CN104094134A - 用于借助在物体上反射的声学信号确定车辆的周围环境中的至少一个物体的位置和/或运动的方法和周围环境检测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助所接收的、在物体上反射的信号来确定运动辅助装置、尤其车辆的周围环境中的物体的位置和/或运动的方法，所述信号以下称作回波信号，其中分别借助取决于相应的回波信号的传播时间的增益来放大所接收的回波信号，并且将多个测量通道的经放大的回波信号分别转换成在值方面和/或在时间方面离散的、具有预给定的第一动态性范围(m)的测量信号，以及将分别具有所述第一动态性范围的测量信号如此映射到处理装置的比所述第一动态性范围更大的第二动态性范围上，使得借助所述处理装置至少有时同时处理所述测量信号。此外，公开了可以用于实施所述方法的所属的周围环境检测设备和具有根据本发明的周围环境检测设备的车辆。

Description

用于借助在物体上反射的声学信号确定车辆的周围环境中的至少一个物体的位置和/或运动的方法和周围环境检测设备
技术领域
本发明涉及用于借助所接收的、在物体上反射的并且称作回波信号的信号来确定运动辅助装置、尤其车辆的周围环境中的至少一个物体的位置和/或运动的方法和周围环境检测设备。本发明也涉及具有根据本发明的设备的车辆。
背景技术
当前通常使用超声范围中的***、尤其脉冲式测量的***来进行车辆的声学周围环境检测。在此，通常每10毫秒至300毫秒通过电声转换器发射约50千赫兹的声脉冲。由进行发射的与未进行发射的转换器的脉冲传播时间推断出空间中的物体间距。由文献已知的是，测量证明信号强度随回波传播时间的增加而减小。这也在图1中阐明。
在图1中根据物体间距d示出代表在不同的物体O1、O2、O3、O4、O5、O6、O7、O8、O9、O10上反射的声学信号的声学回波信号的回波振幅EA。以毫伏说明回波振幅EA并且以米说明物体间距。
物体O1至O4是壁并且通过十字表示，物体O5至O8是管并且通过圆表示，而物体O9和O10是车辆(宝马3系(BMW3))并且通过正方形表示。分别借助具有相应的发射脉冲持续时间——12毫秒、6毫秒、1毫秒、0.3毫秒、12毫秒、6毫秒、1毫秒、0.3毫秒、6毫秒和1毫秒来探测所有物体O1至O10。对于回波信号强度与回波传播时间的相关性可以忽略所说明的发射脉冲持续时间。
为了易于理解图1也标出网格线1。
为了分辨所有可能的回波信号强度，需要使用例如1毫伏至2000毫伏的高的振幅范围，所述高的振幅范围相应于约211的动态性范围。如果例如想要检测在管O5、O6、O7、O8上反射的信号(所述信号在平均值方面不仅正摆而且负摆)，则需要212的动态性范围并且因此也需要使用高开销的12位转换器或者使用相应无噪声的信号处理技术。所属的处理开销——例如计算开销也随所使用的信号动态性增大而增大。
由现有技术还已知，当今可供使用的数字计算内核大多至少具有16位的动态性范围。此外，在此定义计算能力的大小C＝f·n，其中n代表动态性范围，而f代表信号处理装置的处理频率。
此外，由文档DE102008054789A1已知在脉冲式测量的周围环境传感机构中使用所接收的回波信号的取决于传播时间的放大。在同一文档中还描述：当取决于传播时间的放大的动态性不足以将不仅小信号而且大信号压缩到传输强度上时，附加地可以进行回波信号的振幅压缩，以便处理对于进一步传输而言过大的信号强度。此外，本领域技术人员已知，可以以等效的方式也在脉冲式测量的周围环境传感器机构中以超声范围以外的信号频率(例如在人的听觉范围中)使用所述方法。
此外，由现有技术已知，可以如何获得关于传输通道的取决于传播时间的衰减的变化过程的信息。
发明内容
根据本发明提供一种用于借助所接收的、在物体上反射的信号(以下称作回波信号)来确定运动辅助装置、尤其车辆的周围环境中的物体的位置和/或运动的方法。在此，分别借助取决于相应回波信号的传播时间的增益来放大所接收的回波信号并且将多个测量通道的经放大的回波信号分别转换成具有预给定的第一动态性范围(m)的在值方面和/或在时间方面离散的测量值。此外，分别具有第一动态性范围(m)的测量信号如此映射到处理装置的比第一动态性范围更大的第二动态性范围上，使得借助处理装置至少有时同时处理所述测量信号。
此外，根据本发明提供一种用于借助所接收的、在物体上反射的信号(以下称作回波信号)来确定运动辅助装置、尤其车辆的周围环境中的至少一个物体的位置和/或运动的周围环境检测设备。在此，周围环境检测设备包括一个或多个放大器装置，其分别构造用于分别借助取决于相应的回波信号的传播时间的增益来放大所接收的回波信号。周围环境检测设备还构造用于尤其借助至少一个阈值开关和/或至少一个模拟/数字转换器将多个测量通道的经放大的回波信号转换成具有预给定的第一动态性范围(m)的相应的在值方面和/或在时间方面离散的测量信号并且借助具有比第一动态性范围更大的第二动态性范围的处理装置至少有时同时处理分别具有第一动态性范围的测量信号。
从属权利要求示出本发明的优选扩展方案。
在根据本发明的方法中，尤其在发射测量脉冲之后连续地或准连续地至少有时改变接收信号的增益。换言之，借助取决于传播时间的增益来放大所接收的回波信号。尤其借助阈值开关将经放大的回波信号分别转换成时间连续的、值离散的信号，所述信号优选通过借助模拟/数字转换器(A/D转换器)的采样除值离散化以外也经受时间离散化。经离散的信号具有动态性范围m，并且以包括比测量信号的动态性范围m更大的动态性范围n的处理技术并行处理多个测量通道的信号。
换句话说，根据本发明提供一种构架，借助所述构架尤其能够高效地处理脉冲式工作的声学周围环境传感机构的信号。
并行化的优点在于，能够借助一次运算同时处理多个信号。
此外，根据本发明优选当在运动辅助装置、尤其自身车辆和物体之间存在借助至少一个测量信号确定的碰撞危险时向驾驶员输出警告和/或干预运动辅助装置动态性、尤其干预车辆动态性和/或激活用于降低事故后果的至少一个装置。
根据本发明，优选借助脉冲状发射的声信号来确定运动辅助装置——如轮椅、摄位车(Segway)、自行车、电动车辆、诸如汽车、公共汽车和载重车辆的其他车辆的周围环境中的物体的位置和/或运动。在此，借助光学的和/或声学的装置向运动辅助装置的操作者通知位于所述运动辅助装置的周围环境中的物体的间距、位置和/或运动方向。此外，可以通过转向改变运动方向和/或通过制动改变速度。也可以激活用于降低事故后果的装置——例如安全带收紧器和/或车窗提升器和/或安全气囊和/或用于抬起发动机盖的装置。
在本发明的一种特别有利的实施方式中，取决于情况地、即根据存在的周围环境情况和/或行驶情况地改变第一动态性范围m。
当例如在传感器的观察方向上推测出特别危急的情况时，在此增大分辨率m1，而同时减小以下传感器中的分辨率m2：在所述传感器的观察方向上推测出不太重要的事件。
另一个示例是，改变相应于经改变的值出现的频率的采样频率。一方面，车辆的自身速度和/或所识别的与物体的相对速度和/或物体间距和/或物体的类型可以作为用于改变的调节量，所述物体例如可以是平的壁或者灌木丛。
在本发明的一种特别有利的实施方式中，借助调节(Regelung)来调节取决于传播时间的增益的时间变化过程。
也可以如此调节取决于传播时间的增益的时间变化过程，使得估计适合的校准回波信号的振幅变化过程的校准曲线借助取决于传播时间的增益映射到时间不变的、相应于始终不变的信号强度值的直线上。由此明显简化借助所述取决于传播时间的增益放大了的回波信号的分析处理。
优选地，根据存在的周围环境情况和/或行驶情况和/或根据至少一个进行接收的电声转换器的功能状态、尤其污染状态来调节取决于传播时间的增益的时间变化过程。
换句话说，借助通常的、可简单实现的通道估计使时间变化的增益的时间变化过程与周围环境情况或者与转换器状态、尤其与转换器污染状态相匹配。
此外，根据本发明提供一种具有根据本发明的周围环境检测设备的车辆。
附图说明
以下附图详细描述本发明的实施例。附图示出：
图1：根据现有技术由声学信号在多个部分不同的物体上的反射引起的回波振幅的振幅根据物体距离的变化过程；
图2：根据物体间距示出的校准曲线的变化过程，所述校准曲线分别估计校准回波信号的振幅变化过程，以及分别借助根据本发明的、取决于传播时间的增益施加的校准曲线的根据物体间距示出的变化过程，所述校准曲线除图1中的回波振幅的取决于物体间距的变化过程以外示出。
图3：用于将具有分别6位的动态性范围的5个测量通道分配到32位的处理宽度上的示意图；
图4：根据本发明的第一实施方式的根据本发明的周围环境检测设备的示意性框图。
具体实施方式
在图2中根据物体间距d示出与根据图1的声学回波信号相同的声学回波信号的回波振幅EA，所述声学回波信号代表在物体O1、O2、O3、O4、O5、O6、O7、O8、O9、O10上反射的声学信号。以毫伏说明回波振幅EA并且以米说明物体间距d。为了简化示图，不再明确标记物体O1至O10.
在图2中也示出两个校准曲线EAW和EAR的根据物体间距示出的变化过程，所述校准曲线分别估计校准回波信号的振幅变化过程。在所述情形中，两个校准曲线EAW和EAR是线性的。
在此，对于估计由壁O1至O4上的反射引起的标准回波信号或者校准回波信号的振幅变化过程的标准线或者校准线使用虚线EAW。此外，对于估计由管O5至O8上的反射引起的校准回波信号的振幅变化过程的校准线使用点划线EAW。
根据在图2中标示的线EAW和EAR阐明取决于传播时间的增益的作用方式。
对于物体间距d在其整个值域上的变化示出了校准曲线EAW或者EAR。在实际中，线EAW、EAR的取决于d的变化过程不是直线而替代地略微更复杂，即使当物体间距d沿着进行接收的传感器的轴变化时。只要所述变化过程是已知的，则对于并行处理的原理而言所述现象不重要。由文献已知，所述线EAW、EAR的变化过程取决于气候——如空气湿度、温度和气压。因此，在缺少气候信息时——例如在缺少关于空气湿度的说明时使用估计器。
根据本发明，在一个相应的测量循环中如此调节取决于传播时间的增益的时间变化过程，使得分别在一个相应的测量循环中估计合适的校准回波信号的振幅变化过程的校准曲线EAW、EAR分别借助相应的、取决于传播时间的增益映射到不取决于物体间距d的、相应于始终不变的信号强度值的直线EAW1、EAR1上。在此，线EAW1和EAR1作为直线平行于横坐标轴d延伸，这明显简化借助所述取决于传播时间的增益放大的回波信号的分析处理。
根据在图2中示出的线EAW和EAR之间的关系可以确定：为壁O1至O4的最强反射的物体的回波信号强度与为管O5至O8的略强反射的物体的回波信号强度之间的动态性差仅仅相差因数约26、即相差小于25。如果例如由于可靠性原因振幅分辨率再增大2位并且为了符号显示投入另一个位，则8位的分辨率足够，并且当根据本发明的取决于传播时间的增益(借助所述增益实现所放大的回波信号的始终不变的信号强度)最优地与传播情况匹配时，更少位的分辨率足够。
因为在周围环境探测时始终同时或者准同时地分析处理多个传感器的信号并且数字信号处理装置的当今通常的计算宽度n至少为16位并且更大，所以当将各个通道映射到(变换到)计算装置的宽度n上时可以并行地处理多个传感器信道的信号。
图3示出用于将具有分别6位的动态性范围的5个测量通道分配到32位的处理宽度上的示意图。
在图3中上方示出32个数字位的数字0,...,31。在m＝6比特的动态性范围时，每个通道需要各6个数字位。在图3中示出的示例中，分别空置两个数字位。
并行化的优点在于，借助一次运算同时处理多个信号。因为四个处理器特别容易地允许数据的逐字节的区分，所以对于一个通道而言各m＝8比特位的分配特别适合。
在一些已知的分析处理中，并行化能够实现高效的处理。在这种分析处理类型中能够实现非常多的加法和减法。如果在设计计算运算时注意到在通道之间不发生传输或者串扰，则在图3中示出的示例中可以借助n位宽的变量的一个运算步骤同时分析处理5个通道的值。
与振幅压缩的放大器相组合地，可以将每个通道所需的信号动态性降低到包括符号的4位上。
在图4中示出根据本发明的第一实施方式的根据本发明的周围环境检测设备10的示意性框图。
在图4中，进行接收的声电转换器20、21包括所需的匹配和/或滤波和/或预放大示意地示为麦克风符号。在它们后面是在发射时刻可借助由装置30产生的SYNC信号同步的放大器40、41，所述放大器具有可调节的增益。在它们后面是分别具有非线性特征曲线ua(ue)的放大器50、51，其如此构型，使得高声的信号与低声的信号相比经受更小的放大。随后，发生值离散化并且在所述情形中通过模拟/数字转换器60、61的使用也发生时间离散化。最后，根据本发明的基本思想使各个通道70、71并行化，以便在至少一个随后的具有n位的动态性范围的计算单元中更快速地进一步处理。
在此，除以上文字公开内容以外，关于本发明的其他公开内容补充地参考图1至4中的示图。

Claims (9)

1.一种用于借助所接收的、在物体(O1，...，O10)上反射的信号来确定运动辅助装置、尤其车辆的周围环境中的物体(O1，O2，O3，O4，O5，O6，O7，O8，O9，O10)的位置和/或运动的方法，所述信号以下称作回波信号，其中，分别借助取决于相应的回波信号的传播时间的增益来放大所接收的回波信号，其特征在于，将多个测量通道(70，71)的经放大的回波信号分别转换成在值方面和/或在时间方面离散的、具有预给定的第一动态性范围(m)的测量信号，以及将分别具有所述第一动态性范围(m)的测量信号如此映射到处理装置(80)的比所述第一动态性范围(m)更大的第二动态性范围(n)上，使得借助所述处理装置(80)至少有时同时处理所述测量信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据存在的周围环境情况和/或行驶情况选择所述第一动态性范围(m)。
3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助调节来调节所述取决于传播时间的增益的时间变化过程和/或如此调节所述取决于传播时间的增益的时间变化过程，使得估计适合的校准回波信号的振幅变化过程的校准曲线(EAW，EAR)借助所述取决于传播时间的增益映射到时间不变的、相应于保持不变的信号强度值的直线(EAW1，EAR1)上和/或根据存在的周围环境情况和/或行驶情况和/或根据一个或多个进行接收的声电转换器(20，21)的功能状态、尤其污染状态来调节所述取决于传播时间的增益的时间变化过程。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当在所述运动辅助装置和所述物体(O1，...，O10)之间存在借助至少一个测量信号确定的碰撞危险时向驾驶员输出警告和/或干预所述运动辅助装置动态性、尤其干预所述车辆动态性和/或激活用于降低事故后果的一个或多个装置。
5.一种用于借助所接收的、在物体(O1，...，O10)上反射的信号来确定运动辅助装置、尤其车辆的周围环境中的至少一个物体(O1，...，O10)的位置和/或运动的周围环境检测设备(10)，所述信号以下称作回波信号，其中，所述周围环境检测设备(10)包括一个或多个放大器装置(40，41，50，51)，所述一个或多个放大器装置分别构造用于分别借助取决于相应的回波信号的传播时间的增益来放大所接收的回波信号，其特征在于，所述周围环境检测设备(10)构造用于尤其借助至少一个阈值开关和/或至少一个模拟/数字转换器(60，61)将多个测量通道(70，71)的经放大的回波信号转换成相应的在值方面和/或在时间方面离散的、具有预给定的第一动态性范围(m)的测量信号以及借助具有比所述第一动态性范围(m)更大的第二动态性范围(n)的处理装置(80)至少有时同时处理分别具有所述第一动态性范围(m)的测量信号。
6.根据权利要求5所述的周围环境检测设备(10)，其特征在于，所述周围环境检测设备(10)构造用于根据存在的周围环境情况和/或行驶情况预给定所述第一动态性范围(m)。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的周围环境检测设备(10)，其特征在于，所述放大器装置(40，41，50，51)包括调节装置，所述调节装置构造用于借助调节来调节所述取决于传播时间的增益的时间变化过程，和/或所述放大器装置(40，40，50，51)构造用于如此调节所述取决于传播时间的增益的时间变化过程，使得借助所述取决于传播时间的增益进行估计适合的校准回波信号的校准曲线(EAW，EAR)的振幅变化过程映射到时间不变的、相应于保持不变的信号强度值的直线(EAW1，EAR1)上和/或根据存在的周围环境情况和/或行驶情况和/或根据至少一个进行接收的声电转换器(20，21)的功能状态、尤其污染状态来调节所述取决于传播时间的增益的时间变化过程。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的周围环境检测设备(10)，其构造用于当在所述运动辅助装置、尤其所述自身车辆和所述物体(O1，...，O10)之间存在借助至少一个测量信号确定的碰撞危险时向驾驶员输出警告和/或干预所述运动辅助装置动态性、尤其干预所述车辆动态性和/或激活用于降低事故后果的至少一个装置。
9.一种车辆，其具有根据权利要求5至8中任一项所述的周围环境检测设备(10)。
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