DE102019128023B4

DE102019128023B4 - Verfahren zum Klassifizieren der Höhe eines Objekts durch ein Fahrunterstützungssystem

Info

Publication number: DE102019128023B4
Application number: DE102019128023.0A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Poepperl; Raghavendra Gulagundi; Johannes Wagner; Niko Sommer; Johannes Renner
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2039-10-18
Also published as: DE102019128023A1

Abstract

Verfahren zum Klassifizieren der Höhe eines Objekts (24) unter Verwendung eines Ultraschallsensors (16), wobei die Klassifizierung die Höhe des Objekts (24) relativ zu der Einbauhöhe des Ultraschallsensors (16) umfasst, aufweisend die Verfahrensschritte:a) Aussenden von Ultraschallwellen;b) Erfassen eines Reflexionsechos von an dem Objekt (24) reflektierten U ltrasch allwellen ;c) Detektieren des zeitlichen Abstands zweier Peaks (26, 28) eines Doppelechos zueinander des Reflexionsechos;d) Modifizieren des Doppelechos durch Einstellen des zeitlichen Abstands der Peaks (26, 28) des Doppelechos zueinander auf einen vorbestimmten Wert; unde) Klassifizieren der Höhe des Objekts (24) basierend auf dem modifizierten Doppelecho.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klassifizieren der Höhe eines detektierten Objekts durch ein Fahrunterstützungssystem unter Verwendung eines Ultraschallsensors. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrunterstützungssystem, das dazu ausgerichtet ist, ein derartiges Verfahren zumindest zum Teil durchzuführen.
Fahrunterstützungssysteme etwa für Kraftfahrzeuge sind weitläufig bekannt. In Fahrunterstützungssystemen werden Umfelderfassungssensoren verwendet, um eine Umgebung eines Fahrzeugs zu erfassen. Dies ist beispielsweise Voraussetzung, um Fahrtwege zu identifizieren sowie um Hindernisse im Bereich der Fahrtwege zu erkennen. Dabei sind beispielsweise auf Ultraschallsensoren basierende Anwendungen für Fahrunterstützungssysteme bekannt.
In heutigen Ultraschallsystemen erfolgt die Zieldetektion über das Auffinden von Spitzen im Antwortsignal eines Ultraschallsensors. Typischerweise sendet dazu ein Ultraschallsensor ein bestimmtes Signal aus. Je nach Beschaffenheit des Untergrunds wird ein gewisser Anteil der Ultraschallwellen reflektiert und kann wieder vom Sensor empfangen werden. Heutige Systeme nutzen dies um Objekte und deren Abstand zu bestimmen. Oftmals ist es jedoch erwünscht, nicht nur die Position des Objekts zu detektieren sondern auch abzuschätzen, ob das Objekt eine Höhe aufweist, die größer oder kleiner ist, als die Einbauhöhe des Ultraschallsensors.
EP 2 073 038 B1 beschreibt ein Verfahren umfassend das Senden von Messsignalen und das Empfangen von Messsignalen von einem Sensor, die an einem entfernten Objekt reflektiert werden. Es wird die Zeit zwischen dem Senden und Empfangen der Messsignale bestimmt und die Zeit mit einer Entfernung korreliert. Die statistische Verteilung der Abstandsdaten wird mit der Höhe des reflektierenden Objekts durch Standardabweichung und/oder Variation korreliert. Als Messsignale werden Ultraschall- oder Mikrowellen verwendet, und die Zeit zwischen zwei Messungen wird variiert. Eine Frequenz der übertragenen Messsignale wird variiert.
DE 10 2014 114 999 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen zumindest eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs mittels eines Fahrerassistenzsystems, bei welchem in zeitlich aufeinander folgenden Messzyklen mit einem Abstandssensor jeweils ein Sendesignal ausgesendet wird und ein erstes und ein zweites Echo des von dem zumindest einen Objekt reflektierten Sendesignals empfangen wird und mittels einer Steuereinrichtung anhand des ersten Echos ein erster Abstandswert bestimmt wird, anhand des zweiten Echos ein zweiter Abstandswert bestimmt wird und eine Höhe des zumindest einen Objekts anhand des ersten und des zweiten Abstandswerts bestimmt wird.
DE 10 2010 025 552 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen des Umfeldes eines Kraftfahrzeugs zum Bestimmen möglicher Parklücken mittels einer auf Ultraschall basierenden Umfeldsensorik, bei dem die Erfassung des Umfeldes des Kraftfahrzeugs auf der Detektion von ersten und zweiten Echos der von der Umfeldsensorik ausgesandten und an Objekten reflektierten Ultraschallwellen basiert. Mittels der einfachen Detektion erster und zweiter Echos ist eine genaue Analyse des Kraftfahrzeugumfelds möglich, ohne dass komplizierte Untersuchungen von beispielsweise dem zeitlichen Verlauf der rückgestreuten Amplitude der Schallwelle notwendig ist, da es sich herausgestellt hat, dass Objekte, die bezüglich eines Messpunktes nur erste Echos erzeugen, eine andere Höhe haben als Objekte, die bezüglich eines Messpunktes erste und zweite Echos erzeugen. Dies wird in einem Verfahren zum unterstützten Einparken und einem entsprechendem Einparkassistenten eingesetzt.
DE 10 2012 200 308 A1 betrifft ein Verfahren zur Umfelderfassung, insbesondere zur Umfelderfassung eines Kraftfahrzeuges umfassend mindestens einen Sensor mit mindestens einem Sender und mindestens einem Empfänger, oder einen kombinierten Sender und Empfänger zur Erfassung des Abstandes zu einem Objekt nach dem Puls-Echo-Verfahren, wobei vom Sensor ein Signal gesendet wird und ein von einem Objekt reflektiertes Echo des Signals empfangen wird und aus der Laufzeit zwischen Senden des Signals und Empfangen des Echos der Abstand zu dem Objekt bestimmt wird. Nach Empfangen eines Echos wird die Aufnahme von Messwerten gestoppt und ein neues Signal gesendet.
EP 1 764 630 B1 beschreibt ein Parkraumregelungsverfahren beinhaltend eine Bewertung der Höhe eines Objekts auf der Grundlage der Erfassung von zwei Echosignalen als Doppelecho, deren zeitlicher Abstand zueinander kleiner ist als ein vorgegebener maximaler Abstand.
DE 10 2011 088 401 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Assistenzsystems eines Fahrzeugs mit mindestens einem Ultraschallsensor, wobei der Ultraschallsensor in Abhängigkeit von mindestens einer Betriebsbedingung des Fahrzeugs Ultraschallsignale aussendet und empfängt, wobei ein Steuergerät aus Signallaufzeiten von reflektierten Ultraschallsignalen Abstände zu Objekten im Umfeld des Fahrzeugs berechnet, wobei das Steuergerät anhand der reflektierten Ultraschallsignale eine Klassifizierung der Objekte durchführt, wobei bei langsamer Fahrt und/oder Stillstand des Fahrzeugs das Steuergerät die Klassifizierung anhand einer Bewertung eines Verhältnisses von detektierten reflektierten Ultraschallsignalen mit Mehrfachechos zur Gesamtzahl an detektierten reflektierten Ultraschallsignalen des Ultraschallsensors innerhalb eines Bewertungszeitraums durchführt.
DE 10 2009 047 012 A1 betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Objekten, wobei mindestens ein Sensor einen Sendeimpuls als Welle, insbesondere als akustische oder elektromagnetische Welle, emittiert, die von Objekten im Ausbreitungsraum zumindest teilweise reflektiert wird, wobei die reflektierte Welle von mindestens einem Empfänger als Empfangssignal detektiert wird. Es ist vorgesehen, dass das Empfangssignal der reflektierten Welle in Segmente aufgeteilt wird, wobei aus den einzelnen Segmenten Informationen gewonnen werden, die zur Bestimmung einer Objekthypothese herangezogen werde.
Aus der DE 10 2017 128 983 A1 ist ein Verfahren zur Abschätzung einer Höhe eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs mittels eines Ultraschallsensors mit statistischer Auswertung eines Empfangssignals.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können jedoch noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich der Klassifizierung der Höhe eines mit einem Ultraschalsensor detektierten Objekts.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche auf effektive und verlässliche Weise eine Klassifizierung der Höhe eines mit einem Ultraschallsensor detektierten Objekts möglich ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch ein Fahrunterstützungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Es wird vorgeschlagen ein Verfahren zum Klassifizieren der Höhe eines Objekts unter Verwendung eines Ultraschallsensors, wobei die Klassifizierung die Höhe des Objekts relativ zu der Einbauhöhe des Sensors umfasst, aufweisend die Verfahrensschritte:

a) Aussenden von Ultraschallwellen;
b) Erfassen eines Reflexionsechos von an dem Objekt reflektierten Ultraschallwellen;
c) Detektieren des zeitlichen Abstands zweier Peaks eines Doppelechos zueinander des Reflexionsechos;
d) Modifizieren des Doppelechos durch Einstellen des zeitlichen Abstands der Peaks des Doppelechos zueinander auf einen vorbestimmten Wert; und
e) Klassifizieren der Höhe des Objekts basierend auf dem modifizierten Doppelecho.

Ein derartiges Verfahren erlaubt auf effektive und verlässliche Weise das Klassifizieren der Höhe eines detektierten Objekts unter Verwendung von Daten eines Ultraschallsensors. Mit der hier beschrieben Technik kann somit ein zusätzlicher Mehrwert aus den Daten des Ultraschallsensors gewonnen werden.
Das hier beschriebene Verfahren dient somit dazu, die Höhe eines detektierten Objekts zu klassifizieren, wobei eine derartige Höhenklassifizierung insbesondere darauf abstellt, ob das Objekt eine niedrige Höhe oder eine gleiche Höhe beziehungsweise eine größere Höhe aufweist verglichen zu der Einbauhöhe des Ultraschallsensors. Dabei kann etwa davon ausgegangen werden, dass der Einbauwinkel des Ultraschallsensors exakt horizontal ist, oder der Einbauwinkel des Ultraschallsensors kann typischerweise durch die Kalibrierung beziehungsweise Applikation des Sensors am Fahrzeug bekannt sein. Etwaige Abweichungen des Einbauwinkels können gegebenenfalls bei der Auswertung berücksichtigt werden.
Ein derartiges Verfahren kann zumindest zum Teil, beispielsweise vollständig durch ein Fahrunterstützungssystem durchgeführt werden. Dabei kann das hier beschriebene Verfahren eingesetzt werden für ein vollständig autonomes Fahren, also kann das Verfahren für ein Fahren des Fahrzeugs ohne einen Fahreingriff eines Fahrers ausgelegt sein. Alternativ ist es möglich, dass das Verfahren dazu dient, den Fahrer bei einem Fahren lediglich zu unterstützen, also etwa um Fahrhinweise auszugeben, wobei der Fahrer bestimmte Fahreingriffe selbst durchführen muss. Somit kann das Verfahren für ein teilautonomes Fahren oder ein unterstütztes Verfahren geeignet sein. Grundsätzlich kann das Verfahren automatisiert gestartet werden oder auch manuell durchgeführt beziehungsweise ausgelöst werden.
Darüber hinaus kann das Verfahren unter Verwendung nur eines oder eine Mehrzahl an Ultraschallsensoren durchgeführt werden.
Um gemäß dem hier beschriebenen Verfahren die Höhe eines detektierten Objekts zu klassifizieren umfasst das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte.
Gemäß Verfahrensschritt a) umfasst das Verfahren das Aussenden von Ultraschallwellen. Dieser Verfahrensschritt kann in an sich bekannter Weise erfolgen unter Verwendung eines Ultraschallsensors oder mehrerer Ultraschallsensoren, indem durch einen Sender oder eine Mehrzahl von Sendern eines Ultraschalsensors beziehungsweise mehrerer Ultraschallsensoren Ultraschalwellen emittiert werden.
Entsprechendes gilt grundsätzlich für den Verfahrensschritt b), gemäß welchem ein Reflexionsecho der ausgesendeten Ultraschallwellen, also in anderen Worten die von einem vor dem Ultraschallsensor befindlichen Objekt reflektierte Ultraschallstrahlung, detektiert beziehungsweise erfasst wird.
Die vorbeschriebenen Schritte können somit insbesondere von einem Ultraschallsensor oder einer Mehrzahl an Ultraschallsensoren ausgeführt werden, der beziehungsweise die in einer Vielzahl von Fahrzeugen ohnehin vorgesehen ist.
Es ist somit ein Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens, dass für die Klassifizierung der Höhe des Objekts ein derartiger Ultraschallsensor verwendet werden kann, der im Kraftfahrzeug bereits vorhanden ist, insbesondere für einen anderen Zweck im Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Konkret bedient sich die Erfindung nämlich bevorzugt eines derartigen Ultraschallsensors, der Bestandteil einer Sensoranordnung ist, die zur Durchführung von Abstandsmessungen eingerichtet ist, insbesondere für Ein- und Ausparkvorgänge. Damit ist das Verfahren insbesondere insofern vorteilhaft, als dass es hardwaremäßig keiner Ergänzungen bedarf und lediglich softwareseitig Vorkehrungen getroffen werden müssen, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Der Ultraschallsensor kann damit zwei Funktionen übernehmen, einerseits nämlich eine Abstandsmessung, die vorzugsweise bei niedrigen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird, z.B. wenn das Kraftfahrzeug ein- bzw. ausgeparkt wird, und andererseits die Klassifizierung der Höhe des detektierten Objekts.
Um dies basierend auf den erfassten Ultraschallsignalen zu ermöglichen umfasst das Verfahren weiterhin gemäß Verfahrensschritt c) das Detektieren des zeitlichen Abstands zweier Peaks eines Doppelechos zueinander des Reflexionsechos. Dieser Schritt kann auf einfache Weise erfolgen, indem ein zeitlich aufgelöstes Signal des detektierten Echos erstellt wird und dabei der zeitliche Abstand der Peaks des Doppelechos zueinander bestimmt wird.
Dieser Schritt beruht darauf, dass Ultraschallsensoren ein Signal aussenden und in Abhängigkeit der Zeit die von Objekten reflektierten Wellen messen. Über die Laufzeit kann die Distanz zwischen Sensor und Objekt bestimmt werden. Bei Objekten, die höher sind als der Sensor, treten zwei reflektierte Wellen auf, die sich als Doppelecho beziehungswese eine Anordnung zweier Peaks darstellen. Eine Welle mit kürzerer Laufzeit, die direkt von der Flächennormalen des Objekts zurückgeworfen wird und zeitlich aufgelöst als erster Peak vorkommt, und eine die am Boden beim Auflagepunkt des Objekts reflektiert wird und zeitlich aufgelöst als zweiter Peak vorkommt. Ob es sich bei den detektierten Peaks um ein Doppelecho handelt, die Peaks also zu dem gleichen Objekt gehören, kann dabei bestimmt werden, indem der Abstand zu dem Objekt durch die Lage des ersten Peaks bestimmt wird und hierauf basierend abgeschätzt wird, wo beziehungsweise bei welcher Laufzeit sich der zweite Peak befinden sollte. Es kann somit eine laufzeitbasierte Verifizierung eines Doppelechos erfolgen.
Somit kann abgeschätzt werden, ob ein Objekt höher oder niedriger als die Sensorhöhe beziehungsweise die Einbauhöhe des Ultraschallsensors ist. Dafür ist es erforderlich, die beiden Peaks zu detektieren und zu klassifizieren. Peaks in dem zeitaufgelösten Signal zu detektieren wird meist standardmäßig durchgeführt.
Die Klassifikation der Höhe erfolgt heute im Stand der Technik auf Basis, ob zwei Echos in einem definierten Abstand zueinander aufgetreten sind oder nicht. Der Abstand zwischen beiden Echos ändert sich jedoch je nach Objektabstand. Aus diesem Grund ergibt sich eine abstandsabhängige Höhenschätzung. Diese Abstandsabhängigkeit kann für die Detektion von zwei Echos zu deutlichen Detektionsfehlern insbesondere bei Abständen von größer als 2 m führen. Für andere Ansätze, die beispielsweise auf maschinellem Lernen basieren, werden aktuell unterschiedlich trainierte Klassifikatoren beziehungsweise Netze für verschiedene Abstandsbereiche verwendet. Diese Maßnahme kann zwar den Genauigkeitsverlust in bestimmten Abstandsbereichen verhindern, erfordert jedoch einen deutlich höheren Trainingsaufwand, sowie die Speicherung vieler verschiedener Klassifikatoren .
Um diesen Nachteil zu umgehen ist gemäß Verfahrensschritt d) das Modifizieren des Doppelechos durch Einstellen des zeitlichen Abstands der Peaks des Doppelechos zueinander auf einen vorbestimmten Wert vorgesehen. Gemäß diesem Schritt wird somit der zeitliche Abstand der Peaks des Doppelechos zueinander nicht gemäß dem detektierten Messsignal beibehalten, sondern der Abstand der Peaks zueinander wird vielmehr auf einen Wert angepasst, der sich bei einem vorgegebenen Abstand des detektierten Objekts ergeben würde. In anderen Worten werden die Peaks, wird insbesondere der zweite, also später auftretende, Peak, des Doppelechos entlang der Zeitachse verschoben. Vorzugsweise kann der vorgegebene Abstand in einem Bereich von kleiner oder gleich 2 m sein, etwa bei 1 m liegen, da wie vorstehend angedeutet eine Fehleranfälligkeit insbesondere dann auftritt, wenn der Abstand des detektierten Objekts zu dem Ultraschallsensor bei mehr als 2 m liegt.
Anschließend erfolgt gemäß Schritt e) das Klassifizieren der Höhe des Objekts basierend auf dem modifizierten Doppelecho. In diesem Schritt kann somit der zweite Peak des Doppelechos mit dem ersten Peak verglichen beziehungsweise auf den ersten Peak normiert werden. Werden dann definierte Merkmale der Peaks, beispielsweise die Flächen unter den Peaks, miteinander verglichen bei einem Bezug auf die nunmehr festgelegte Distanz kann verlässlich und sicher klassifiziert werden, ob das detektierte Objekt eine Höhe hat, die niedriger ist, als die Einbauhöhe des Ultraschallsensors oder ob die Höhe des detektierten Objekts gleich oder größer ist, als die Einbauhöhe des Ultraschallsensors.
Diese Auswertung kann grundsätzlich mit einem geeigneten Klassifikator erfolgen.
Die vorgeschlagene Lösung besteht somit in einer Art Mapping auf eine fest vorgegebene Distanz. Dazu verschiebt man für jeden detektierten Peak den Bereich in dem sich der zweite Peak aufgrund geometrischer Berechnungen befinden sollte, sodass der Abstand dazwischen dem theoretisch erwarteten Abstand bei der fest vorgegebenen Distanz entspricht. Der leere Bereich zwischen den Peaks kann mit gammaverteiltem Rauschen aufgefüllt werden, wie man es vom Boden bei der vordefinierten Distanz erwarten würde. Dies kann die Klassifizierung mit Bezug auf die Rechenleistung weiter verbessern. Alternativ kann man dem Klassifikator beziehungsweise neuronalen Netz auch nur die beiden Bereiche ohne das dazwischen eingefügte Rauschen übergeben. Daher kann man unabhängig von der Distanz nur ein Netz oder einen Klassifikator verwenden und spart sich dadurch Rechen- und Zeitaufwand.
In anderen Worten ist es bei dem hier beschriebenen Verfahren im Abkehr zu den Lösungen aus dem Stand der Technik vorgesehen, dass das Messsignal beziehungsweise die Hüllkurve modifiziert wird, bevor es beziehungsweise sie dem Klassifikator zugeführt wird. Dabei wird der Laufzeitabstand zwischen den beiden Peaks des Doppelechos angepasst derart, dass der Laufzeitabstand zwischen den Peaks einem Laufzeitabstand bei einem vorbestimmten Objektabstand entspricht.
Ein wesentlicher Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens kann darin gesehen werden, dass der Klassifikator nur auf diesen vorbestimmten Objektabstand trainiert werden braucht. Ausgiebige Trainingsversuche mit jeweils unterschiedlichen Abständen von detektierten Objekten sind nicht notwendig. Dadurch kann die Datenmenge und gleichermaßen die Rechenleistung signifikant reduziert werden.
Darüber hinaus wird es so ermöglicht, trotz der reduzierten Datenmenge eine verlässliche und effektive Klassifizierung der Höhe der detektierten Objekte zu ermöglichen, so dass in anderen Worten trotz reduzierter Datenmenge keine Einbußen in Verlässlichkeit der Klassifizierung und somit der Sicherheit sich anschließender und auf der Klassifizierung basierender Fahrsequenzen zu erwarten ist.
Dem Vorstehenden folgend ist es somit zweckmäßig, dass das Verfahren durchgeführt wird unter Verwendung von zuvor erzeugten Trainingsdaten. In anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass die Klassifizierung der Höhe des detektierten Objekts basierend auf den ermittelten modifizierten Peaks erfolgt durch einen Vergleich mit zuvor erzeugten Trainingsdaten mittels des Klassifikators.
In anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass das Training die folgenden Verfahrensschritte aufweist, wobei die Bezeichnungen mit Index T Trainingsschritte bezeichnen sollen:

a_T) Aussenden von Ultraschallwellen;
b_T) Erfassen eines Reflexionsechos von an dem Objekt reflektierten Ultraschallwellen bei vorgegebener Distanz des Ultraschallsensors zu dem Objekt; und
f_T) Speichern von Daten hinsichtlich vordefinierter Merkmale der Peaks des Doppelechos mit der vorgegebenen Distanz des Ultraschallsensors zu dem Objekt, beispielsweise in einem Speicher des Fahrunterstützungssystems.

Bevorzugt ist es bei dem Training vorgesehen, dass die Trainingsdaten erzeugt werden nur bei dem vorbestimmten Wert des zeitlichen Abstands der Peaks des Doppelechos zueinander, was einer vorbestimmten Distanz des Ultraschallsensors zu dem Objekt entspricht, um so den Rechenaufwand beim Training zu reduzieren. Dies wird wie vorstehend beschrieben möglich, da die Auswertung der Messung auf einer vorgegebenen Distanz des Ultraschallsensors zu dem detektierten Objekt basiert. Weitere Trainingsdaten sind somit nicht notwendig.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Genauigkeit des Verfahrens und damit insbesondere der Trainingsdaten während des Trainings geprüft wird. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem bei einem Trainingsvorgang einzelne Messungen nicht als Training unter Verwendung der Schritte durchgeführt werden unter Verknüpfung der Ergebnisse mit einem vorbestimmten Abstand, sondern indem die Höhe des Objekts bereits während des Trainings gemäß der Schritte a) bis e) klassifiziert wird. Da der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt bekannt ist und somit das Ergebnis der Klassifizierung der Höhe des Objekts auf Korrektheit überprüft werden kann, kann andererseits die Verlässlichkeit der Messung bestimmt werden. Bei einer Mehrzahl von Überprüfungen kann dann eine Wahrscheinlichkeit der Korrektheit der Messung bestimmt werden, was auch als eine Bestimmung der Genauigkeit bezeichnet werden kann.
Ein weiterer Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens kann darin gesehen werden, dass durch die Normierung der Abstände auf einen vorbestimmten Wert, die Abstandabhängigkeit der Echos aufgehoben wird und deswegen die Höhenklassifikation vereinfacht wird.
Basierend auf einer ermittelten Genauigkeit kann auch bei einer Anwendung des Verfahrens zur Klassifizierung der Höhe des Objekts die Genauigkeit etwa in der Bewertung oder in weiteren von der Klassifizierung abhängigen Schritten berücksichtigt werden. Dies kann eine weitere Verbesserung von Fahrunterstützungssequenzen verbessern.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass Verfahrensschritt e) unter Verwendung einer Support Vector Machine (SVM-Klassifikators) oder eines neuronalen Netzes erfolgt. Somit ist es vorgesehen, dass das Verfahren mit Mitteln des maschinellen Lernens und dabei insbesondere unter Verwendung eines neuronalen Netzes und/oder eines SVM-Klassifikators realisiert wird. Dies kann es insbesondere ermöglichen, das Ergebnis basierend auf einer großen Anzahl von Messungen durch einen Klassifikator zu erhalten und auch vorher ein entsprechendes Training durchzuführen, so dass sich jederzeit die Höhe des detektierten Objekts abschätzen lässt.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass Verfahrensschritt d) mit in der Geometrie unveränderten Peaks des Doppelechos realisiert wird, also die Hüllkurve derart modifiziert wird, dass insbesondere der Bereich, der den zweiten Peak umfasst, entlang der Zeitachse unverändert verschoben wird. In dieser Ausgestaltung kann somit die exakte Peakform beibehalten werden, was weitere Informationen über den Peak erlaubt und so die Klassifizierung gegebenenfalls ein exakteres Ergebnis aufweist, da der Klassifikator hinsichtlich des Peaks weitere Daten zur Verfügung hat.
Alternativ kann es vorgesehen sein, dass der erste Peak und der zweite Peak des Doppelechos als Gauß-Kurve modelliert werden, also an den ersten Peak und den zweiten Peak eine Gauß-Kurve angepasst wird und die weitere Auswertung basierend auf der Gauß-Kurve durchgeführt wird. Die Anpassung des Laufzeitabstands kann somit dadurch erfolgen, dass zunächst Gaußkurven an die Peaks angepasst werden, und daraufhin die Gaußkurven verschoben werden. Dabei wird der tatsächliche Objektabstand und der vorbestimmte Objektabstand, auf den der Klassifikator trainiert ist, berücksichtigt. Der Laufzeitabstand der gemessenen Peaks zueinander wird so verschoben, dass er einem Laufzeitabstand entspricht, den man bei dem vorbestimmten Objektabstand erwarten würde. Der Vorteil der Verwendung einer Gaußkurve kann beispielsweise in einer weiter verringerten Rechenleistung bei der Modifizierung des Messsignals gesehen werden.
Es kann ferner bevorzugt sein, dass der in Verfahrensschritt d) verwendete vorbestimmte Wert einem Abstand der Peaks zueinander entspricht, der sich bei einem Hohen Objekt einstellt, das einen Abstand zu dem Ultraschallsensor aufweist, der in einem Bereich von kleiner oder gleich 2 m liegt. In dieser Ausgestaltung wird es somit berücksichtigt, dass der Abstand zwischen beiden Peaks des Doppelechos zueinander sich je nach Objektabstand ändert insbesondere bei Abständen von größer als 2 m. Daher können die Vorteile des hier beschriebenen Verfahrens insbesondere in dieser Ausgestaltung besonders effektiv sein.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Verfahrens wird auf die Beschreibung des Fahrunterstützungssystems, auf die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
Beschrieben wird ferner ein Fahrunterstützungssystem für ein Fahrzeug zum Unterstützen eines Fahrers des Fahrzeugs, wobei das Fahrunterstützungssystem wenigstens einen Ultraschallsensor und ferner eine Steuereinheit aufweist, die mit Daten des wenigstens eines Ultraschallsensors speisbar ist, wobei das Fahrunterstützungssystem dazu ausgestaltet ist, ein Verfahren auszuführen, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist.
Das Fahrunterstützungssystem kann Teil eines Fahrzeugs sein, wie beispielsweise eines PKWs oder LKWs. Für eine Umfeldbeobachtung beziehungsweise Umfelderfassung weist das Fahrunterstützungssystem mindestens wenigstens einen Ultraschallsensor auf. Der Ultraschallsensor kann vorzugsweise Teil des Fahrunterstützungssystem sein, das auch das Verfahren ausführt und kann gegebenenfalls zusammen mit weiteren Umfelderfassungssensoren, wie etwa Radarsensoren, weiteren optischen Sensoren, kapazitiven Sensoren oder LED-Sensoren als nicht beschränkende Beispiele vorgesehen sein.
Ferner wird eine Steuereinheit, wie beispielsweise ein Prozessor, bereitgestellt. Die Steuereinheit ist zum Auswerten der von dem oder den Sensoren gelieferten Sensordaten und zum Erfassen, Speichern und Bearbeiten der Sensordaten geeignet. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, basierend auf von dem Ultraschallsensor erfassten Sensordaten eine Klassifizierung der Höhe eines detektierten Objekts zu ermöglichen und damit etwa das Verfahren auszuführen, wie es an anderer Stelle im Detail beschrieben ist.
Dies kann beispielsweise möglich sein, indem ein Computerprogrammprodukt zum Ausgeben von Steuerbefehlen für das Fahrunterstützungssystem des Fahrzeugs dazu eingerichtet ist, ein vorstehend beschriebenes Verfahren zumindest teilweise, beispielsweise auch vollständig, auszuführen. Dabei kann das Computerprogrammprodukt Programme oder Programmteile aufweisen, die in den Prozessor z.B. des Fahrunterstützungssystems geladen werden und dazu eingerichtet sind, das oben erwähnte Verfahren auszuführen. Auf der Grundlage dieser Programme oder Programmteile kann es ermöglicht werden, dass das oben beschriebene Verfahren ausgeführt werden kann etwa zum Ausgeben von Steuerbefehlen für ein Fahrzeug oder zum Durchführen weiterer Fahrsequenzen.
Durch das hier beschriebene Fahrunterstützungssystem kann somit auf effektive und verlässliche und damit besonders sichere Weise es ermöglicht werden, dass die Höhe eines detektierten Objekts, insbesondere relativ zu der Einbauhöhe des Ultraschallsensors, bestimmt wird. Dadurch sind folgend weitere Verbesserungen von Funktionalitäten des Fahrzeugs beziehungsweise des Fahrunterstützungssystems möglich.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Fahrunterstützungssystems wird auf die Beschreibung des Verfahrens, auf die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung zeigend eine Ansicht eines Fahrzeugs in einer Fahrzeugumgebung;
2 ein Diagramm darstellend die Laufzeiten von Ultraschallsignalen;
3 ein detektiertes Messsignal eines Ultraschallsensors;
4 das Messsignal aus 3 in modifizierter Form;
5 ein weiteres detektiertes Messsignal eines Ultraschallsensors;
6 das Messsignal aus 5 in modifizierter Form;

1 zeigt ein Fahrzeug 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Das Fahrzeug 10 ist in dem vorliegenden Fall als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Fahrzeug 10 umfasst ein Fahrunterstützungssystem 12. Das Fahrunterstützungssystem 12 umfasst wiederum eine Steuereinheit 14, die beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät (ECU - Electronic Control Unit) des Fahrzeugs 10 gebildet sein kann. Darüber hinaus umfasst das Fahrunterstützungssystem 12 zumindest einen Ultraschallsensor 16.
Vorliegend umfasst das Fahrunterstützungssystem 12 acht Ultraschallsensoren 16, die verteilt an dem Fahrzeug 10 angeordnet sind. Dabei sind vier Ultraschallsensoren 16 an einem Frontbereich 18 des Fahrzeugs 10 und vier Ultraschallsensoren 16 an einem Heckbereich 20 des Fahrzeugs 10 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 16 sind dazu ausgebildet, Ultraschallwellen in die Umgebung 22 des Fahrzeugs 10 zu senden und ein Reflexionsecho zu detektieren. Insbesondere kann ein Reflexionsecho von einem Objekt 24 in der Umgebung 22 des Fahrzeugs 10 herrühren.
Das Fahrzeug 10 beziehungsweise sein Fahrunterstützungssystem 12 kann dabei zumindest zum Teil ein Verfahren durchführen, das es erlaubt, die Höhe des Objekts 24, insbesondere relativ zu der Einbauhöhe des Ultraschallsensors 16, welcher die Ultraschallstrahlung auf das Objekt 24 sendet und entsprechend das Reflexionsecho detektiert, zu klassifizieren.
Hierzu wird es ausgenutzt, dass Ultraschallsensoren 16 ein Ultraschallsignal, wie etwa einen Ultraschall-Puls, aussenden und in Abhängigkeit der Zeit die von Objekten 24 reflektierten Wellen messen. Über die Laufzeit der Wellen kann die Distanz zwischen Ultraschallsensor 16 und Objekt 24 bestimmt werden. Bei Objekten 24, die die gleiche Höhe haben oder höher sind als der Ultraschallsensor 16, treten zwei reflektierte Wellen auf, die sich als Doppelecho beziehungswese eine Anordnung zweier Peaks 26, 28, also eines ersten Peaks 26 und eines zweiten Peaks 28 darstellen. Die Wellen umfassen eine Welle mit kürzerer Laufzeit, die direkt von der Flächennormalen des Objekts 24 zurückgeworfen wird und zeitlich aufgelöst als erster Peak 26 vorkommt, und eine weitere Welle, die am Boden beim Auflagepunkt des Objekts 24 reflektiert wird und zeitlich aufgelöst als zweiter Peak 28 vorkommt.
Dies ist in der 2 verdeutlicht, welche ein Diagramm zeigt, in welchem auf der x-Achse die Distanz des Objekts 24 von dem Ultraschallsensor 16 in Metern und auf der y-Achse die Höhe in Metern angegeben ist. Der Ultraschallsensor 16 befindet sich in einer Höhe entsprechend der Linie 30 von sh=0,5 m in einem horizontalen Abstand von x=1 m gemäß der Linie 32 zu dem Objekt 24, das dargestellt ist durch die Linie 34 mit einer Höhe h=0,6 m, die höher ist als die Einbauhöhe sh des Ultraschallsensors 16. Die Distanz d des Ultraschallsensors 16 zum unteren Ende des Objekts 22 gemäß Linie 36 lässt sich mit dem Satz des Pythagoras bestimmen. Somit ergibt sich ein theoretischer Wegunterschied ds der Peaks 26, 28 des Doppelechos von ds=2(d-x). Das ist der theoretisch bestimmte Abstand zwischen den beiden Peaks 26, 28. Verändert man nun den Abstand x gemäß Linie 32, so verändert sich der Wegunterschied ds und somit auch der Abstand der beiden Peaks 26, 28. Für große x sind die Peaks 26, 28 näher beieinander und für kleine x sind die Peaks 26, 28 weiter auseinander.
Darauf basierend kann erfindungsgemäß eine Klassifikation der Höhe des detektierten Objekts 22 erfolgen. Das Verfahren hierzu umfasst die folgenden Schritte.
Zunächst werden von einem oder mehreren Ultraschallsensoren 16 Ultraschallwellen beziehungsweise Ultraschallstrahlung ausgesendet und diese werden an dem Objekt 24 reflektiert und zurückgeworfen. Entsprechend können die an dem Objekt 24 reflektierten Ultraschallwellen detektiert werden und als zeitlich aufgelöstes Signal erfasst werden.
Ein derartiges Signal ist in der 3 gezeigt, in welcher ein Diagramm dargestellt ist, welches ein Signal eines Ultraschallsensors 16 zeigt, wobei die X-Achse die der Laufzeit des Signals entsprechende halbe Weglänge der Ultraschallstrahlung zeigt, also entsprechend die Distanz des reflektierenden Punkts des Objekts 24 zu dem Ultraschallsensor 16 und wobei die Y-Achse die Amplitude des Signals in Volt zeigt, wobei die Werte beispielhaft auf 1 normiert sind. Es erfolgt somit ein Erfassen eines Reflexionsechos von an dem Objekt 24 reflektierten Ultraschallwellen und ein Detektieren des zeitlichen Abstands zweier Peaks eines Doppelechos des Reflexionsechos zueinander.
Das zeitlich oszillierende Signal wird mit Standardtechniken so verarbeitet, dass wir die Amplitude in Abhängigkeit des Abstandes der reflektierten Welle erhalten. Die Peaks 26, 28 werden ebenfalls mit bekannten Techniken detektiert. Der erste Peak 26 gibt den direkten Abstand des Ultraschallsensors 16 zum Objekt 22 gemäß Linie 32 aus 2 an und der zweite Peak 28 gibt den Abstand des Ultraschallsensors 16 zum unteren Ende des Objekts 24 an, das auf dem Boden aufliegt, gemäß Linie 36 aus 2. Es könnte grundsätzlich möglich sein, dass der zweite Peak 28 von einem anderen Objekt direkt reflektiert wird. Derartige Peak-Paare sollten daher identifiziert werden, was etwa möglich ist durch eine laufzeitbasierte Verifizierung.
Das Signal in 3 ist dabei ein solches, wie man es bei einem hohen Objekt 24 erhält, als von einem Objekt 24, welches größer ist, als die Einbauhöhe des Ultraschallsensors 16. Die beiden Peaks 26, 28 sind jeweils mit Kreisen markiert. Die vertikale Linie 38 markiert die Position des detektierten ersten Peaks 26, also die unmittelbare Distanz des Ultraschallsensors 16 zu dem Objekt 24 gemäß Linie 32 aus 2. Die vertikale Linie 40 zeigt die theoretisch erwartete Position des zweiten Peaks 28 an, welche wie mit Bezug auf 2 diskutiert geometrisch ermittelbar ist. Entsprechend ist zu erwarten, wenn der erste Peak 26 sich bei der Linie 38 befindet, die in einem Peakbereich 42 liegt, dass sich der zweite Peak 28 in einem zweiten Peakbereich 44 befindet. Der Peakbereich 44 kann etwa anhand eines Trainings oder vorgegebener Werte definiert um die Linie 40 beziehungsweise den entsprechenden Abstand einstellbar sein.
In diesem Fall ist der zweite Peak 28 in dem Peakbereich 44 klar zu erkennen. Es ist jedoch weiter zu erkennen, dass die tatsächliche Position des zweiten Peaks 28 von der Linie 40, also der zu erwartenden Position, abweicht. Um diese Unsicherheit zu umgeben ist nun vorgesehen, den Abstand, in diesem Fall für 1,5 m, auf einen festen beziehungsweise vorgegebenen Abstand von beispielsweise 1 m zu mappen beziehungsweise einzustellen. Dafür wird der erste Peakbereich 42 und der zweite Peakbereich 44 verwendet. Beide Peakbereiche 42, 44 können durchaus überlappen. Beispielsweise der zweite Peakbereich 44 wird so weit verschoben, dass der Abstand zwischen erstem Peak 26 und zweitem Peak 28 dem horizontalen Abstand zwischen Ultraschallsensor 16 und Objekt 24 von 1 m entspricht. Dazwischen wird gammaverteiltes Rauschen eingefügt. Es erfolgt somit ein Modifizieren des Doppelechos durch Einstellen des zeitlichen Abstands der Peaks 26, 28 des Doppelechos auf einen vorbestimmten Wert.
In 4 ist ein zu 3 entsprechendes Diagramm gezeigt, so dass die Bezugszeichen auch für 4 entsprechend gelten. In dem Diagramm der 4 ist jedoch nicht mehr unmittelbar das erhaltene Signal gezeigt sondern vielmehr das modifizierte Signal mit dem verschobenen zweiten Peakbereich 44 unter Einstellung eines vorgegebenen Abstands, einem normierten zweiten Peak und einem Bereich 46 der eingefügtes Rauschen darstellt. So kann erfolgen ein Klassifizieren der Höhe des Objekts 24 basierend auf dem modifizierten Doppelecho.
Dieses Signal wird zur Klassifizierung in einen Klassifikator, wie etwa neuronales Netz oder einen SVM-Klassifikator gegeben. Dadurch liegen keine Unterschiede abhängig vom Abstand zwischen Objekt und Detektor vor. Dies hat den Vorteil, dass nicht mehrere Klassifikatoren für verschiedene Abstände trainiert werden müssen. Das spart signifikant Zeit- und Rechenaufwand.
Im Detail kann eine Klassifikation der Höhe des Objekts 24 erfolgen, indem ermittelt wird, ob bei einem bestimmten horizontalen Abstand zwischen Ultraschallsensor 16 und Objekt 24 und damit bei einem entsprechenden theoretischen Abstand vom ersten Peak 26 und zweiten Peak 28 ein definiertes und insbesondere durch ein Training ermitteltes Verhältnis der Amplituden dieser Peaks 26, 28 vorliegt. Dadurch, dass die Amplituden der Peaks 26, 28 korrekt ermittelt werden und lediglich der Abstand der Peaks 26, 28 abstandsbedingten Ungenauigkeiten unterworfen ist, kann bei einem modifizierten Signal eine Klassifizierung erfolgen. Dies erfolgt durch einen Vergleich der Amplituden des ersten Peaks 26 und des zweiten Peaks 28 beziehungsweise durch eine Normierung des zweiten Peaks 28 auf den ersten Peak 26.
Die 5 zeigt wiederum ein zu 3 vergleichbares Signal, so dass grundsätzlich auf die Beschreibung aus 3 verwiesen wird. In 5 ist die Linie 38 die Position des ersten Peaks 26 und die Linie 40 wiederum die erwartete Position des zweiten Peaks 28.
In der Ausgestaltung gemäß 5 wird nun darauf eingegangen, dass oftmals die Peaks 26, 28 etwas unförmig sind oder Doppelspitzen aufweisen. Daher ist eine eindeutige Bestimmung der Amplitude und der Position des Peaks 26, 28 nur eingeschränkt möglich. Nun ist es vorgesehen die Peaks 26, 28 durch eine Gauß'sche Glockenkurve 48, 50 darzustellen beziehungsweise als Gauß-Kurve zu modellieren. Die Parameter dieser Kurve werden über Energiebetrachtungen des Signals festgelegt. Alle Werte die größer als die Hälfte des größten Maximums sind tragen im Folgenden bei. Die Position des Maximums der Gaußkurve 48, 50 wird durch den Schwerpunkt der Energiedichte berechnet. Die Breite der Gauß-Kurve ist durch die Standardabweichung des Signals festgelegt. Die Amplitude ergibt sich schließlich aus der Bedingung, dass die Energie des gemessenen Peaks 26, 28 gleich der Energie des Gauß'schen Peaks sein soll. Wenn alle Peaks bestimmt sind, werden die Peaks 26, 28 so weit verschoben, dass das Maximum des ersten Peaks 26 bei einem Meter ist. Zusätzlich wird der zweite Peak 28 um die Differenz von ds bei 1 m und ds bei der tatsächlichen Distanz verschoben. Ferner werden die Amplituden der Peaks 26, 28 normiert. Der Bereich zwischen den Peaks wird mit gammaverteiltem Rauschen ausgefüllt.
In 6 sind die verschobenen und normierten Peaks 26, 28 dargestellt. Dieses Signal wird einem Klassifikator zur Analyse übergeben. Eventuell könnte man auch nur die Parameter der Glockenkurve als Features für eine Support Vector Machine (SVM) oder ein neuronales Netz verwenden. Da die Distanz auf einen festen Abstand korrigiert wurde, wird wiederum nur ein Klassifikator benötigt, was Zeit- und Rechenaufwand spart.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
12: Fahrunterstützungssystem
14: Steuereinheit
16: Ultraschallsensor
18: Frontbereich
20: Heckbereich
22: Umgebung
24: Objekt
26: erster Peak
28: zweiter Peak
30: Linie
32: Linie
34: Linie
36: Linie
38: Linie
40: Linie
42: Peakbereich
44: Peakbereich
46: Bereich
48: Gauß-Kurve
50: Gauß-Kurve

Claims

Verfahren zum Klassifizieren der Höhe eines Objekts (24) unter Verwendung eines Ultraschallsensors (16), wobei die Klassifizierung die Höhe des Objekts (24) relativ zu der Einbauhöhe des Ultraschallsensors (16) umfasst, aufweisend die Verfahrensschritte: a) Aussenden von Ultraschallwellen; b) Erfassen eines Reflexionsechos von an dem Objekt (24) reflektierten U ltrasch allwellen ; c) Detektieren des zeitlichen Abstands zweier Peaks (26, 28) eines Doppelechos zueinander des Reflexionsechos; d) Modifizieren des Doppelechos durch Einstellen des zeitlichen Abstands der Peaks (26, 28) des Doppelechos zueinander auf einen vorbestimmten Wert; und e) Klassifizieren der Höhe des Objekts (24) basierend auf dem modifizierten Doppelecho.
Verfahren Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durchgeführt wird unter Verwendung von zuvor erzeugten Trainingsdaten.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trainingsdaten erzeugt werden nur bei dem vorbestimmten Wert des zeitlichen Abstands der Peaks (26, 28) des Doppelechos.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Genauigkeit des Verfahrens während des Trainings geprüft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt e) erfolgt unter Verwendung einer Support Vector Machine (SVM-Klassifikators) oder eines neuronalen Netzes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt d) mit in der Geometrie unveränderten Peaks (26, 28) des Doppelechos realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Peaks (26, 28) des Doppelechos als Gauß-Kurve (48, 50) modelliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in Verfahrensschritt d) verwendete vorbestimmte Wert einem Abstand der Peaks zueinander entspricht, der sich bei einem hohen Objekt einstellt, das einen Abstand zu dem Ultraschallsensor (16) aufweist, der in einem Bereich von kleiner oder gleich 2m liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt e) erfolgt unter Normierung des zweiten Peaks (28) auf den ersten Peak (26) des Doppelechos.
Fahrunterstützungssystem für ein Fahrzeug (10) zum Unterstützen eines Fahrers des Fahrzeugs (10), wobei das Fahrunterstützungssystem (12) wenigstens einen Ultraschallsensor (16) und ferner eine Steuereinheit (14) aufweist, die mit Daten des wenigstens eines Ultraschallsensors (16) speisbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrunterstützungssystem dazu ausgestaltet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.