JP7161071B2 - 車両に取り付けられた超音波センサにより受信される超音波信号によって物体高さを評価するための方法およびデバイス - Google Patents

Description

本発明は、複数の互いに連なる測定サイクル中に、車両に取り付けられた超音波センサにより受信される超音波信号によって物体高さを評価するための方法および対応するデバイスに関する。

先行技術から、それぞれ超音波ベースの運転者支援機能を提供する車両用の運転者支援システムが知られている。このような運転者支援システムは、例えば、車両の自律的な車庫入れまたは車庫出しを保証する車庫入れまたは車庫出し支援を提供する運転者支援機能を含み、対応する車両の長手方向および横方向誘導への自動介入が行われる。

上述した運転者支援機能の安全性要求の高まりにより、車両の超音波センサにより検出された物体を、その物体がどれほどの高さを有するか、およびその物体を車両が安全に乗り越えることができるかどうかの観点から評価することが非常に重要である。

車道の平面に垂直な方向への広がりを有する物体、特に塀のような物体の場合、送出された超音波信号から、通常は複数のエコー信号が受信される。例えば、物体高さは、原理的には伝搬時間の差（Laufzeitunterschieden）から推定することができる。しかし、塀のような物体の場合、塀の上縁部から反射されて超音波センサに戻される超音波信号は、そのような物体の反射特性により、いわゆる境界（Kahle）、すなわち地面に対する物体の接触領域から反射されて超音波センサに戻される超音波信号よりも非常に弱く現れることがあるという問題が生じる。

ドイツ特許出願公開第１０ ２０１２ ２１１ ２９３号から、少なくとも１つの超音波センサを備えた車両の周囲検出システムを操作するための方法が知られている。ここで、超音波センサは、周波数変調された超音波信号を送出する。さらに、その超音波センサおよび／または１つまたは複数のさらなる超音波センサは、送出超音波信号の超音波信号を受信する。この方法では、地面超音波信号成分が抑制されるように超音波信号がフィルタリングされることが企図される。ここで、受信された超音波信号から、振幅情報と位相情報とが決定される。さらに、時間に依存した地面クラッタエンベロープ曲線が決定される。また、振幅情報、位相情報、および好ましくは地面クラッタエンベロープ曲線に依存した信号評価関数が求められる。さらに、上記特許出願公開から、対応する周囲検出システムが知られている。

ドイツ特許出願公開第１０ ２０１５ ２０９ ９３９号からは、超音波信号の有意性を評価するための方法が知られており、超音波信号は、車両に取り付けられた超音波センサによって測定サイクル中に受信される。ここで、受信された各超音波信号の有意性は、受信信号に含まれる情報を含む少なくとも１つのパラメータに基づいて評価される。受信信号は、測定サイクル中に超音波センサが受信した超音波信号から、超音波センサによって生成される。受信された超音波信号の有意性は、その超音波信号が、少なくとも１つの物体での送出超音波信号の反射に由来する確率を示す。

車両の周囲にある物体の物体高さを評価するための方法であって、車両に配置された超音波センサによって検出される超音波信号によって評価が行われる方法が提案される。
測定サイクルにおいて、第１の超音波信号が、物体の縁部反射として、または直接到達エコーとして検出される。そこから、関連する境界反射（Kehlenreflex）に関する予想ウィンドウが計算される。予想ウィンドウ内で検出された第２の超音波信号は、第１の超音波信号に関連する境界反射として認識され、第１の超音波信号と第２の超音波信号とが組み合わされて信号群が形成される。ここで、各超音波信号について有意性が決定される。有意性の比較により、信号群が第１のエコー群または第２のエコー群に割り当てられる。特定数の測定サイクルにわたって、第１のエコー群および第２のエコー群に割り当てるレートが決定され、第１のレートと前記第２のレートとに応じて物体高さの評価が行われる。

本発明による方法は、以下のステップを含む。１つの測定サイクルにおいて、以下のことが行われる。
ａ．物体の縁部反射としてまたは直接到達エコーとして第１の超音波信号を検出するステップ、
ｂ．関連する境界反射のための予想ウィンドウを計算するステップ、
ｃ．第２の超音波信号を検出するステップ、
ｄ．第２の超音波信号が予想ウィンドウ内で検出されたときに、第２の超音波信号を、第１の超音波信号に関連する境界反射として識別し、第１の超音波信号と第２の超音波信号とを組み合わせて信号群を形成するステップ、
ｅ．第１の超音波信号の第１の有意性を決定し、第２の超音波信号の第２の有意性を決定するステップであって、検出された各超音波信号の有意性は、検出された超音波信号が、少なくとも１つの物体での送出超音波信号の反射である確率を示す、ステップ、
ｆ．信号群を車両周囲の物体に割り当てるステップ、
ｇ．第１の有意性と第２の有意性とを比較し、比較に応じて、第１のエコー群または第２のエコー群に信号群を割り当てるステップ。

特定数の測定サイクルに従って、以下のことが行われる。
－ 特定数の測定サイクルにわたって第１のエコー群に信号群を割り当てる第１のレートを決定するステップ、
－ 特定数の測定サイクルにわたって第２のエコー群に信号群を割り当てる第２のレートを決定するステップ、
－ 第１のレートと第２のレートとに応じて物体高さを評価するステップ。

まず、検出される超音波信号を反射した物体が壁状の物体であることから出発する。壁状とは、物体が車道の表面に垂直な広がりを有し、さらに（例えば柱とは対照的に）長手方向にも一定の広がりを有することを意味する。壁状の物体の例は、塀、家の壁、または高さのある縁石である。

したがって、測定サイクル中、まず第１の超音波信号の検出が行われる。反射する物体がセンサの設置高さよりも小さい高さを有する場合、この超音波信号は縁部反射を表す。センサの設置高さよりも大きい高さを有する物体の場合、超音波信号は直接到達エコー、すなわち物体の表面から直接的な手段で投射されるエコーを表す。どちらの場合にも、信号を引き起こす音波がセンサへの最短経路を通って戻るので、どちらの場合にも時間的に最初に検出されるエコー信号である。次いで、物体の関連する境界反射に関する予想ウィンドウが計算される。予想ウィンドウは、先に検出された第１の超音波信号が縁部反射またはいわゆる直接到達エコーであるという仮定の下で、境界反射、すなわち物体が地面に位置している空間領域から発するエコー信号の受信が予想される、測定サイクル内の予め定められた時間間隔である。ここで、予想ウィンドウの限界値は、例えば設置高さなどの超音波センサの幾何学的条件から、および物体が壁状の物体であるという仮定から計算することができる。ここで、境界反射に関して前に計算された予想ウィンドウ内にある第２の超音波信号が検出された場合、第２の超音波信号は、第１の超音波信号に関連する境界反射として識別され、第１の超音波信号と第２の超音波信号とが組み合わされて信号群が形成される。

さらに、第１の超音波信号の第１の有意性が決定され、第２の超音波信号の第２の有意性が決定され、検出された各超音波信号の有意性は、その超音波信号が、少なくとも１つの物体での送出超音波信号の反射に由来する確率を示す。

信号群は、例えば三辺測量によって車両周囲の物体に割り当てられる。さらに、第１の有意性と第２の有意性との比較も行われる。比較に応じて、信号群が第１のエコー群または第２のエコー群に割り当てられる。ここで、第１のエコー群は、第１の有意性と第２の有意性との比率および／または差が、特定の高さ閾値よりも大きい高さを有する物体を示唆するように定義することができる。第２のエコー群は、第１の有意性と第２の有意性との比率および／または差が、特定の高さ閾値よりも小さい高さを有する物体を示唆するように定義することができる。

前述したステップａ．～ｇ．は、複数の測定サイクルに関して行われる。第１のエコー群に信号群を割り当てる第１のレートと、第２のエコー群に信号群を割り当てる第２のレートとが、特定数（ｘ）の測定サイクルにわたって決定される。例えば、第１および第２のレートは、ｘ＝１６回の測定サイクルにわたって決定することができる。特に、第１のレートおよび第２のレートは、最後のｘ回の測定サイクルにわたって連続的に（滑らかに）決定される。ここで、第１のレートおよび第２のレートに応じて、物体高さの評価が、特に物体を車両が安全に乗り越えることができるかどうかに関して行われる。

したがって、低い壁からの第１の検出された超音波信号（縁部反射またはダイレクトエコー）と第２の検出された超音波信号（境界）との幾何学的関係は、検出された超音波信号の有意性の比率または有意性の差を考慮して的確に使用される。

好ましくは、境界反射に関する予想ウィンドウは、第１の超音波信号の伝搬時間（Laufzeit）、車道の平面から上方に測定される車両での超音波センサの設置高さ、および／または最小物体高さに基づいて計算され、ここで、最小物体高さは、特に車種に応じて設定され、特に物体の乗越え可能性に関する上限値を示す。例えば典型的な乗用車に関して、最小物体高さは３０ｃｍである。超音波センサの設置高さは、例えば４５ｃｍであり得る。ここで、第１の超音波信号の伝搬時間は、物体からの超音波センサの離間距離、特に最短離間距離を表す。

本発明の１つの可能な実施形態では、予想ウィンドウは、予想ウィンドウの下限が、設定された最小物体高さから計算され、予想ウィンドウの上限が、物体がセンサ設置高さ以上の高さに位置するという仮定の下で計算されるように設計される。どちらの量も、生じ得る測定誤差に基づいて、公差を伴って計算すべきである。物体がセンサ設置高さよりも小さい高さを有するとき、エコーは予想ウィンドウ内にある。

従来技術から、特にドイツ特許出願公開第１０ ２０１５ ２０９ ９３９号から、超音波信号に有意性を割り当てるための様々な可能性が知られており、有意性は、超音波信号が、少なくとも１つの物体での送出超音波信号の反射である確率を示す。

好ましくは、第１の超音波信号の有意性および／または第２の超音波信号の有意性は、少なくとも１つのパラメータに基づいて決定され、パラメータは、受信信号に含まれている情報、特に振幅および／または相関係数の情報を含む。ここで、受信信号は、超音波センサによって、測定サイクル中にその超音波センサが受信した超音波信号から生成される。

超音波センサから超音波センサの最大射程距離まで及ぶ空間領域を複数の連続的な互いに連なる部分領域に分割し、対応する超音波信号が生じた部分領域の位置に応じて、受信された各超音波信号の有意性を評価するために使用される少なくとも１つのパラメータを予め定められたパラメータ群から選択することによって、有意性が特に決定される。

特に好ましくは、各受信超音波信号の有意性が、複数の離散する有意性レベルを有する有意性スケールによって評価され、第１の超音波信号の有意性および／または第２の超音波信号の有意性の決定が、超音波信号に特定の有意性レベルが割り当てられることによって行われる。

特に、ここで、第１の有意性レベル「低」、第２の有意性レベル「中」、第３の有意性レベル「高」、および第４の有意性レベル「超高」を含む４つの有意性レベルが提供され、ここで、有意性レベル「低」は、超音波信号が、少なくとも１つの物体での送出超音波信号の反射に由来する確率が低いことに対応し、有意性レベル「中」は、超音波信号が、少なくとも１つの物体での送出超音波信号の反射に由来する確率が中程度であることに対応し、有意性レベル「高」は、超音波信号が、少なくとも１つの物体での送出超音波信号の反射に由来する確率が高いことに対応し、有意性レベル「超高」は、超音波信号が、少なくとも１つの物体での送出超音波信号の反射に由来する確率が非常に高いことに対応する。

例えば、有意性レベルは、次の確率に対応することがある。
低：３０～５０％
中：５１～７０％
高：７１～９０％
超高：９１～１００％
検出された超音波信号の有意性を決定および評価するためのさらなる可能性および例示的実施形態は、ドイツ特許出願公開第１０ ２０１５ ２０９ ９３９号に示されている。

本発明の好ましい実施形態では、第１の有意性と第２の有意性との差が小さく、特に２つの超音波信号が同じ有意性レベルを有するとき、または第１の超音波信号が非常に高い有意性、特に有意性レベル「超高」を有するとき、第１の超音波信号および第２の超音波信号を含む信号群が第１のエコー群に割り当てられる。第１のエコー群への信号群の割り当ては、比較的高さのある物体を示唆する。

さらに好ましくは、第１の超音波信号が低い有意性、特に有意性レベル「低」を有し、第２の超音波信号が、第１の超音波信号に比べて高い有意性、特に有意性レベル「高」または「超高」の一方を有するとき、第１の超音波信号および第２の超音波信号を含む信号群が第２のエコー群に割り当てられる。第２のエコー群への信号群の割り当ては、比較的背の低い物体を示唆する。

本発明の好ましい例示的実施形態では、物体高さは、第１のエコー群に信号群を割り当てる特定の第１のレートが第１の閾値と比較されることによって評価される。追加としてまたは代替として、第２のエコー群に信号群を割り当てる特定の第２のレートが第２の閾値と比較される。追加としてまたは代替として、さらに、第１のレートと第２のレートとの和を、第３の閾値と比較することもできる。ここで、好ましくは、第３の閾値は、好ましくは第１の閾値よりも大きくかつ第２の閾値よりも大きい。これにより、すべての測定値が同じ物体に関連しているよくある場合においても、両方のエコー群に関してゼロよりも大きいレートが測定されるという状況が考慮に入れられる。これは、視野角に応じてエコー振幅、したがって有意性が変化する可能性があるためである。個々の信号群のエコー群の変更によって、対応する他方のエコー群にはその信号群がなく、閾値を超えるのに必要なレートに達しない場合がある。このため、好ましくは両方のレートの和も計算され、対応する第３の閾値は、誤った評価結果（偽陽性）が生み出されることを避けるために第１および第２の閾値よりも高く選択される。

特に、高度に構造化された壁状の物体、例えば塀は、３つ以上のエコー信号を送達することもある。この場合、２つ以上の第２の超音波信号を第１の超音波信号と組み合わせて信号群が形成されると有利であり、ここで、少なくとも、群のうち時間的に最後に検出された第２の超音波信号は予想ウィンドウ内にあるべきである。そのような信号群をエコー群の１つに割り当てる際、信号群に含まれるすべての超音波信号の有意性を評価および比較することができる。

物体が、設定された最小物体高さ（例えば３０ｃｍ）よりも高い物体として評価された場合、警告がトリガされることがある。
好ましくは、車両が移動しているときにのみ、第１のレートおよび第２のレートに応じた物体高さの評価が行われる。代替として、車両の静止状態での測定時、第１の閾値および／または第２の閾値および／または第３の閾値に関して、より高い評価閾値を評価時に適用することができる。これにより、物体高さの誤った評価が防止される。

本発明の第２の態様によれば、超音波信号を送出し、送出された超音波信号が物体で反射されて生じた超音波信号を検出するように構成された少なくとも１つの超音波センサと、上述した、超音波センサにより検出された超音波信号によって物体の物体高さを評価するための方法を実施するように構成された計算ユニットとを含む、車両に関する超音波センサシステムが提案される。

本発明の第３の態様によれば、コンピュータプログラムがコンピュータで実行されるときに、本発明による方法を実施するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラムが提案される。

本発明は、特にセンサ設置高さよりも小さい高さを有する小さな防御塀または壁など、地面に立つ乗越え不可能な物体のロバストな分類を可能にし、それにより車両への損傷を確実に回避するのに役立つ。

添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に述べる。

それぞれ超音波センサまでの距離に応じて示された、測定サイクル中に発生する超音波信号の受信信号、および受信信号に含まれる位相情報のプロファイルを示す図である。 壁状の物体に接近するときの車両での超音波センサの配置に関する例を概略的に示す図である。 様々な測定サイクルの第１および第２の超音波信号を示す図である。 本発明の例示的実施形態による方法をフローチャートの形で示す図である。

本発明の例示的実施形態の以下の説明では、同じ要素を同じ参照符号で示し、それらの要素の説明を繰り返さないことがある。図面は、本発明の主題を単に概略的に示す。
本発明の第１の実施形態に従って実施することができる、車両に取り付けられた超音波センサによって測定サイクル中に受信される各超音波信号の有意性の評価を、図１に関連して述べる。ここで、受信される各超音波信号の有意性は、その超音波信号が、測定サイクルの開始時に超音波センサによって送出された超音波信号の少なくとも１つの物体での反射に由来する確率を示す。上記の少なくとも１つの物体は、車両の周囲にある。少なくとも１つの物体での送出超音波信号の反射に由来する各受信超音波信号を、以下では物体エコー信号とも呼ぶ。

図１は、超音波センサまでの距離に応じて、測定サイクル中に発生する超音波センサの受信信号ＥＳの信号強度のプロファイルを示すグラフ１０を含む。ここで、超音波センサまでの距離の距離値範囲は、最小距離値０から最大距離値ｄｍａｘまで及ぶ。ここで、最大距離値ｄｍａｘは、超音波センサの最大射程距離の値ｄｍａｘと一致する。受信信号ＥＳは、測定サイクル中に超音波センサが受信した超音波信号から、その超音波センサによって生成される。受信信号ＥＳにより、超音波センサまでの距離に応じて受信信号の振幅Ａが決定される。

さらに、図１は、超音波センサまでの距離に応じて、受信信号ＥＳに含まれる位相情報Ｒのプロファイルを示すグラフ２０を含む。相関信号を生成するために、受信信号ＥＳは、最適フィルタのフィルタ関数と相関される。ここで、位相情報Ｒは、超音波センサまでの距離に応じて相関信号によって決定される相関係数Ｒと一致する。相関係数Ｒは、各受信超音波信号と送出超音波信号との間の位相相関を示し、０から１の間の値を有する。言い換えると、相関係数Ｒは、各受信超音波信号と最適フィルタのフィルタ関数との類似性に関する尺度である。

図１には、予め定められた正規化変数によって正規化された受信信号ＥＳの信号強度が取り得る値（単位なし）を示す第１の軸がＳで示されている。図１には、位相情報Ｒが取り得る位相情報値を示す第２の軸がＲＷで示されている。図１には、超音波センサまでの距離が取り得る距離値（単位はセンチメートルで示される）を示す第３の軸がｄで示されている。

図１には、超音波センサの最小射程距離の値ｄｍｉｎおよび超音波センサの最大射程距離の値ｄｍａｘも記されている。
第１の実施形態によれば、超音波センサから超音波センサの最大射程距離まで及ぶ空間領域が、第１の部分領域Ｔ１、第２の部分領域Ｔ２、および第３の部分領域Ｔ３に分割される。３つの部分領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３はそれぞれ連続的であり、互いに直接連なっている。ここで、第１の部分領域Ｔ１は、超音波センサに直接隣接する。さらに、第３の部分領域Ｔ３は、超音波センサの最大射程距離まで延びる。

第１の実施形態によれば、３つのパラメータＡ、Ｒ、Ａ／ＢＰを有する予め定められたパラメータ群が使用される。ここで、予め定められたパラメータ群の第１のパラメータＡは、超音波センサまでの距離に応じた受信信号ＥＳの振幅Ａと一致する。また、予め定められたパラメータ群の第２のパラメータＲは、超音波センサまでの距離に応じた位相情報Ｒと一致する。さらに、予め定められたパラメータ群の第３のパラメータＡ／ＢＰは、第１のパラメータＡを受信信号ＥＳの地面クラッタレベルＢＰで割った商と一致する。地面クラッタレベルＢＰは、測定サイクル中に変化せず、受信信号ＥＳの予め定められた区間で生じる受信信号ＥＳの信号強度または振幅に基づいて決定される。予め定められた区間は、車両が位置する地面での送出超音波信号の反射に由来する超音波信号の受信により得られる。

第１の実施形態によれば、空間領域の３つの部分領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の各部分領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３について、予め定められたパラメータ群の少なくとも１つのパラメータＡ、Ｒ、Ａ／ＢＰが、空間領域の対応する部分領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３で生じた各受信超音波信号の有意性を評価するために選択される。さらに、第１の実施形態によれば、対応する部分領域に関して選択された予め定められたパラメータ群のうちの各パラメータＡ、Ｒ、Ａ／ＢＰの、空間領域の３つの部分領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のうちの１つの部分領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に有効なパラメータ値範囲が、第１、第２、第３、および第４の部分範囲に分けられる。これは、３つの部分領域のうちの各部分領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３について行われる。各パラメータ値範囲の４つの部分範囲はそれぞれ連続的であり、互いに直接連なっている。さらに、各パラメータ値範囲のパラメータ値は、第１、第２、第３、および第４のパラメータ値レベルを有する同一のパラメータ値スケールによって評価される。ここで、第１のパラメータ値レベルが、各パラメータ値範囲の第１の部分範囲のパラメータ値に割り当てられる。それにより、各パラメータ値範囲の第１の部分範囲のパラメータ値は、それぞれ「低」に分類される。さらに、第２のパラメータ値レベルが、各パラメータ値範囲の第２の部分範囲のパラメータ値に割り当てられる。それにより、各パラメータ値範囲の第２の部分範囲のパラメータ値は、それぞれ「中」に分類される。また、第３のパラメータ値レベルが、各パラメータ値範囲の第３の部分範囲のパラメータ値に割り当てられる。それにより、各パラメータ値範囲の第３の部分範囲のパラメータ値は、それぞれ「高」に分類される。さらに、第４のパラメータ値レベルが、各パラメータ値範囲の第４の部分範囲のパラメータ値に割り当てられる。それにより、各パラメータ値範囲の第４の部分範囲のパラメータ値は、それぞれ「超高」に分類される。

さらに、本発明の第１の実施形態によれば、受信された各超音波信号の有意性は、第１、第２、第３、および第４の有意性レベルを有する有意性スケールによって評価される。ここで、第１の有意性レベルの有意性は、「低」に分類される。さらに、第２の有意性レベルの有意性は、「中」に分類される。また、第３の有意性レベルの有意性は、「高」に分類される。また、第４の有意性レベルの有意性は、「超高」に分類される。

第１の実施形態によれば、空間領域の第１の部分領域Ｔ１で生じた各受信超音波信号の有意性を評価するために、第１のパラメータＡおよび／または第２のパラメータＲが選択される。以下では、空間領域の第１の部分領域Ｔ１で生じた各受信超音波信号をそれぞれ第１の超音波信号とも呼ぶ。ここで、第１の超音波信号の受信時に第１のパラメータＡまたは第２のパラメータＲのパラメータ値が「超高」として分類されるとき、各第１の超音波信号の有意性は「超高」として分類される。さらに、第１の超音波信号の受信時に、第１のパラメータＡおよび第２のパラメータＲのパラメータ値が「高」として分類される場合、各第１の超音波信号の有意性は「高」に分類される。また、第１の超音波信号の受信時に、第１のパラメータＡのパラメータ値が「中」として分類され、第２のパラメータＲのパラメータ値が「高」、「中」、または「低」として分類されるとき、各第１の超音波信号の有意性は「中」として分類される。さらに、第１の超音波信号の受信時に、第１のパラメータＡのパラメータ値が「低」として分類され、第２のパラメータＲのパラメータ値が「高」、「中」、または「低」として分類されるとき、各第１の超音波信号の有意性は「低」として分類される。

第１の実施形態によれば、空間領域の第２の部分領域Ｔ２で生じた各受信超音波信号の有意性を評価するために、第２のパラメータＲおよび／または第３のパラメータＡ／ＢＰが選択される。以下では、空間領域の第２の部分領域Ｔ２で生じた各受信超音波信号をそれぞれ第２の超音波信号とも呼ぶ。ここで、第２の超音波信号の受信時に第２のパラメータＲまたは第３のパラメータＡ／ＢＰのパラメータ値が「超高」として分類されるとき、各第２の超音波信号の有意性は「超高」として分類される。さらに、第２の超音波信号の受信時に、第２のパラメータＲのパラメータ値が「高」または「中」として分類され、第３のパラメータＡ／ＢＰのパラメータ値が「高」として分類されるとき、各第２の超音波信号の有意性は「高」として分類される。また、第２の超音波信号の受信時に、第２のパラメータＲのパラメータ値が「中」として分類され、第３のパラメータＡ／ＢＰのパラメータ値が「中」または「低」として分類されるとき、各第２の超音波信号の有意性は「中」として分類される。さらに、第２の超音波信号の受信時に、第２のパラメータＲのパラメータ値が「低」として分類され、第３のパラメータＡ／ＢＰのパラメータ値が「高」、「中」、または「低」として分類されるとき、各第２の超音波信号の有意性は「低」として分類される。

第１の実施形態によれば、空間領域の第３の部分領域Ｔ３で生じた各受信超音波信号の有意性を評価するために、第２のパラメータＲが選択される。以下では、空間領域の第３の部分領域Ｔ３で生じた各受信超音波信号をそれぞれ第３の超音波信号とも呼ぶ。ここで、第３の超音波信号の受信時に第２のパラメータＲのパラメータ値が「超高」として分類されるとき、各第３の超音波信号の有意性は「超高」として分類される。さらに、第３の超音波信号の受信時に、第２のパラメータＲのパラメータ値が「高」として分類されるとき、各第３の超音波信号の有意性は「高」として分類される。また、第３の超音波信号の受信時に、第２のパラメータＲのパラメータ値が「中」として分類されるとき、各第３の超音波信号の有意性は「中」として分類される。さらに、第３の超音波信号の受信時に、第２のパラメータＲのパラメータ値が「低」として分類されるとき、各第３の超音波信号の有意性は「低」として分類される。

図１には、さらに、第１の閾値ＳＷ１のプロファイルおよび第２の閾値ＳＷ２のプロファイルも示されている。ここで、各物体エコー信号の受信時、受信信号ＥＳが第１の閾値ＳＷ１を超える。また、各物体エコー信号の受信時、位相情報Ｒが第２の閾値ＳＷ２を超える。図１から、測定サイクル中に、空間領域の第２の部分領域Ｔ２で生じた第１の物体エコー信号が受信されることが分かる。また、図１から、第１の物体エコー信号の発生位置が、約１００ｃｍの第１の距離値ｄ１を有する超音波センサまでの距離にあることが分かる。さらに、図１から、受信信号ＥＳの振幅Ａから第１の距離値ｄ１で想定される第１の振幅値は、第１の閾値ＳＷ１を上回り、地面クラッタレベルＢＰよりも明らかに大きいことが分かる。ここで、第３のパラメータＡ／ＢＰから第１の距離値ｄ１で想定されるパラメータ値は、第１の振幅値を地面クラッタレベルＢＰで割った商として計算され、「高」として分類される。さらに、図１から、第２のパラメータＲの振幅ＡＲから第１の距離値ｄ１で想定される第１の位相情報値は、第２の閾値ＳＷ２を上回り、０．９よりも大きいことが分かる。第１の位相情報値は「高」として分類される。これは、第１の実施形態によれば、第１の物体エコー信号の有意性が「高」として分類されることを意味する。

図２ａ）に、超音波センサ１２が概略的に示されている。超音波センサ１２は、車道の平面１７から設置高さｈで、例えば車両（図示せず）の後部に配置されている。車両の周囲に、壁状の物体３０、例えば低い塀がある。この例では、物体は、センサ１２の設置高さｈよりも大きい高さＨを有する。

測定サイクルの開始時、超音波センサ１２が超音波信号を送出する。超音波信号は物体３０で反射され、反射された超音波信号は超音波センサ１２によって検出される。時間的に最初に検出される超音波信号は、物体３０の表面上の、超音波センサ１２の真向かいの点３２からの反射に対応する。点３２は、超音波センサ１２との最短距離ｄ_２を有する。その結果、この点から出た反射超音波信号は最小の伝搬時間を有する。この超音波信号を、直接到達信号またはダイレクトエコーとも呼ぶ。

いわゆる境界反射とは、境界領域３３からの反射であり、すなわち、物体３０の壁状の構造が地面に立ち、本質的に直角を成す反射領域を形成する領域からの反射である。超音波センサ１２と境界領域３３との距離ｄ_１は、超音波センサ１２と超音波センサ１２の真向かいの点３２との間の距離ｄ_２よりも大きいので、境界反射は、ダイレクトエコーよりも時間的に遅れて受信される。

超音波センサ１２の設置高さｈは既知である。さらに、物体がもはや乗越え可能であると評価されなくなる最小物体高さＳが既知である。幾何学的考察に基づいて、直接到達エコーの検出時点から、境界反射を検出するための予想ウィンドウを計算することができる。この予想ウィンドウ内で第２の超音波信号が実際に受信された場合、第２の超音波信号を第１の超音波信号と組み合わせて信号群を形成することができる。

図２ｂ）に、超音波センサ１２が概略的に示されている。ここでも、超音波センサ１２は、車道の平面１７から設置高さｈで、例えば車両（図示せず）の後部に配置されている。車両の周囲に、壁状の物体３０’、例えば低い塀がある。この例では、物体は、センサ１２の設置高さよりも小さいが、高さ閾値ｓよりも大きい高さＨ’を有する。高さ閾値ｓは、その値を超えると物体がもはや乗越え不可能と評価される物体高さを示す。

測定サイクルの開始時、超音波センサ１２が超音波信号を送出する。超音波信号は物体３０で反射され、反射された超音波信号は超音波センサ１２によって検出される。時間的に最初に検出される超音波信号は、物体３０’の上縁部３４からの反射に対応する。ここで、点３４は、図２ａ）による例のように超音波センサ１２の真向かいにはないにせよ、超音波センサ１２までの最短距離ｄ_２を有する。したがって、この点３４から出た反射超音波信号は、検出される反射超音波信号の中で最短の伝搬時間を有する。この超音波信号は、縁部反射とも呼ばれる。

ここでも同様に、幾何学的考察に基づき、縁部反射１５の検出時点から、距離ｄ_１にある境界領域３３からの境界反射を検出するための予想ウィンドウを計算することができる。この予想ウィンドウ内で第２の超音波信号が実際に受信された場合、第２の超音波信号を第１の超音波信号と組み合わせて信号群を形成することができる。

図３は、５つの連続する測定サイクル２１、２２、２３、２４、および２５で検出された第１の超音波信号１３および第２の超音波信号１４を概略的に示す。ここで、ｘ軸には時間がプロットされ、ｙ軸には、それぞれのエコー伝搬時間から計算された距離ｄがプロットされている。各測定サイクル２１、２２、２３、２４、および２５において、第１の超音波信号１３および第２の超音波信号１４が受信された。超音波信号１３、１４に対応する距離は、連続する測定サイクルに関して減少していき、これは、測定中、検出された超音波センサ１２が、反射する物体３０に向かって移動したことを意味する。さらに、各測定サイクル２１、２２、２３、２４、および２５について、第１の検出された超音波信号１３から計算された予想ウィンドウ４１、４２、４３、４４、および４５が示されている。ここで、予想ウィンドウ４１、４２、４３、４４、および４５のそれぞれの距離下限４０’は、最小物体高さｓから計算され、それぞれの予想ウィンドウの距離上限４０’’は、センサ設置高さｈよりも大きい高さＨを有する物体を仮定して計算される。好ましくは、どちらの限界値も、発生し得る測定誤差により、距離上限４０’’については公差ｔｏｌ_ｍａｘ、距離下限４０’については公差ｔｏｌ_ｍｉｎを伴って計算される。

車両において、実際のセンサ設置高さｈは、車両の荷重状態によって異なる。車両が空の場合（「荷重なし」）には、載荷状態（「荷重あり」）の場合よりも高いセンサ設置高さｈ_{ｕｎｌｏａｄｅｄ}を提供することができる。荷重状態では、センサの設置高さｈ_{ｌｏａｄｅｄ}がより低くなる。通常、センサの設置高さｈは、車種により約５～１０ｃｍ変化する。距離上限４０’および距離下限４０’’の計算時にこの効果を考慮に入れることができる。例えば、両方の高さを使用し、距離上限４０’に関してはｈ_{ｕｎｌｏａｄｅｄ}を使用してより大きな値を得て、距離下限４０’’に関してはｈ_{ｌｏａｄｅｄ}を使用してより小さな値を得る。

したがって、距離上限４０’’の計算は、例えば以下の規則によって行われる。

距離上限＝ｄ_{１，ｍａｘ}－ｄ_{２，ｒｅｆ}＋ｔｏｌ_ｍａｘ
距離下限４０’の計算は、例えば、以下の規則によって行われる。

距離下限＝ｄ_{１，ｍｉｎ}－ｄ_{２，ｒｅｆ}－ｔｏｌ_ｍｉｎ
ここで、ｄ_{２，ｒｅｆ}はそれぞれ、ダイレクトエコー距離、すなわち超音波センサ１２の真向かいの点３２までの距離に対応する。

各測定サイクル２１、２２、２３、２４、および２５において、それぞれの測定ウィンドウ４１、４２、４３、４４、および４５内で第２の超音波信号１４が検出される。したがって、各測定サイクル２１、２２、２３、２４、および２５について、検出された超音波信号１３および１４から信号群を形成することができる。図１に関連して示されるような超音波信号１３および１４それぞれについての有意性の決定、およびそれに続く有意性の比較により、各信号群を第１または第２のエコー群に割り当てることができる。ここで、測定サイクルにわたって、第１のエコー群および第２のエコー群に関するレートをそれぞれ計算することができる。物体３０の高さの評価を行うために、それらのレートを、設定された第１および第２の閾値と比較することができる。さらに、第１のレートと第２のレートとの和を、第３の閾値と比較することもできる。本発明の可能な実施形態では、例えば、第１の閾値ｓ_１（第１のエコー群の第１のレートに関する）は、ｓ_１＝４０％に設定される。この例では、第２の閾値ｓ_２（第２のエコー群の第２のレートに関する）も同様にｓ_２＝４０％に設定される。第１のレートと第２のレートとの和に関する第３の閾値ｓ_３は、ｓ_３＝６０％に設定されている。

第１のレートが３５％であり第２のレートが３０％であると測定された場合、第１の閾値ｓ_１と第２の閾値ｓ_２を超えない。しかし、レートの和６５％は第３の閾値ｓ_３を超え、したがって物体３０の高さは乗越え不可能と評価される。

図４に、本発明の例示的実施形態による方法がフローチャートの形で示されている。
ステップ９０で、測定サイクルが開始される。ここで、例えば、車両に配置された超音波センサから、車両の周囲に超音波信号が発出される。

ステップ１００で、第１の超音波信号が、縁部反射として、または高さのある物体の直接到達エコーとして検出される。
ステップ２００で、検出された第１の超音波信号に基づいて、関連する境界反射に関する予想ウィンドウが計算される。

ステップ３００で、第２の超音波信号が検出される。
ステップ４００で、第２の超音波信号が予想ウィンドウ内で検出されたかどうかが検査される。予想ウィンドウ内で検出された場合、第２の超音波信号は、第１の超音波信号に関連する境界反射として識別され、第１の超音波信号と第２の超音波信号とが組み合わされて信号群が形成される。予想ウィンドウ内で検出されない場合、この結果が出力される。

ステップ５００で、第１の超音波信号の第１の有意性が決定され、第２の超音波信号の第２の有意性が決定され、検出された各超音波信号の有意性は、検出された超音波信号が、少なくとも１つの物体での送出超音波信号の反射である確率を示す。

ステップ６００で、信号群が車両周囲の物体に割り当てられる。
ステップ７００で、第１の有意性と第２の有意性との比較が行われる。比較の結果に応じて、第１のエコー群または第２のエコー群への信号群の割り当てが行われる。割り当ての結果が出力される。次いで、新たな測定サイクルが始まる。

認識された信号群の割り当ての結果は、複数の測定サイクルにわたって検出される。
ステップ８００で、それぞれ最後の１６の測定サイクルに関して、認識された信号群を第１のエコー群に割り当てるための第１のレートおよび認識された信号群を第２のエコー群に割り当てるための第２のレートが決定される。ここで、すべての測定サイクルが算入され、例えば第２の超音波信号が予想ウィンドウ内で検出されなかった測定サイクル、または超音波信号の有効な有意性を決定することができなかった測定サイクルも算入される。

ステップ９００で、第１のエコー群に信号群を割り当てる第１のレートが第１の閾値ｓ_１と比較され、第２のエコー群に信号群を割り当てる第２のレートが第２の閾値ｓ_２と比較される。さらに、第１のレートと第２のレートとの和が第３の閾値ｓ_３と比較され、特に、第３の閾値は２つの閾値値ｓ_１およびｓ_２よりも大きい。

ステップ１０００で、比較に基づいて物体の高さの評価が行われる。特に、閾値ｓ_１、ｓ_２、またはｓ_３の少なくとも１つを超えた場合、物体を乗越え不可能と評価することができる。

Claims (13)

1. 車両に配置された超音波センサ（１２）により検出された超音波信号によって物体高さ（Ｈ）を評価する、超音波センサ（１２）と計算ユニットとを含む超音波センサシステムによって実行される方法であって、
   ・測定サイクルにおいて、
   ａ．前記超音波センサ（１２）が、物体の縁部反射としてまたは直接到達エコー（３０）として第１の超音波信号（１３）を検出するステップ、
   ｂ．前記計算ユニットが、関連する境界反射のための予想ウィンドウを計算するステップ、
   ｃ．前記超音波センサ（１２）が、第２の超音波信号を検出するステップ、
   ｄ．前記計算ユニットが、前記第２の超音波信号（１４）が前記予想ウィンドウ内で検出されたときに、前記第２の超音波信号（１４）を、前記第１の超音波信号（１３）に関連する境界反射として識別し、前記第１の超音波信号（１３）と前記第２の超音波信号（１４）とを組み合わせて信号群を形成するステップ、
   ｅ．前記計算ユニットが、前記第１の超音波信号（１３）の第１の有意性を決定し、前記第２の超音波信号（１４）の第２の有意性を決定するステップであって、検出された各超音波信号（１３、１４）の前記有意性は、検出された前記超音波信号（１３、１４）が、少なくとも１つの物体での送出超音波信号の反射である確率を示す、ステップ、
   ｆ．前記計算ユニットが、前記信号群を車両周囲の物体（３０）に割り当てるステップ、および
   ｇ．前記計算ユニットが、前記第１の有意性と前記第２の有意性とを比較し、前記比較に応じて、比較的高さのある物体を示唆する第１のエコー群または比較的背の低い物体を示唆する第２のエコー群に前記信号群を割り当てるステップと、
   ・前記計算ユニットが、特定数の測定サイクル（２１、２２、２３、２４、２５）にわたって前記第１のエコー群に信号群を割り当てる第１のレートを決定するステップと、
   ・前記計算ユニットが、前記特定数の測定サイクル（２１、２２、２３、２４、２５）にわたって前記第２のエコー群に信号群を割り当てる第２のレートを決定するステップと、
   ・前記計算ユニットが、前記第１のレートと前記第２のレートとに応じて物体高さ（Ｈ）を評価するステップであって、前記物体高さ（Ｈ）が、前記物体を前記車両が安全に乗り越えることができるか否かに関して評価される、ステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記予想ウィンドウの前記計算が、前記第１の超音波信号（１３）の伝搬時間、前記超音波センサの設置高さ（ｈ）、および／または高さ閾値（Ｓ）に基づいて行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の超音波信号（１３）の有意性および／または前記第２の超音波信号（１４）の有意性が、少なくとも１つのパラメータ（Ａ、Ｒ）に基づいて決定され、前記パラメータ（Ａ、Ｒ）が、受信信号（ＥＳ）に含まれている情報、特に振幅（Ａ）および／または相関係数（Ｒ）の情報を含み、前記超音波センサ（１２）からの前記受信信号が、前記測定サイクル中に前記超音波センサ（１２）によって受信された超音波信号から生成され、
   前記超音波センサから前記超音波センサの最大射程距離まで及ぶ空間領域を複数の連続的な互いに連なる部分領域（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）に分割し、対応する前記超音波信号が生じた前記部分領域（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）の位置に応じて、受信された各超音波信号の前記有意性を評価するために使用される少なくとも１つのパラメータ（Ａ、Ｒ）を予め定められたパラメータ群から選択することによって、前記有意性が決定される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 各受信超音波信号の前記有意性が、複数の離散する有意性レベルを有する有意性スケールによって評価され、前記第１の超音波信号の前記有意性および／または前記第２の超音波信号の前記有意性の前記決定が、前記超音波信号に特定の有意性レベルが割り当てられることによって行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 第１の有意性レベル「低」、第２の有意性レベル「中」、第３の有意性レベル「高」、および第４の有意性レベル「超高」を含む４つの有意性レベルが提供され、前記有意性レベル「低」は、超音波信号（１３、１４）が、少なくとも１つの物体（３０）での送出超音波信号の反射に由来する確率が低いことに対応し、前記有意性レベル「中」は、超音波信号（１３、１４）が、少なくとも１つの物体（３０）での送出超音波信号の反射に由来する確率が中程度であることに対応し、前記有意性レベル「高」は、超音波信号が、少なくとも１つの物体（３０）での送出超音波信号（１３、１４）の反射に由来する確率が高いことに対応し、前記有意性レベル「超高」は、超音波信号（１３、１４）が、少なくとも１つの物体（３０）での送出超音波信号の反射に由来する確率が非常に高いことに対応することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記第１の有意性と前記第２の有意性との差が小さく、特に２つの超音波信号が同じ有意性レベルを有するとき、または前記第１の超音波信号が非常に高い有意性、特に前記有意性レベル「超高」を有するとき、第１の超音波信号（１３）および第２の超音波信号（１４）を含む信号群が第１のエコー群に割り当てられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第１の超音波信号が低い有意性、特に前記有意性レベル「低」を有し、前記第２の超音波信号が、前記第１の超音波信号に比べて高い有意性、特に前記有意性レベル「高」または「超高」の一方を有するとき、第１の超音波信号（１３）および第２の超音波信号（１４）を含む信号群が第２のエコー群に割り当てられることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 車両周囲の物体（３０）への前記信号群の前記割り当てが三辺測量によって行われることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第１のエコー群に信号群を割り当てる特定の第１のレートが第１の閾値と比較される、および／または前記第２のエコー群に信号群を割り当てる特定の第２のレートが第２の閾値と比較される、および／または前記第１のレートと前記第２のレートとの和が第３の閾値と比較されることによって、前記物体高さ（Ｈ）の前記評価が行われることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記第３の閾値が前記第１の閾値よりも大きく、前記第３の閾値が前記第２の閾値よりも大きいことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記車両が移動しているときにのみ、前記第１のレートおよび前記第２のレートに応じた前記物体高さ（Ｈ）の評価が行われ、前記車両が静止しているときには、より高い評価閾値が評価時に適用されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 超音波信号を送出し、前記送出された超音波信号が物体（３０）で反射されて生じた超音波信号（１３、１４）を検出するように構成された少なくとも１つの超音波センサ（１２）と、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の、前記超音波センサ（１２）により検出された超音波信号によって前記物体（３０）の物体高さ（Ｈ）を評価するための方法を実施するように構成された計算ユニットと
    を含む、車両用の超音波センサシステム。
13. コンピュータプログラムがコンピュータで実行されるときに、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法を実施するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラム。

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