählt werden, dass dieses den Zeitbereich abdeckt, welcher auf den ersten Echoanteil folgt. In diesem Zeitbereich werden dann Echos des
Ultraschallsignals empfangen, welche von der Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals stammen. Diese Mehrfachreflexionen treten bei Objekten auf, welche sich auf dem Boden beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche befinden. Auf diese Weise kann das Objekt entsprechend charakterisiert werden.
In einer weiteren Au sfüh rungsform wird eine Laufzeit bestimmt, nach welcher der erste Echoanteil empfangen wird, und der Zeitbereich wird so bestimmt, dass dieser die doppelte Laufzeit einschließt. Die Laufzeit beschreibt diejenige Zeit, welche zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des ersten Echos beziehungsweise des ersten Echoanteils verstreicht. In diesem Fall kann der Zeitbereich des zumindest einen Fensters so gewählt werden, dass dieser einen doppelten Wert der Laufzeit einschließt. Auf diese Weise kann überprüft werden, ob das Empfangssignal Anteile des Ultraschallsignals beschreibt, welche durch eine mehrfache Reflexion zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt hervorgerufen sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein erstes Fenster dem Zeitbereich, welcher direkt auf das erste Echo beziehungsweise den ersten Echo erfolgt, definiert wird und dass ein zweites Fenster definiert wird, welches so bestimmt wird, dass dieses die doppelte Laufzeit einschließt. Es ermöglicht eine effiziente Auswertung des Empfangssignals auf weitere Echoanteile beziehungsweise Echos und zwar unabhängig von der Schwellwertkurve.
In einer weiteren Ausführungsform wird dem Zeitbereich eine zeitliche Dauer zwischen 150 ps und 250 ps, insbesondere, zugeordnet. Dieser Zeitbereich wurde auf Grundlage von Suchen und/oder Simulationen ermittelt. Dieser Zeitbereich ist so gewählt, dass in diesem mögliche zweite Echoanteile zuverlässig erkannt werden können. Weiterhin ist der Zeitbereich so gewählt, dass dieser einen geringen Rechenaufwand mit sich bringt.
In einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich der Amplitudenbereich von einem ersten Amplitudenwert, welcher zumindest 30 % der Amplitude des ersten Echoanteils entspricht, zu einem zweiten Amplitudenwert, welcher zumindest 70 % der Amplitude des ersten Echoanteils entspricht. Der zweite Echoanteil weist üblicherweise eine geringere Amplitude als der erste Echoanteil des Empfangssignals auf. Des Weiteren ist der erste Amplitudenwert, welcher die untere Grenze des Amplitudenbereichs definiert, so zu wählen, dass vermieden wird, dass Störungen oder Rauschen fälschlicherweise als zweiter Echoanteil interpretiert werden. Dies ermöglicht eine zuverlässige Erkennung des zweiten Echoanteils.
Eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung für einen Ultraschallsensor eines
Kraftfahrzeugs ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Recheneinrichtung in einem Gehäuse des Ultraschallsensors angeordnet ist. Bevorzugt ist die Recheneinrichtung als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC - Application-Specific Integrated Circuit) ausgebildet. Mithilfe der
Recheneinrichtung kann ein Anregungssignal ausgesendet werden, welches zum
Aussenden des Ultraschallsignals an das Wandlerelement übertragen wird. Ferner kann mittels der Recheneinrichtung das Sensorsignal, welches von dem Wandlerelement beim Empfangen des Ultraschallsignals bereitgestellt wird, empfangen werden und hieraus das Empfangssignal bestimmt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektronisches Steuergerät für ein
Kraftfahrzeug, welches zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Mittels des elektronischen Steuergeräts (ECU - Electronic Control Unit) kann das Anregungssignal an das Wandlerelement des Ultraschallsensors übertragen werden. Zudem kann mittels des elektronischen
Steuergeräts das Sensorsignal, welches von dem Wandlerelement beim Empfangen des Ultraschallsignals bereitgestellt wird, empfangen werden und hieraus das Empfangssignal bestimmt werden.
Ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug umfasst eine
erfindungsgemäße Recheneinrichtung. Zudem kann der Ultraschallsensor eine Membran aufweisen, welche beispielsweise topfförmig ausgebildet ist und aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, gefertigt sein kann. Des Weiteren umfasst der
Ultraschallsensor bevorzugt ein Wandlerelement, welches durch ein piezoelektrisches Element gebildet sein kann. Ferner kann der Ultraschallsensor ein Gehäuse aufweisen, in welchem die Recheneinrichtung beziehungsweise die Sensorelektronik angeordnet ist.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen Ultraschallsensor. Darüber hinaus kann das Fahrerassistenzsystem ein
elektronisches Steuergerät aufweisen. Das Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise als Parkhilfesystem ausgebildet sein, welches den Fahrer beim Einparken in eine Parklücke und/oder beim Ausparken aus der Parklücke unterstützt. Ferner kann es vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem erfassten Objekt beziehungsweise in Abhängigkeit von der abgeschätzten Höhe des Objekts das Kraftfahrzeug zumindest semi-autonom zu manövrieren.
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 einer elektronischen Recheneinrichtung eines Ultraschallsensors und/oder einem elektronischen Steuergerät 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 einer elektronischen Recheneinrichtung eines Ultraschallsensors und/oder eines elektronischen Steuergeräts geladen und auf einem Prozessor der elektronischen Recheneinrichtung und/oder des elektronischen
Steuergeräts 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 umfasst;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ultraschallsensors, welcher eine
Recheneinrichtung umfasst;
Fig. 3 den Ultraschallsensor sowie ein hohes Objekt, welches sich auf einem
Boden befindet sowie die Signalwege des Ultraschallsignals;
Fig. 4 ein Empfangssignal, welches das von dem Objekt gemäß Fig. 3 reflektierte
Ultraschallsignal in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt;
Fig. 5 den Ultraschallsensor und ein Objekt gemäß einer weiteren
Ausführungsform, wobei es sich bei dem Objekt um eine Schranke handelt;
Fig. 6 den Ultraschallsensor und ein Objekt gemäß einer weiteren
Ausführungsform, wobei das Objekt beabstandet zu dem Boden angeordnet ist; und Fig. 7 ein Empfangssignal, welches einen zeitlichen Verlauf des von dem Objekt gemäß Fig. 6 reflektierten Ultraschallsignals beschreibt.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 , welches vorliegend 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, von denen sechs Ultraschallsensoren 4 in einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 und sechs Ultraschallsensoren 4 in einem Heckbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sind. Die Ultraschallsensoren können insbesondere an einem Stoßfänger 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 anderen Verkleidungsteilen beziehungsweise Bauteilen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Beispielsweise können die Ultraschallsensoren 4 an oder verdeckt hinter den Türen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.
Mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 können jeweils Empfangssignale 10 (siehe Fig. 4) 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 10 kann mit jedem der Ultraschallsensoren 4 ein Ultraschallsignal ausgesendet werden und das von dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen werden. Anhand einer Laufzeit tf zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals kann dann ein Abstand d zwischen dem
Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 bestimmt werden. Darüber hinaus umfasst das Fahrerassistenzsystem 2 ein elektronisches Steuergerät 3, welches zur Datenübertragung mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 verbunden ist. Entsprechende Datenleitungen beziehungsweise ein Datenbus sind vorliegend der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Somit können die Empfangssignale 10, die mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 bereitgestellt werden, an das elektronische Steuergerät 3 übertragen werden. Anhand der Empfangssignale 10 kann dann das Steuergerät 3 überprüfen, ob das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 vorhanden ist und an welcher Position sich das Objekt 8 befindet. Wie nachfolgend näher erläutert, werden mittels des Ultraschallsensors 4 zudem Informationen bestimmt, welche beschreiben, ob es sich bei dem Objekt 8 um ein hohes Objekt oder um ein niedriges Objekt handelt. Diese
Informationen können dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 genutzt werden, um eine entsprechende Ausgabe an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 auszugeben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem 2 das Kraftfahrzeug 1 in
Abhängigkeit von dem erfassten Objekt 8 zumindest semi-autonom manövriert.
Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug 1 vor einem hohen Objekt abgebremst werden und ein niedriges Objekt kann mit dem Kraftfahrzeug 1 überfahren werden.
Fig. 2 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung eines Ultraschallsensors 4. Hierbei ist zu erkennen, dass der Ultraschallsensor 4 eine Membran 1 1 aufweist, welche topfförmig ausgebildet ist und welche aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt sein kann. Darüber hinaus umfasst der Ultraschallsensor 4 ein Wandlerelement 12, welches durch ein piezoelektrisches Element bereitgestellt werden kann. Das Wandlerelement 12 ist insbesondere ein Elektro-akustischer Wandler. Ferner umfasst der Ultraschallsensor 4 eine Recheneinrichtung 5, welche insbesondere durch eine anwendungsspezifische intelligente Schaltung gebildet sein kann. Die Recheneinrichtung 5 ist mit dem
Wandlerelement 12 elektrisch verbunden. Beim Aussenden des Ultraschallsignals kann von der Recheneinrichtung 5 ein entsprechendes Anregungssignal an das
Wandlerelement 12 übertragen werden. Beim Empfangen des Ultraschallsignals kann ein Sensorsignal, in Form einer zeitliche veränderlichen elektrischen Spannung, mit dem Wandlerelement 12 an die Recheneinrichtung 5 übertragen werden. Mit der
Recheneinrichtung 5 kann dann das Empfangssignal 10 bereitgestellt werden, welches einen zeitlichen Verlauf der Schwingungen der Membran 1 1 beziehungsweise des Wandlerelements 12 in Abhängigkeit von der Zeit t beschreibt. Somit beschreibt das Empfangssignal 10 auch den zeitlichen Verlauf des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das Empfangssignal 10 eine Einhüllende beziehungsweise ein Hüllkurve des Sensorsignals beschreibt. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Ultraschallsensors 4 sowie des Objekts 8, welches sich vorliegend auf einem Boden 13 beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche befindet. Der Ultraschallsensor 4 ist in einer Einbauhöhe h an dem Kraftfahrzeug 1 angeordnet, wobei die Einbauhöhe h bekannt ist. Die Einbauhöhe h wird bezüglich einer Hochachse des Kraftfahrzeugs 1 definiert. Bei dem Objekt 8 kann es sich beispielsweise um einen Pfosten oder eine Wand handeln. Wenn das Ultraschallsignal von dem
Ultraschallsensor 4 ausgesendet wird, wird dieses direkt an dem Objekt 8 reflektiert und gelangt wieder zu dem Ultraschallsensor 4 zurück. Dies ist vorliegend durch den Pfeil 14 veranschaulicht. Darüber hinaus wird ein Anteil des ausgesendeten Ultraschallsignals an dem Auflagepunkt beziehungsweise Fußpunkt des Objekts 8 an dem Boden 13 reflektiert. Dies ist vorliegend durch den Pfeil 15 veranschaulicht.
Fig. 4 zeigt einen zeitlichen Verlauf des Empfangssignals 16 des von dem Objekt 8 gemäß Fig. 3 reflektierten Ultraschallsignals. Dabei ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate eine Amplitude A aufgetragen. Vorliegend ist zu erkennen, dass das Empfangssignal 10 eine Hüllkurve beziehungsweise einen Amplitudenverlauf des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals beschreibt. Dieses Empfangssignal 10 wird mit einer vorbestimmten Schwellwertkurve 17 verglichen. Dabei weist das
Empfangssignal 10 einen ersten Echoanteil 18 auf, welcher die Schwellwertkurve 17 überschreitet. Dabei wird angenommen, dass dieser erste Echoanteil 18 von der
Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt 8 stammt. Dieser erste Echoanteil 18 wird nach der Laufzeit tf empfangen. Auf Grundlage dieser Laufzeit tf und der Kenntnis der Schallgeschwindigkeit kann dann der Abstand d zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 bestimmt werden.
Vorliegend ist es vorgesehen, dass, falls der erste Echoanteil 18 in dem Empfangssignal 10 erkannt wird, zusätzlich überprüft wird, ob ein zweiter Echoanteil 19 in einem vorbestimmten ersten Fenster 20a erfasst wird. Dies erfolgt unabhängig von der
Schwellwertkurve 17. Dieses erste Fenster 20a ist durch einen Zeitbereich tb und durch einen Amplitudenbereich Ab definiert. Der Amplitudenbereich Ab erstreckt sich von einem ersten Amplitudenwert A1 bis zu einem zweiten Amplitudenwert A2. Der erste
Amplitudenwert A1 kann etwa 30 % der Amplitude A des ersten Echoanteils 18 betragen und der zweite Amplitudenwert A2 kann etwa 70 % der Amplitude A des ersten
Echoanteils 18 betragen. Der Zeitbereich tb kann einer zeitlichen Dauer von etwa 200 ps zugeordnet sein. Ferner ist der Zeitbereich tb so bestimmt, dass dieser einen
vorbestimmten zeitlichen Abstand ta zu dem Empfangszeitpunkt des ersten Echoanteils 18 aufweist. Beispielsweise kann der zeitliche Abstand ta 50 ps betragen kann. Der zweite Echoanteil 19 kann in dem Empfangssignal 10 dadurch erkannt werden, dass dieser einer Signalspitze beziehungsweise einem lokalen Maximum zugeordnet ist. Wenn der zweite Echoanteil 19 in dem Empfangssignal 10 erkannt wird, kann davon
ausgegangen werden, dass es sich um ein hohes Objekt 8 handelt, welches auf dem Boden 13 angeordnet ist. Somit kann dieses Objekt 8, welches ein hohes und auf dem Boden 13 angeordnetes Objekt ist, beispielsweise von einem Objekt 8 unterschieden werden, welches sich etwa auf der Einbauhöhe h des Ultraschallsensors 4 befindet, aber nicht auf dem Boden 13 angeordnet ist. Ein solches Objekt 8 ist beispielhaft in Fig. 5 dargestellt. Bei dem Objekt 8 gemäß Fig. 5 kann es sich beispielsweise um eine
Schranke handeln. In diesem Fall würde das empfangene Empfangssignal 10 nur den ersten Echoanteil 18 beschreiben.
Fig. 6 zeigt den Ultraschallsensor 4 sowie ein weiteres Objekt 8. Hierbei handelt es sich um ein Objekt 8, welches beabstandet zu dem Boden 13 angeordnet ist. Zudem weist das Objekt 8 im Vergleich zu dem Objekt 8 gemäß Fig. 5 bezüglich der Hochrichtung des Kraftfahrzeugs 1 eine größere räumliche Erstreckung auf. In diesem Fall ergibt sich neben der direkten Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt 8 (Pfeil 14) zusätzlich eine mehrfache Reflexion des Ultraschallsignals, an welchem das Ultraschallsignal zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 hin und her reflektiert wird. Dies ist vorliegend schematisch durch die Pfeile 21 veranschaulicht.
Hierzu zeigt Fig. 7 das Empfangssignal 10, welches den zeitlichen Verlauf des von dem Objekt 8 gemäß Fig. 6 reflektierten Ultraschallsignals beschreibt. Auch hier ergibt sich ein erster Echoanteil 18 des Empfangssignals 10, welcher die Schwellwertkurve 17 überschreitet. Dieser wird nach der Laufzeit tf empfangen. In diesem Fall wird überprüft, ob in einem zweiten Fenster 20b ein zweiter Echoanteil 19 empfangen wird. Hierbei ist das zweite Fenster 20b beziehungsweise der Zeitbereich tb des zweiten Fensters 20b so gewählt, dass dieser die doppelte Laufzeit 2tf einschließt.
Durch eine Auswertung des Empfangssignals 10 kann zunächst überprüft werden, ob dieses den ersten Echoanteil 18 aufweist. Im Anschluss daran kann in dem Fenster 20a und/oder in dem Fenster 20b überprüft werden, ob dort der zweite Echoanteil 19 erkannt werden kann. Ist dies der Fall, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Objekt 8 um ein hohes Objekt handelt. Diese Information kann dann von dem jeweiligen Ultraschallsensor 4 beziehungsweise dessen Recheneinrichtung 5 an das Steuergerät 3 übertragen werden. Diese Information kann dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 genutzt werden, um eine Warnung an den Fahrer auszugeben und/oder das Kraftfahrzeug 1 zumindest semi-autonom zu manövrieren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erfassen eines Objekts (8) in einem Umgebungsbereich (9) eines Kraftfahrzeugs (1 ), bei welchem ein Ultraschallsensor (4) zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert wird, ein Empfangssignal (10) bestimmt wird, welches einen zeitlichen Verlauf des in dem Umgebungsbereich (9) reflektierten Ultraschallsignals beschreibt, das Empfangssignal (10) mit einer Schwellwertkurve (17) verglichen wird und falls ein erster Echoanteil (18) des Empfangssignals (10) die Schwellwertkurve (17) überschreitet, angenommen wird, dass dieser erste Echoanteil (18) ein Echo des von dem Objekt (8) reflektierten Ultraschallsignals beschreibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
falls der erste Echoanteil (18) die Schwellwertkurve (17) überschreitet, unabhängig von der Schwellwertkurve (17) überprüft wird, ob das Empfangssignal (10) in zumindest einem vorbestimmten Fenster (20a, 20b) einen zweiten Echoanteil (19) aufweist, welcher zumindest eine Signalspitze des Empfangssignals (10) beschreibt, und eine Höhe des Objekts anhand des ersten Echoanteils (18) und/oder des zweiten Echoanteils (19) abgeschätzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Objekt (8) als hoch angenommen wird, falls das Empfangssignal (10) den zweiten Echoanteil (19) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine vorbestimmte Fenster (20a, 20b) einem Zeitbereich (tb) und/oder einem Amplitudenbereich (Ab) des Empfangssignals (10) zugeordnet wird, wobei der Zeitbereich (tb) und/oder der Amplitudenbereich (Ab) in Abhängigkeit von dem ersten Echoanteil (18) bestimmt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zeitbereich (tb) einen vorbestimmten zeitlichen Abstand (ta) zu dem ersten Echoanteil (18) aufweist, wobei der zeitliche Abstand (ta) in Abhängigkeit von einem Abstand (d) zu dem Objekt (8) und/oder einer Einbauposition des
Ultraschallsensors (4) vorbestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Objekt (8) als hohes Objekt, welches sich auf einem Boden (13) befindet, angenommen wird, falls der zweite Echoanteil (19) in dem Zeitbereich (tb) erkannt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Laufzeit (tf) bestimmt wird, nach welcher der erste Echoanteil (18) empfangen wird, und der Zeitbereich (tb) so bestimmt wird, dass dieser die doppelte Laufzeit (tf) einschließt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem Zeitbereich (tb) eine zeitliche Dauer zwischen 150 ps und 250 ps,
insbesondere 200 ps, zugeordnet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Amplitudenbereich (Ab) von einem ersten Amplitudenwert (A1 ), welcher zumindest 30 % einer Amplitude (A) des ersten Echoanteils (18) entspricht, zu einem zweiten Amplitudenwert (A2), welcher zumindest 70 % der Amplitude (A) des ersten Echoanteils (18) entspricht, erstreckt.
9. Recheneinrichtung (5) für einen Ultraschallsensor (4) eines Kraftfahrzeugs (1 ), welche zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
10. Ultraschallsensor (4) für ein Kraftfahrzeug (1 ) mit einer Recheneinrichtung (5) nach Anspruch 9.
1 1. Fahrerassistenzsystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1 ), mit zumindest einem
Ultraschallsensor (4) nach Anspruch 10 und mit einem elektronischen Steuergerät (3) .
12. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem
computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor einer Recheneinrichtung (5) 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 8 durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einen Speicher einer Recheneinrichtung (5) geladen und auf einem Prozessor der
Recheneinrichtung (5) abgearbeitet werden.
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