CN118265923A - 借助角度信息对基于超声波的测量的校正 - Google Patents

Abstract

公开一种用于通过控制器(6)校正传感器装置(1)的超声波传感器的基于超声波的至少一个测量的方法，其中，通过至少一个超声波传感器(8)发送和/或接收声波，其中，基于所述声波的传播时间测量来求取沿测量平面(M)与反射位置(P)的至少一个距离(l)，通过分析处理至少一个超声波传感器阵列(2)的转换器元件的测量数据来求取在所述测量平面(M)内的和/或在所述测量平面(M)之外的至少一个角度，通过所求取的角度来校正所求取的、在所述超声波传感器(8)与所述反射位置(P)之间的至少一个距离(l)的定位误差(Δx)。此外，公开一种传感器装置(1)、一种控制器(6)、一种计算机程序以及一种机器可读的存储介质。

Description

借助角度信息对基于超声波的测量的校正

技术领域

本发明涉及一种用于校正基于超声波的至少一个测量的方法、一种传感器装置、一种控制器、一种计算机程序以及一种机器可读的存储介质。

背景技术

车辆的泊车辅助中的超声波传感器用于识别泊车空位和障碍物。为此，产生声波，这些声波在障碍物上被反射并且随后被接收。声波的传播时间使得能够实现在超声波传感器与障碍物之间的距离的计算。除此之外，可以以定位障碍物为目的在平行于地面的测量平面内由多个超声波传感器的测量结果执行三边定位。由于超声波传感器的沿测量平面的位置而假设，障碍物上的所有反射点同样处于该测量平面的高度上。在此，与该假设的偏差导致定位误差。

然而，由于超声波传感器的特性，反射点沿椭圆或者圆定位，由此，在测量平面之外也求取到反射点。尤其是，不能足够精确地基于超声波来求取与低反射点、例如路边石的或者与高反射点、例如栏杆的距离。与所述假设的这类偏差也可能导致失真的对象位置和被有错误地分类的对象。

EP 2 113 436 A1公开了专用高度传感器结合超声波传感器用于距离测量。由GB2486452 A已知一种用于确定车辆在水中的涉水深度的方法，其中，使超声波传感器摆动或者指向地面地装配超声波传感器，以便求取高度信息。

发明内容

本发明所基于的任务可以被视为，提出一种方法和一种传感器装置，所述方法和所述传感器装置避免错误分类所导致的或者由于多义性(Mehrdeutigkeiten)的、有错误的对象形成并且改善基于超声波的距离测量。

该任务借助独立权利要求的对应主题来解决。本发明的有利构型是各个从属权利要求的主题。

根据本发明的一个方面，提供一种用于校正传感器装置的超声波传感器的基于超声波的至少一个测量的方法。优选地，该方法可以通过控制器来实施。

在一个步骤中，通过至少一个超声波传感器发送和/或接收声波。基于所述声波的传播时间测量来求取沿测量平面与反射位置的至少一个距离。在如下假设的情况下创建以这种方式求取的反射位置：导致声波的反射的所有障碍物或者说对象沿该测量平面布置。

由于辐射特性，反射位置可以在测量平面的上方或下方沿曲线布置，使得沿测量平面的实际距离构型得较小。在下文中，将真实的反射位置与其到测量平面上的投影之间的距离的偏差定义为定位误差。

借助于该认识，通过分析处理至少一个超声波传感器阵列的转换器元件的测量数据来求取在测量平面内的和/或在测量平面之外的至少一个角度。随后，通过所求取的角度来校正所求取的、在超声波传感器与反射位置之间的至少一个距离的定位误差。

尤其是可以通过勾股定理或者通过三角函数来校正该定位误差并且沿测量平面以反射位置的投影形式求取所述距离。

通过该方法，能够改善基于超声波对对象的定位并且避免由于导致的错误分类的有错误的对象形成。

此外，通过使用角度信息或者说所求取的相对于反射位置的角度，能够实现在将超声波传感器安装在车辆上时更高的灵活性，因为通过补偿在基于超声波的测量时的高度差解除针对超声波传感器的安装位置的高度偏移限制

根据本发明的另一方面，提供一种控制器，其中，该控制器设置为用于实施该方法。该控制器例如可以是车辆侧的控制器、车辆外部的控制器或者车辆外部的服务器单元，例如云***。

优选地，该控制器可以与所述至少一个超声波传感器并且与所述至少一个超声波传感器阵列的至少两个转换器元件以传导数据的方式连接。尤其是，可以通过该控制器进行转换器元件的独立的操控以发送和/或接收声波。

此外，根据本发明的一个方面，提供一种计算机程序，该计算机程序包括指令，所述指令在通过计算机或者控制器执行该计算机程序时促使所述计算机或者控制器执行根据本发明的方法。根据本发明的另一方面，提供一种机器可读的存储介质，在该存储介质上存储有根据本发明的计算机程序。

在此，车辆可以根据BASt标准受辅助地、部分自动化地、高度自动化地和/或完全自动化地或者说无驾驶员地运行。

该方法不限于传感器装置的所有传感器都具有高度测量能力。例如也可以是，仅两个传感器构造为超声波传感器阵列，这两个传感器则定位在“单元件转换器”或体超声波传感器(Bulk-Ultraschallsensoren)之间。优选地，被测量的至少一个对象在一定的时间范围内被传感器装置的至少一个传感器“看到”或登记(registriert)。然后，也可以将历史角度信息用于该校正。传感器装置的性能能力可以通过添加另外的超声波传感器和/或超声波传感器阵列被改善。

在一个实施例中，通过超声波传感器阵列求取在测量平面内的方位角和/或测量平面之外的高度角作为至少一个角度。通过该措施，所求取的角度信息可以三维地构型，使得能够同时实现沿测量平面的、用于避免多义性的角度限制和沿高度方向的、用于校正定位误差的角度分量。

根据另一实施方式，基于声波的传播时间测量，通过至少两个超声波传感器和/或通过超声波传感器和至少一个超声波传感器阵列，沿测量平面求取至少两个距离。

借助三边定位(Trilateration)来执行反射位置的定位，其中，在该三边定位之前或者在该三边定位之后，通过所求取的角度来校正所求取的、在超声波传感器与反射位置之间的至少一个距离的定位误差。由此能够事先在原始的距离或者说回波长度的范围中就已实现定位误差的校正。替代地，可以在三边定位之后执行对一个或者多个定位误差的事后的校正。

根据另一实施例，执行检查：在测量平面内所求取的至少两个距离是通过在一个共同的对象上的反射还是通过在多个不同的对象上的反射所求取的。通过该措施，可以将多个距离或者回波长度与一个或者多个对象进行配属或者相互“配对”。由此也能够选择对于三边定位重要相关的回波长度。

根据另一实施方式，通过所求取的角度，将所求取的至少一个距离的定位误差校正到测量平面在地面上方的预限定的高度上。由此可以实现定位误差的校正，通过该校正，将超声波传感器与反射位置之间的距离投影到测量平面上，以便获得与车辆或者说与传感器装置的准确距离。

根据另一实施例，通过所求取的角度，将所求取的至少一个距离的定位误差校正到相应于传感器装置的超声波传感器在地面上方的最低的安装位置的高度上。通过该措施，能够使不同高度地布置的超声波传感器的测量与最低的超声波传感器相适应(angeglichen)并且在距离的偏差方面借助所求取的角度被补偿。

根据另一实施方式，将通过三边定位所求取的至少一个反射位置和/或通过单个测量所求取的至少一个反射位置配属于至少一个现有的或者新的对象。由此能够通过新的反射位置扩展现有的对象或者借助于所求取的反射位置登记新的对象。

根据另一实施例，将作为测量平面内的方位角所求取的角度用于消除在将反射位置配属于对象时的至少一个多义性。通过优选可以构型为角度范围的、所求取的方位角来提供对可能的角度范围的界定。这类界定防止在该角度范围之外对反射位置的另外的观察，并且可以避免在基于超声波的对象识别时的多义性。

根据本发明的另一方面，提出一种传感器装置，该传感器装置尤其用于执行根据本发明的方法。该传感器装置具有控制器、至少一个超声波传感器和至少一个超声波传感器阵列。

所述至少一个超声波传感器和至少一个超声波传感器阵列具有在轮廓、尤其是车辆的轮廓上的相同的和/或彼此不同的安装高度。

该传感器装置的超声波传感器阵列具有在竖直方向上和/或在水平方向上彼此间隔开的至少两个转换器元件，其中，所述转换器元件和所述至少一个超声波传感器可以通过与这些转换器元件电连接的控制器来操控和/或读取。

对应的转换器元件构型为超声波传感器阵列的部分传感器并且可以由控制器来彼此独立地操控和分析处理。尤其是，转换器元件的产生的声波可以相互干涉，由此使所发射的声回波的主轴线倾斜或相对于面法线偏移。

尤其是，通过转换器元件的，例如在竖直偏移的元件排之间的，相位偏移的操控可以使竖直的声辐射的主轴线相对于传感器膜片主轴线倾斜。

优选地，如下转换器元件布置在共同的平面上：所述转换器元件通过膜片振动和/或柱体振动被激励以产生和接收声波，面法线根据该共同的平面被限定。

优选地，所述至少一个超声波传感器阵列可以以MEMS技术来制造并且可以例如构型为所谓的压电微机械超声换能器(piezoelectric micromachined ultrasonictransducer，PMUT传感器)。转换器元件可以构型为膜片或者可振动的活塞或者组合的膜片活塞装置，以便产生和/或接收声脉冲或声波。

相应于对在对应的转换器元件的电信号之间的相位偏移的求取，控制器可以求取相对于超声波传感器阵列的面法线的角度。通过该措施，超声波传感器阵列可以动态地适配于具有相对于地面的不同高度的反射位置。所求取的相位偏移与如下角度直接相关：来自反射位置的声波在该角度下通过转换器元件被接收。

根据本发明的另一方面，提供一种用于消除传感器装置的基于超声波的至少一个测量的多义性的方法。该方法同样可以通过控制器来执行。

在一个步骤中，通过至少一个超声波传感器并且通过至少一个超声波传感器阵列发送和/或接收声波。基于所述声波的传播时间测量来求取与不同的反射位置的至少两个距离。

通过分析处理超声波传感器阵列的转换器元件的测量数据来求取在该超声波传感器阵列与至少一个反射位置之间的至少一个角度。

随后，将所求取的至少一个角度用于将反射位置和/或所求取的距离配属于至少一个对象。尤其是由此能够限制超声波传感器的可能的检测范围并且避免在对象求取时多义性的存在。

附图说明

以下根据经强烈简化的示意图更详细地阐述本发明的优选实施例。在此示出：

图1：根据一种实施方式的传感器装置的超声波传感器阵列的立体图，

图2、3：在车辆侧安装的传感器装置的侧视图以阐明定位误差，

图4：用于阐明根据一种实施方式的方法的流程图，

图5、6：传感器装置的示意性俯视图以阐明并且用于消除多义性。

具体实施方式

图1示出根据一种实施方式的传感器装置1的超声波传感器阵列2的立体图。传感器装置1用于执行方法20，该方法在图4中更详细地描述。

尤其是，在图2和图3中详细描述传感器装置1。传感器装置1具有控制器6、至少一个超声波传感器8和至少一个超声波传感器阵列2。在此探讨超声波传感器阵列2的功能原理，该超声波传感器阵列示例性地包括两个转换器元件10、11。

传感器装置1的超声波传感器阵列2具有至少在竖直方向z上和/或在横向方向y上彼此间隔开的两个转换器元件10、11，其中，转换器元件10、11和至少一个超声波传感器8可以通过与转换器元件10、11电连接的控制器6来操控和/或读取。

图1阐述具有高度测量能力的超声波传感器阵列2的基本原理。在此，描述在入射角α下的反射的声波的传播时间测量。

在对象4上的反向散射或者说反射仍然是相位相同的，并且该反向散射在相似的方向上均匀地进行。在所反射的声波射在两个转换器元件10、11上的情况下，可以与低对象4相对于相应的转换器元件10、11的相对位置相关地产生相位差由于对应的声波直至偏移地布置的转换器元件10、11所经过的不同路径11、12导致该相位差。

然而，沿测量平面M在超声波传感器阵列2与对象4之间的距离d保持相同并且相应于投影。在所示实施例中，低对象4相应于路边石，该路边石相对于传感器装置1或者说超声波传感器阵列2位置更低。

测量平面M示例性地平行于x-y平面布置，该x-y平面通过行驶方向x和横向方向y来限定。

通过控制器6可以求取电信号的相位差或或者说相位偏移所述电信号通过转换器元件10、11由接收到的声波生成。相位偏移与沿高度方向z张开的角度或者说高度角α成比例。

转换器元件10、11沿高度方向z以λ/2的距离彼此间隔开。

在图2和图3中示出在车辆侧安装的传感器装置1的侧视图以阐明定位误差Δx。尤其是，在图2中绘出由于低对象4或者说低障碍物造成的定位误差Δx，而在图3中绘出由于高对象5或者说高的障碍物造成的定位误差Δx。

至少一个超声波传感器8和至少一个超声波传感器阵列2具有在车辆12的轮廓上的相同的和/或彼此不同的安装高度。

由于对象4、5的位置与测量平面M的偏差，与对象4、5的直接距离l的投影具有定位误差Δx。在此，对象4、5与超声波传感器8之间的直接距离l相应于来自定位误差Δx和沿测量平面M在超声波传感器8与对象4、5之间的投影的距离d的和。由此，对象4、5以传感方式被登记得比实际的更远。

尤其是在车辆12的起动或者复位之后，如下相应的距离呈没有被校正的形式存在：在所述距离的情况下，投影的距离d相应于直接的距离l地被假设。

然而，如果给定高度角α，则可以通过勾股定理将所测量的回波长度l校正到先前限定的测量平面M上。

选择性地也可以是，首先进行三边定位，此后进行回波长度l的投影到该测量平面M上的校正。

图4示出用于阐明根据一种实施方式的方法20的流程图。该方法20用于校正传感器装置1的超声波传感器8的基于超声波的至少一个测量。

在步骤22中，通过至少一个超声波传感器8发送和/或接收声波。基于这些声波的传播时间测量来求取沿测量平面与反射位置的至少一个距离l。

基于辐射特性，反射位置P可以在测量平面M的上方或者下方沿曲线布置(参见图2和图3)，使得实际的或沿测量平面M的投影的距离d较小地构型。在此并行地，通过分析处理超声波传感器阵列2的测量数据来求取高度信息或者高度角α。

在另一步骤24中，进行检查：不同传感器2、8的回波长度l是否可以被配对。

除了判定标准如交点形成、其他回波属性的匹配(Match)之外，在此，高度角α、如果存在的话还有方位角β也作为另外的属性被考虑到该检查中。

随后，通过所求取的角度α、β来校正超声波传感器8与反射位置R(参见图1)之间的求取的至少一个距离l的定位误差Δx。

在此，如果回波可以被配对，则进行所求取的距离或者说回波距离l的校正26，该校正以预限定的***高度或者说测量平面M的高度为基准。例如，测量平面M可以具有如下高度：该高度相应于传感器装置1的超声波传感器8在车辆12上的最低的安装位置。

替代地或者附加地，对没有配对的回波距离l的校正28分开地借助不同的高度角α进行。

在另一步骤30中，进行借助三边定位对反射位置P的定位。

随后，将通过三边定位所求取的至少一个反射位置P和/或通过单个测量所求取的至少一个反射位置P配属于32至少一个现有的或者新的对象。为此，可以与已创建的对象的数据库进行比较。

在图5和图6中示出传感器装置1的示意性俯视图以阐明并且消除多义性。在此，在具有多个对象4.1、4.2的场景中对于“仅超声波传感器阵列2进行发送和接收并且超声波传感器8仅进行接收”的情况示意性示出回波距离l12、l22、l28、l18：。

基于所述布局，得出所示出的传播路径或者说回波距离l12、l22、l28、l18，使得超声波传感器阵列2首先接收来自对象4.1的回波l12，然后接收来自对象4.2的回波l22。对于进行接收的超声波传感器8而言，恰好得出相反的情况。该超声波传感器8首先接收已由第二对象4.2反射的回波l28，随后接收已由第一对象4.1反射的回波l18。

由于相比于波长较大的传感器距离，在存在多个对象4.1、4.2的情况下，出现多义性。为进行位置确定，必须对传感器2、8的回波距离l12、l22、l28、l18进行三边定位。从该示图看出，现在有两种可能性：

l12与l28和l22与l18，或者

l11与l28和l12与l18

在没有预先知识的情况下，例如在车辆12的或者传感器装置1的起动或者复位的情况下，不能决策，这两个可能性中的哪个可能性是正确的配对。为此，在图6中使用如下可能性：通过超声波传感器阵列2求取方位角β。

通过添加具有求取的方位角β的一个或者多个传感器2，可以执行对象位置估计。如果所三边定位的对象位置P位于所估计的区域14中，则可以假设“正确的回波配对”。

如果方位角孔径或者说所估计的区域14被选择得更大，则所提出的方法也是有帮助的，因为借助于三边定位在任何情况下都实现对位置确定的改善。

现在，通过除回波距离之外附加地确定方位角β，可以求取对于对象位置所允许的角度范围14。如果两个传感器2、8中的至少一个传感器能够提供用于确定方位角β的测量数据，则多义性能够被消除。替代地或者附加地，传感器装置1的两个传感器或者所有的传感器可以构型为超声波传感器阵列2，并且因此能够提供关于方位角β的信息。

除了已经提到的另外的属性检查之外，该方位角β在形成配对的方法步骤24中就已经可以被引入，以便执行方位角β的检查。

Claims (13)

1.一种用于通过控制器(6)校正传感器装置(1)的超声波传感器(8)的基于超声波的至少一个测量的方法(20)，其中，

-通过至少一个超声波传感器(8)发送和/或接收声波，其中，基于所述声波的传播时间测量来求取沿测量平面(M)与反射位置(P)的至少一个距离(l)，

-通过分析处理至少一个超声波传感器阵列(2)的转换器元件(10、11)的测量数据来求取在所述测量平面(M)内的和/或在所述测量平面(M)之外的至少一个角度(α、β)，

-通过所求取的角度(α、β)来校正所求取的、沿所述测量平面(M)在所述超声波传感器(8)与所述反射位置(P)之间的至少一个距离(l)的定位误差(Δx)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述超声波传感器阵列(2)求取在所述测量平面(M)内的方位角(β)和/或所述测量平面(M)之外的高度角(α)作为至少一个角度(α、β)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于声波的传播时间测量，通过至少两个超声波传感器(8)和/或通过超声波传感器(8)和至少一个超声波传感器阵列(2)，沿测量平面(M)求取至少两个距离(l)，其中，借助三边定位来执行反射位置(P)的定位，其中，在所述三边定位之前或者在所述三边定位之后，通过所求取的角度(α、β)来校正所求取的、在超声波传感器(8)与反射位置(P)之间的至少一个距离(l)的定位误差(Δx)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，执行检查(24)：在所述测量平面(M)内所求取的至少两个距离(l)是通过在一个共同的对象(4、5)上的反射还是通过在多个不同的对象(4、5)上的反射所求取的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，通过所求取的角度，将所求取的至少一个距离(l)的定位误差(Δx)校正到所述测量平面(M)在地面上方的预限定的高度上。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过所求取的角度，将所求取的至少一个距离(l)的定位误差(Δx)校正到相应于所述传感器装置(1)的超声波传感器(8)在地面上方的最低的安装位置的高度上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，将通过三边定位求取的至少一个反射位置(P)和/或通过单个测量求取的至少一个反射位置(P)配属于至少一个现有的或者新的对象(4、5)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，将作为所述测量平面内的方位角(β)所求取的角度(α、β)用于消除在将反射位置(P)配属于对象(4、5)时的至少一个多义性。

9.一种传感器装置(1)，所述传感器装置尤其用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法(20)，所述传感器装置具有控制器(6)、至少一个超声波传感器(8)和至少一个超声波传感器阵列(2)，所述超声波传感器阵列具有至少两个转换器元件(10、11)，其中，所述超声波传感器(8)和所述超声波传感器阵列(2)的转换器元件(10、11)以传导数据的方式与所述控制器(6)连接，其中，所述至少一个超声波传感器(8)和所述至少一个超声波传感器阵列(2)具有在轮廓、尤其是车辆(12)的轮廓上的相同的和/或彼此不同的安装高度。

10.一种用于通过控制器(6)消除传感器装置(1)的基于超声波的至少一个测量的多义性的方法，其中，

-通过至少一个超声波传感器(8)并且通过至少一个超声波传感器阵列(2)发送和/或接收声波，其中，基于所述声波的传播时间测量来求取与不同的反射位置(P)的至少两个距离(l)，

-通过分析处理所述超声波传感器阵列(2)的转换器元件(10、11)的测量数据来求取在所述超声波传感器阵列(2)与至少一个反射位置(P)之间的至少一个角度(α、β)，

-将所求取的至少一个角度(α、β)用于将反射位置(P)和/或求取的距离(l)配属于至少一个对象(4、5)。

11.一种控制器(6)，其中，所述控制器()设置为用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法(20)和/或根据权利要求10所述的方法。

12.一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，所述指令在通过计算机或者控制器(6)执行所述计算机程序时促使所述计算机或者控制器执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法(20)和/或根据权利要求10所述的方法。

13.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有根据权利要求12所述的计算机程序。