用于识别车辆的环境中的对象的超声传感器系统和方法以及具有超声传感器系统的车辆与流程

本发明涉及一种超声传感器系统和用于识别车辆的环境中的对象的方法。

背景技术：

用于识别对象、尤其是障碍的方法和系统例如使用在机动车中，以便在驾驶时支持驾驶员。在此，驾驶员尤其在接近障碍时被声学或光学地警告。为了探测到接近障碍，使用距离传感器、例如超声传感器。超声传感器可以借助于超声识别出在限界的识别区域或探测区域内部的对象或障碍的存在并且也测量关于对象的距离。关于取决于车辆数据的距离测量的方法由de19645339a1已知。此外，在de10261018a1中描述了一种距离测量设备。

例如在识别对象时使用脉冲回声方法的原理。单个超声传感器的发射和探测区域通过其方向特性确定。该方向特性具有竖直的开口角度，该开口角度通常取决于传感器几何结构和超声传感器的操控、例如发射频率。此外，超声传感器可以这样安装在车辆上，使得所述超声传感器的方向特性相对于水平平面具有一定的调整角(竖直调整角)。该调整角可以正地、即向上指向，或者负地、即沿车道的方向向下指向。

因此，超声传感器系统的敏感性受到车辆上的障碍物影响。对此决定性的是针对感测反射信号所应用的阈限的高度，因为该高度通常调设成使得隐没地面反射。这既适用于确定应用的阈限，也适用于自适应的阈限。该要求仅仅导致具有非常小的开口角度的传感器涉及或者导致传感器外表面或方向特性向上的大的调整角。然而，超声传感器系统中的另外的要求也在于，能够探测低的、可能损坏车辆的对象，例如高的路边石。因此，超声传感器必须这样安装，使得声发射的明显的分量、即方向特性也指向到地面上。为了满足两个要求，在现有技术中通常实现折中：声辐射的竖直开口角度或者说方向特性例如为约±30°并且超声传感器的安装这样实施，使得例如小于50cm的低的安装高度以向上指向的调整角、即正的调整角安装，并且例如大于50cm的相对较高的安装高度以朝向地面指向的调整角、即负的调整角安装。由此得出的安装指南在图1中示出。

在de102009046338a1中还描述了一种方法，在所述方法中发射信号通过多个超声传感器发射，通过发射信号在对象上的反射所生成的接收信号通过至少一个另外的超声传感器接收，并且根据针对接收所提供的敏感性特征曲线分析处理相应的接收信号。敏感性特征曲线根据进行发射的超声传感器的至少一个性能提供。在此示出，设有在保险杠的区域中相叠布置的超声传感器以用于探测障碍，其中，不同的超声传感器分别可以具有不同的调整角和几何结构。

由de102014202497b4关于布置在车辆纵向侧上的超声传感器已知，使用位于不同的高度水平上的多个超声传感器。由此可以评估在机动车的侧面布置的对象的几何参数。

技术实现要素：

本发明的任务是，给出一种具有改善的探测效率(敏感性)和改善的探测安全性的超声传感器系统，使得例如可以更可靠地识别出如弱反射的对象，如行人。

基于本发明的想法在于，布置在保险杆的区域中的超声传感器布置在至少两个不同的高度水平上，由此能够特别好地并且可靠地识别出以不同距离相对于车辆布置的障碍或具有不同高度的障碍。

本发明提出一种用于识别车辆的环境中的对象的超声传感器系统，该超声传感器系统包括第一组的超声传感器和第二组的超声传感器。第一组的超声传感器分别具有在车辆上的第一安装高度，超声传感器的第二组的超声传感器分别具有在车辆上的第二安装高度，其中，第一安装高度大于第二安装高度。在此，第一组的超声传感器比第二组的超声传感器具有用于识别对象的更高的敏感性。

因此，本发明的核心是使用附加的超声传感器，所述附加的超声传感器装配在通常的安装平面下方的平面中。超声传感器(第二组)的该下方平面具有用于感测低的对象的目的。根据本发明，第一组的超声传感器的敏感性相对于第二组的超声传感器提高。

第一组(上排传感器)的敏感性的提高例如能够通过具有明显高于安装指南的竖直调整角和/或安装高度的超声传感器的安装实现。

在优选的实施方案中，第一组的超声传感器的相应的方向特性具有相对于水平平面的、尤其在0°至15°之间的正的竖直调整角，即向上倾斜。通过该定向，第一组的传感器感测更少的地面回声，由此用于感测回声信号的阈限(schwelle)不必再适配于地面回声的隐没(ausblenden)。因此，可以使用(固定的或自适应的)用于探测回声信号的阈限，该阈限允许识别弱反射的对象、例如行人。因此，提高超声传感器的关于识别对象的敏感性。在此，第二组的超声传感器的相应方向特性优选水平地定向或者具有相对于水平平面的负的竖直调整角。

两组超声传感器例如可以安装在车辆的保险杆中。两组超声传感器的不同的竖直调整角优选通过超声传感器在车辆构件、尤其是保险杆的相应布置实现。这意味着，可以使用原则上结构相同的传感器模块，所述传感器模块的调整角通过在车辆上的例如经由相应的附件或固定件的布置来调节。

替代地或附加地，可以在第一组中使用具有小于第二组的超声传感器的竖直开口角度的超声传感器。较小的竖直开口角度也导致，通过第一组的超声传感器可以接收较少的地面回声并且相应地使用也允许识别弱反射的对象或远距离的对象的用于探测的阈限。

在此，在本发明的框架中，较小的竖直开口角度能够以不同方式实现。

优选地，超声传感器这样构造，使得所述超声传感器以已知的方式具有带着能振动的膜片和围绕所述膜片的壁的膜片锅形部，其中，在膜片的内侧上布置有压电转换器。第一组的超声传感器可具有小于第二组的超声传感器的膜片直径，由此针对第一组的超声传感器得出方向特性的相对较小的竖直开口角度。

替代地或附加地，第一组的超声传感器可以具有更高的膜片刚性。这导致膜片锅形部的相对较高的共振频率。较高的共振频率得出方向特性的相对较小的竖直开口角度并且由此导致较高的敏感性。

优选地，第一组的超声传感器以高于第二组的超声传感器的发射频率运行。较高的发射频率得出方向特性的相对较小的竖直开口角度。在针对两组使用不同的发射频率的情况下，优选可以使用相同的传感器构造和相同的传感器几何形状、尤其是用于两组的相应的超声传感器的相同的膜片直径。优选地，用于第一组的发射频率仅应如此程度地提高，使得第二组的超声传感器在该频率范围中还具有充分的敏感性、优选是关于第一组的超声传感器的敏感性的>50％。

竖直开口角度的变化也可以通过超声传感器在漏斗形的保持件中的装入实现，其中，关于对象探测实现的有效的方向特性受到漏斗的几何形状的影响。在这种装入中，超声传感器的膜片不与例如保险杆的表面齐平，例如相对于该表面回缩，使得声音必须运动经过位于前面的漏斗。

第一组和第二组的超声传感器的相应数量首先不受限制并且也不必一致。

在根据本发明的超声传感器系统的优选实施方案中，第二组至少具有与第一组一样多的超声传感器，其中，在每一个第一组的超声传感器下方垂直地布置有一个第二组的超声传感器。特别优选地，第一组和第二组的超声传感器的数量一致。该布置允许以特别有利的方式不仅识别对象和确定距离，而且也通过简单的三边测量法(trilateration)在竖直线上推导出反射相对于地面的高度并且由此推导出识别出的对象的高度。在此还优选的是，第一组的超声传感器和第二组的超声传感器相对彼此具有尽可能大的竖直距离，换言之，第一安装高度相对于第二安装高度具有尽可能大的差，因为这样能够通过三边测量改善所感测的对象的高度确定。

在本发明的替代实施方案中，第二组比第一组具有至少多一个超声传感器，其中，在第二组的每两个相邻的超声传感器之间错位地布置有一个第一组的超声传感器。通过上排(第二组)中的超声传感器在下排(第一组)中的超声传感器之间的这种布置，可以有利地在水平线上改善地覆盖车辆的保险杆的区域，因为减小在两个传感器之间的水平距离。这样例如可以在同一组的相邻的传感器之间需要大的距离的部位处(例如在牌照板处)，减小在第一组的传感器和紧挨着的第二组的传感器之间的水平距离。在该布置中，高度确定还可以通过三边测量法、尤其是3d三边测量法实现。

总体上有利地可以是，在第二组(下排)中比在第一组中设置有更多个超声传感器，因为尤其在装入到保险杆中的情况下可以覆盖围绕保险杆的尽可能完整的空间区域并且朝向地面以传感的方式覆盖，主要因为第二组的超声传感器不如第一组的超声传感器那么敏感。

在本发明的优选实施方案中，确定的超声传感器或者所有超声传感器、尤其是第一组的超声传感器这样布置和定向或者说具有这种调整角，使得同样可以感测在车辆上方的对象、例如停车场或通道的顶盖。这样例如可以识别出通道对于车辆而言是否足够高。

根据本发明的另一方面，提出一种车辆，该车辆具有根据本发明构造的用于识别车辆的环境中的对象的超声传感器系统，其中，超声传感器系统的超声传感器布置在车辆的前保险杆和/或后保险杆上或者布置在车辆的侧面上，例如布置在b柱内部。

优选地，第一组的超声传感器在车辆上的第一安装高度具有在50cm至80cm的范围中的值。第二安装高度优选具有在20cm至40cm的范围中的值。

根据本发明的另一方面，提出一种用于借助根据本发明的超声传感器系统识别车辆的环境中的对象的方法，其中，借助于第一组的超声传感器识别相对于第一组的超声传感器的距离大于极限距离的对象，其中，借助于第二组的超声传感器识别相对于第二组的超声传感器的距离小于极限距离的对象。极限距离例如可以为40cm。

通过本发明得出不同的优点：根据本发明的超声传感器系统具有针对高的对象的提升的敏感性。此外，得出对总系统的竖直可见区域的相对于现有技术的改善的覆盖。如果超声传感器像多个传统系统中那样仅安装在一个平面或安装高度上，那么由于受限的开口角度得出在竖直线上的、既在安装高度上方也在安装高度下方的死区。当身高例如位于安装高度下方的该死区中的小孩子紧靠车辆时，可能不能探测到该小孩子。通过根据本发明构造的超声传感器系统可以降低该危险。此外，通过使用具有竖直重叠的方向特性或可见区域的超声传感器可以由回声信号借助占据重叠视场的另外的超声传感器的可信度测试更简单地识别出传感器故障。此外，通过冗余可以实现系统在功能安全分级(例如垫层识别/事故损失/石击损伤)方面的总错误率的计算上的降低。此外，得出系统作为所谓的“故障后可运行的系统(fail-operational-system)”运行的可能性。“故障后可运行的系统”的特征在于，在最大数量的传感器故障时可以保持应用功能。总体上，通过更高数量的回声确认能够实现对象的更快的首次感测。此外，根据本发明构造的超声传感器系统能够通过竖直的三边测量法实现所识别的对象的高度测量。

附图说明

图1示出安装高度相比于超声传感器的竖直调整角的图表。

图2a)以正视图示意性示出具有根据本发明的第一实施例的用于识别车辆的环境中的对象的超声传感器系统的车辆。

图2b)分别示意性示出超声传感器系统的一个第一组的超声传感器和一个第二组的超声传感器。

图3a)以侧视图示意性示出具有根据现有技术的用于识别车辆的环境中的对象的超声传感器系统的车辆。

图3b)以侧视图示意性示出具有根据本发明的第二实施例的用于识别车辆的环境中的对象的超声传感器系统的车辆。

图4以正视图示意性示出具有根据本发明的第三实施例的用于识别车辆的环境中的对象的超声传感器系统的车辆。

具体实施方式

在下面对本发明的实施例的描述中，相同的元件标有相同的附图标记，其中，必要时取消这些元件的重复描述。附图仅示意性示出本发明的主题。

在图1中示出图表100，在该图表中，相对于超声传感器的竖直的调整角β，在x轴上描绘用于识别车辆的环境中的对象的超声传感器系统的示例性超声传感器的安装高度h，单位是cm。所示出的值范围通过超声传感器的构造确定并且仅示例性地理解。

通过曲线104向下限界、对于安装高度大于约46cm而言通过曲线106向上限界并且对于安装高度小于约46cm而言通过曲线107向上限界的安装高度h和调整角β的组合的区域110显示出h和β的组合的以下区域，用于识别车辆的环境中的对象的典型的超声传感器系统的超声传感器具有该区域，以便满足敏感性的要求和还能够感测低的对象的要求。在此，曲线105显示为最好的折中(kompromiss)并且因此已经在传统的超声传感器系统中被建议为所谓的安装指南。在此，曲线106显示出安装高度和竖直的调整角的以下组合，在该组合中正好还可以感测地面的回声信号(“upperlimitground，上限底面”)。曲线104显示出安装高度和调整角的以下组合，在该组合中敏感性正好还充分(“lowlimit，下限”)。曲线107显示出安装高度和调整角的以下组合，在该组合中正好不接收角落的、例如车库或停车场中的干扰的回声信号(“upperlimitceiling，上限天花板”)。在根据现有技术的系统中，当低的对象、如路边石的识别仅具有小的重要性的应用存在时，区域120可能是允许的。例如，在具有高离地间隙的车辆(例如敞篷小型载货卡车)中低的对象、如路边石不那么重要。而在具有较小的离地间隙和较小的轴距的较小车辆(如跑车或“city-flitzer，城市跑车”)中，低的对象是更重要的。在根据现有技术的系统中，例如在以下条件中区域125是允许的：超声传感器的总作用范围例如局限为150cm，否则会产生接收角落的、例如在车库或停车场中的干扰的回声信号的危险。在根据现有技术的系统中，例如在曲线106和107上方的区域140是不允许的，因为产生接收角落的、例如在车库或停车场中的干扰的回声信号并且同时不接收地面或非常低的对象的回声信号的风险。在根据现有技术的系统中，例如在曲线104下方的区域130是不允许的，因为由于接收的地面回声的高分量敏感性过低。

本发明允许，也将超声传感器布置在“禁止”区域中或者说改变所述区域的形状。因此，在根据本发明构造的用于识别车辆的环境中的对象的超声传感器系统中，第二组的超声传感器也可以构造有区域130中的安装高度和竖直的调整角的组合。根据本发明构造的超声传感器系统的第一组的超声传感器可以具有在区域110、120和125中的安装高度和竖直的调整角的组合，其中，这些区域可以扩大，例如其方式是，第一组的超声传感器具有在其方向特性方面的较小的开口角度。

在图2a)中以正视图示意性示出车辆10，该车辆具有根据本发明的第一实施例的用于识别车辆10的环境中的对象的超声传感器系统20。超声传感器系统20包括十二个超声传感器12、14，其中，六个超声传感器12属于第一组22的超声传感器，并且六个超声传感器14属于第二组24。第一组22的超声传感器12具有在车辆上的相对于车道平面40的第一安装高度h1。第二组24的超声传感器14具有在车辆上的相对于车道平面40的第二安装高度h2，其中，第一安装高度h1大于第二安装高度h2。根据本发明，第一组22的超声传感器12比第二组24的超声传感器14具有用于识别对象的更高的敏感性。

在该示例中，第一组22的超声传感器12的数量相应于第一组24的超声传感器14的数量。在第二组24的每个超声传感器14上竖直地布置有第一组22的一个超声传感器12。该布置允许通过简单的三边测量法在竖直线上推导出所感测的回声信号相对于车道平面40的高度并且由此推导出识别出的对象的高度。

图2b)分别示意性示出图2a)的超声传感器系统20的第一组22的一个超声传感器12和第二组24的一个超声传感器14。在该示例中，超声传感器12具有正的竖直调整角β。方向特性52或者说所述方向特性的主轴50相对于水平线45向上倾斜。超声传感器14具有方向特性54，该方向特性相对于水平线45不倾斜。超声传感器12的方向特性52的开口角度γ1小于超声传感器14的方向特性54的开口角度γ2。

图3a)以侧视图示意性示出具有传统的、根据现有技术的用于识别对象80的超声传感器系统的车辆10。超声传感器系统具有至少一个超声传感器16，该超声传感器相对于车道平面40以确定的安装高度hs安装。安装高度hs例如为50cm。示出了超声传感器16的方向特性56或者说竖直的视场。该视场具有开口角度γs并且在该示例中不具有主轴相对于水平线45的倾斜。识别出，视场在距离d0处与车道平面40相交。比该极限距离d0更靠近车辆的低的对象、即大概处于间隙区域58中的对象可能根本不被超声传感器16识别出或者仅被非常不可靠地识别出。这可以导致对于车辆或者也对于对象的危险。

图3b)以侧视图示意性示出具有根据本发明的第二实施例的用于识别对象80的超声传感器系统20的车辆10。超声传感器系统20具有两组22、24的超声传感器12、14，所述超声传感器分别相对于车道平面40以确定的第一安装高度或第二安装高度h1和h2安装。安装高度h1例如为50cm。安装高度h2例如为30cm。示出具有安装高度h1的第一组22的超声传感器12的方向特性52或者说竖直的视场。在该示例中，该视场不具有主轴相对于水平线45的倾斜，然而方向特性52的开口角度γ1小于根据图2a)的现有技术的开口角度γs。这导致，视场在距离d1处与车道平面40相交，其中，d1大于d0。这具有以下效应，更少的地面回声被超声传感器12接收，或者接收具有较小亮度的地面回声，使得超声传感器12的探测阈限选择得相应更敏感。因此，超声传感器12尤其针对高的对象具有比根据现有技术的超声传感器16更高的敏感性。然而，比极限距离d1更靠近车辆10的低的对象80不被超声传感器12识别出或者仅被非常不可靠地识别出。根据本发明，该探测间隙通过添加第二组24的超声传感器14来填补。超声传感器14具有视场或者说方向特性54，该方向特性基本上覆盖近的和低的对象81的区域并且由此能够实现这种对象81的可靠识别。

在图4中以正视图示意性示出具有根据本发明的第三实施例的、用于识别车辆10的环境中的对象的超声传感器系统20的车辆10。在这里，超声传感器系统20包括十一个超声传感器12、14，其中，五个超声传感器12属于第一组22的超声传感器，并且六个超声传感器14属于第二组24。第一组22的超声传感器12具有在车辆上相对于车道平面40的第一安装高度h1。第二组24的超声传感器14具有在车辆上的相对于车道平面40的第二安装高度h2，其中，第一安装高度h1大于第二安装高度h2。根据本发明，第一组22的超声传感器12比第二组24的超声传感器14具有更高的用于识别对象的敏感性。

在该示例中，第二组24的超声传感器14的数量相当于第一组22的超声传感器12的数量加一。在每两个相邻的第二组24的超声传感器14之间分别错位地布置一个第一组22的超声传感器12。通过在上排(第二组22)中的超声传感器12在下排(第一组24)中的超声传感器14之间的这种布置，可以有利地在水平线上改善地覆盖车辆的保险杠的区域，因为在两个相邻的超声传感器12、14之间的水平距离x减小，例如相比于根据图2a)的布置。这样例如可以在相邻的第二组24的超声传感器之间需要大的距离的部位15处(例如在牌照板处)，减小在第一组的传感器12和紧挨着的第二组的传感器14之间的水平距离x。由此在牌照的区域15中也得出足够的传感器覆盖，以便确保低的对象的可靠感测。