特表 2024-536916 立体角が変化する超音波センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-08

(54)【発明の名称】立体角が変化する超音波センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/52 20060101AFI20241001BHJP

   G01S 15/931 20200101ALN20241001BHJP

【ＦＩ】

G01S7/52 D

G01S15/931

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024522256

(86)(22)【出願日】2022-09-28

(85)【翻訳文提出日】2024-04-12

(86)【国際出願番号】 EP2022076931

(87)【国際公開番号】W WO2023061757

(87)【国際公開日】2023-04-20

(31)【優先権主張番号】102021211588.8

(32)【優先日】2021-10-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(72)【発明者】

【氏名】シュミット，ユルゲン

(72)【発明者】

【氏名】ベッカー，マティアス

(72)【発明者】

【氏名】シュマン，ミヒャエル

(72)【発明者】

【氏名】プファイファー，ティモ

【テーマコード（参考）】

5J083

【Ｆターム（参考）】

5J083AB13

5J083AD04

5J083AE06

5J083AF06

5J083AF07

5J083BA01

5J083BC11

5J083CA13

(57)【要約】

特に制御装置による、少なくとも１つの超音波センサアレイの作動方法であって、前記超音波センサアレイは、音響エコーを生成するように制御され、反射音響エコーは、前記超音波センサアレイによって受信されて、受信された音響エコーに基づいて測定データが生成され、前記超音波センサアレイは、検出範囲の水平および／または垂直の立体角が変化するように、音響エコーを生成および受信するように制御される、方法が開示されている。さらに、制御装置、コンピュータプログラム、および機械読み取り可能な記憶媒体が記載されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

特に制御装置（６）による、少なくとも１つの超音波センサアレイ（４）の作動方法（１）であって、
－ 前記超音波センサアレイ（４）は、音響エコーを生成するように制御され、反射音響エコーは、前記超音波センサアレイ（４）によって受信されて、受信された前記音響エコーに基づいて測定データが生成され、
－ 前記超音波センサアレイ（４）は、検出範囲（Ｅ）の水平および／または垂直の立体角（Ｈ，Ｖ）が変化するように、音響エコーを生成および受信するように制御される、
方法。

【請求項2】

前記超音波センサアレイ（４）は、広い立体角（Ｈ，Ｖ）と、後続の減少した立体角（Ｈ’、Ｖ’）で検出範囲（Ｅ）から音響エコーを生成し、かつ受信するように制御される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記超音波センサアレイ（４）は、段階的に変化する立体角（Ｈ，Ｈ’，Ｖ，Ｖ’）で検出範囲（Ｅ）から音響エコーを生成し、かつ受信するように制御される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記超音波センサアレイ（４）は、連続的に変化する立体角（Ｈ，Ｖ）で検出範囲（Ｅ）から音響エコーを生成し、かつ受信するように制御される、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

生成された前記音波の前記検出範囲（Ｅ）の、異なるように連続的に調整された前記立体角（Ｈ，Ｖ）は、一部の範囲で重なり合い、生成された前記測定データに基づいて特定された情報は、重なり合った立体角（Ｈ，Ｖ）から除外される、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記超音波センサアレイ（４）が音響エコーを生成するように制御され、走査範囲から反射した音響エコーを受信した後に、前記立体角（Ｈ，Ｖ）が変化する、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記検出範囲（Ｅ）の前記立体角（Ｈ，Ｖ）は、前記超音波センサアレイ（４）のデジタル調整可能な指向特性によって変化する、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に係る方法（１）を実施するように構成されている、制御装置（６）。

【請求項9】

コンピュータプログラムがコンピュータまたは制御装置（６）によって実行されると、前記コンピュータまたは前記制御装置（６）に、請求項１～７のいずれか一項に係る方法（１）を実行させる命令を含む、コンピュータプログラム。

【請求項10】

請求項９に係るコンピュータプログラムが記憶された、機械読み取り可能な記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも１つの超音波センサアレイの作動方法に関する。さらに、本発明は、制御装置、コンピュータプログラム、および機械読み取り可能な記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波センサは、運転者の駐車プロセスを容易にするために、車両範囲に使用されることが多い。このために使用される超音波センサは、走査範囲の開口角または立体角が固定されており、特定の距離範囲内でのみ最適に機能する。特に、超音波センサの設置高さと設置角度によって距離が短くなる場合、地面からの反射が発生する。これらの地面からの反射は超音波センサによって登録されるため、この距離の外側の物体に対しては検出ずれが発生する。システムの構成によっては、このような地面からの反射を補正機構によって抑制できるが、これによって、反射の弱い物体の検出も妨げられる。

【0003】

独国特許出願公開第１０２０１５１０１２６６号明細書は、光学センサを用いた物体の側方検出のための車両支援システムを開示している。このセンサ装置は、検出範囲が異なる複数の受信チャネルを有する。

【0004】

独国特許出願公開第１０２００６００４８６５号明細書には、第１のセンサが送受信ユニットとして構成され、第２のセンサが受信ユニットとして構成された駐車支援システムが記載されている。これらのセンサは、一部の範囲が重なった、異なる検出範囲を有する。

【0005】

このようなシステムでは、超音波センサの数を増やす必要があり、さらに評価労力が増える結果となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】独国特許出願公開第１０２０１５１０１２６６号明細書

【特許文献2】独国特許出願公開第１０２００６００４８６５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の基礎となる課題は、超音波に基づく距離測定のための改良された方法を提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この課題は、独立形式請求項のそれぞれの主題によって解決される。本発明の有利な実施形態は、それぞれ引用形式請求項の主題である。
本発明の一態様によれば、少なくとも１つの超音波センサアレイの作動方法が提供される。この方法は、好ましくは、少なくとも１つの超音波センサアレイにデータ伝送可能に接続された制御装置によって実施することができる。ここで、制御装置は、音響エコーを生成するように超音波センサアレイを制御することができ、また、超音波センサアレイから生成された測定データを受信するように使用することもできる。

【0009】

１つのステップでは、超音波センサアレイは、音響エコーを生成するように制御される。走査範囲から反射した音響エコーは、超音波センサアレイによって受信されて、受信された音響エコーに基づいて測定データが生成される。このような超音波センサアレイは、複数の超音波センサまたは部分センサで構成され、これらのセンサは、例えば一般的なハウジングに設置されている。このような部分センサは、音響エコーを生成し、および／または反射音響エコーを受信するように、互いに独立して制御装置によって制御することができる。これは、制御装置によって直接、または、例えば受信信号を増幅するため、または受信信号のアナログデジタル変換のための、介在接続されたドライバまたはプリアンプ電子機器を介して行うことができる。

【0010】

超音波センサアレイは、好ましくは、検出範囲の水平および／または垂直の立体角が変化するように、音響エコーを生成および受信するように制御される。ここで、立体角は、走査範囲の異なる距離および深さを音響エコーで走査するために、周期的または連続的に変化してよい。超音波センサアレイが音響エコーで走査し、反射音響エコーが受信される立体角は、水平方向および／または垂直方向に沿って変化してよい。

【0011】

好ましくは、超音波センサアレイが音響エコーを放射する立体角と、超音波センサアレイが反射音響エコーを受信する立体角とは、互いに同じであってもよく、または異なっていてもよい。対応する指向特性は、制御装置によって調整され、変化させることができる。

【0012】

立体角が異なるように調整されることにより、地面からの反射が走査範囲の部分と永続的に重ならなくなるため、この方法によって、検出ずれを減らし、例えば輪郭保護することができる。さらに、立体角が変化することで、傾斜路や段差、または測定データが多義的である複雑な場面も確実に解像することができる。また、本方法によって作動する超音波センサアレイは、物体の高さ分類にも使用できる。

【0013】

本発明のさらなる態様によれば、制御装置が提供され、制御装置は本方法を実施するように構成されている。制御装置は、例えば、車両側制御装置、車外制御装置、またはクラウドシステムなどの車外サーバユニットであってよい。

【0014】

さらに、本発明の一態様によれば、コンピュータプログラムがコンピュータまたは制御装置によって実行されると、このコンピュータまたは制御装置に、本発明に係る方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラムが提供される。本発明のさらなる態様によれば、本発明に係るコンピュータプログラムが記憶された、機械読み取り可能な記憶媒体が提供される。機械読み取り可能な記憶媒体は、制御装置の内部記憶ユニットまたは外部記憶ユニットとして構成されていてもよい。

【0015】

本発明に係る方法によって、既存の駐車システムを最適化し、高度に自動化された、または自律化された走行機能を保護することができる。
実施例では、超音波センサアレイは、広い立体角と、後続の減少した立体角で検出範囲から音響エコーを生成し、かつ受信するように制御される。このように立体角の角度を変化させる工程によって、低い物体と高い物体を区別することができる。ここで、広い開口角で走査範囲または場面を検出し、続いて、開口角または立体角を大幅に減少させて走査する。２つの測定からの反射により、高い物体を低い物体に対して区別することができる。特に、低い立体角で走査範囲を測定または走査することで、高い物体を妥当性検査することができる。

【0016】

さらなる実施形態によれば、超音波センサアレイは、段階的に変化する立体角で検出範囲から音響エコーを生成し、かつ受信するように制御される。この方法によって、予め定義された角度ステップで、立体角を減少または増加させて、検出ずれを回避することができる。特に、開口角を変化させて検出範囲を走査することにより、床からの反射によって段差または傾斜路を識別することができる。

【0017】

さらなる実施例によれば、超音波センサアレイは、連続的に変化する立体角で検出範囲から音響エコーを生成し、かつ受信するように制御される。したがって、低い物体と高い物体を区別することができる。開口角を変化させて検出範囲を走査することにより、例えば開口角ごとの１つの物体距離など、複数の物体距離を生成することができる。

【0018】

さらなる実施例によれば、生成された音波の検出範囲の、異なるように連続的に調整された立体角は、一部の範囲で重なり合い、生成された測定データに基づいて特定された情報は、重なり合った立体角から除外される。これにより、距離と開口角情報の重なりと除外の原理を用いて、発生するセグメント内における空きスペースと障害物を、精密に検出することができる。

【0019】

開口角を変化させることで、段差や傾斜路の位置も特定できる。各開口角に対して予想される地面からの反射があるため、取得されたエコー距離を反射点と比較し、傾斜路や段差を導き出すことができる。

【0020】

さらなる実施形態によれば、超音波センサアレイが音響エコーを生成するように制御され、走査範囲から反射した音響エコーを受信した後に、立体角が変化する。この方法によって、立体角が新たに変化する前に、調整された立体角で少なくとも１回の測定が行われる。ここで、測定は、少なくとも１回の送信ステップと、少なくとも１回の受信ステップに相当する。１つの立体角内で少なくとも１回の送信ステップと、少なくとも１回の受信ステップを行った後に立体角が変化するため、少なくとも１回のさらなる送信ステップと、少なくとも１回のさらなる受信ステップとを実行することができる。これは、複数の異なる立体角で行われて、例えば検出ずれを補償し、様々な形状の地面を正確に走査することができる。

【0021】

さらなる実施例によれば、検出範囲の立体角は、デジタル調整可能な指向特性によって変化する。これにより、立体角は非常に短い時間間隔で迅速かつ効率的に変化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

以下に、本発明の好ましい実施例を、高度に簡略化した概略図に基づいて詳述する。

【図1】第１の実施形態に係る方法を示す概略フローチャートである。

【図2】第２の実施形態に係る方法を示すセンサ装置を備えた車両の側面図である。

【図3】第３の実施形態に係る方法を示すセンサ装置を備えた車両の側面図である。

【図4】第４の実施形態に係る方法を示すセンサ装置を備えた車両の側面図である。

【図5】第５の実施形態に係る方法を示すセンサ装置を備えた車両の側面図である。

【図6】超音波センサアレイの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１は、第１の実施形態に係る方法１を示す概略フローチャートである。方法１は、少なくとも１つの超音波センサアレイ４を作動させるために使用される。超音波センサアレイ４は、例示的に車両側センサ装置２の構成要素として記載され、図２から図５に示されている。

【0024】

方法１は、好ましくは、少なくとも１つの超音波センサアレイ４にデータ伝送可能に接続され、車両側センサ装置２の構成要素としても構成することができる制御装置６によって実行することができる。

【0025】

制御装置６は、音響エコーを生成するように超音波センサアレイを制御でき、また、超音波センサアレイ４から生成された測定データを受信するように使用することもできる。
ステップ２０において、超音波センサアレイ４は、音響エコーを生成するように制御装置６によって制御される。検出範囲Ｅから反射した音響エコーは、受信された音響エコーに基づいて測定データを生成するために、超音波センサアレイ４によって受信される２２。

【0026】

超音波センサアレイ４は、好ましくは、検出範囲Ｅの水平および／または垂直方向の立体角Ｈ，Ｖが変化するように、音響エコーを生成および受信するように制御される２４。
ここで、立体角Ｈ，Ｖは、検出範囲Ｅまたは走査範囲の異なる距離および深さを音響エコーで走査するために、周期的または連続的に変化することができる。

【0027】

超音波センサアレイ４が音響エコーで走査し、反射音響エコーが受信される立体角Ｈ，Ｖは、水平方向Ｘに沿って、および／または、横断方向Ｙに沿って、および／または、垂直方向Ｚに沿って変化し得る。図示の実施例では、水平方向Ｘは、車両８の進行方向に相当する。

【0028】

好ましくは、超音波センサアレイ４が音響エコーを放射する立体角Ｈ，Ｖと、超音波センサアレイ４が反射音響エコーを受信する立体角Ｈ，Ｖとは、互いに同じであってもよく、または異なっていてもよい。対応する指向特性は、制御装置６によって調整され、変化させることができる。

【0029】

図２は、第２の実施形態に係る方法１を示すセンサ装置２を備えた車両８の側面図である。見易くするために、超音波センサアレイ４は車両８の後部領域に配置されている。しかしながら、超音波センサアレイ４は、任意の位置に任意の数だけ設けてもよい。例えば、超音波センサアレイ４は、制御装置６に接続される車両の角部および／または車両の前部に配置されていてもよい。

【0030】

図６は、超音波センサアレイ４を例示的に上面図で示す。このような超音波センサアレイ４は、例えば一般的なハウジング１１に設置される複数の超音波センサまたは部分センサ１０から構成される。このような部分センサ１０は、制御装置６によって互いに独立して制御され、音響エコーを生成し、および／または反射音響エコーを受信することができる。これは、制御装置６によって直接行われるか、または、例えば受信信号を増幅するため、または受信信号のアナログデジタル変換のための、介在接続されたドライバまたはプリアンプ電子機器１２を介して行われる。プリアンプ電子機器１２のオプション機能を説明するために、プリアンプ電子機器１２は、破線の接続線によって部分センサ１０および制御装置６に接続されている。

【0031】

制御装置６は、例えば、物体Ｏが車両８の至近距離においても地面Uの反射と重畳することなく確実に干渉するように、部分センサ１０を制御することができる。このために、下側の２つの部分センサ１０’’，１０’’’は、音響エコーを生成するために制御装置６によって単独で使用され、上側の２つの部分センサ１０，１０’および／または下側の２つの部分センサ１０’，１０’’’は、反射音響エコーを受信するように使用されることができる。

【0032】

音響エコーは、音波の形態で生成され、連続的に生成されても、パルス状に生成されてもよい。特に、生成される音響エコーの一定のパルス幅または可変のパルス幅は、制御装置によって調整することができる。

【0033】

超音波センサアレイ４を使用することにより、検出範囲Ｅの立体角Ｈ，Ｖを任意に変化させて、検出ずれ１４を最小化することができる。図２に示す例では、物体Ｏが地面からの反射によって照射されることを防ぐために、音響エコーが放射される立体角Ｈ，Ｖは、例えば１８０°の大きな立体角Ｈ，Ｖから、例えば９０°の小さな立体角Ｈ，Ｖに段階的に減少される。

【0034】

検出ずれは、開口角を一時的に開放することで減少させることができ、また、開口角１８０°の場合は検出ずれをなくすこともできる。これについては以下の概略図を参照されたい。

【0035】

図３は、第３の実施形態に係る方法１を示すセンサ装置２を備えた車両８の側面図である。ここでは、異なるように調整された立体角Ｈ，Ｈ’，Ｖ，Ｖ’に基づいて、交互に配置された物体Ｏ，Ｏ’を互いに別々に検出できることが示されている。

【0036】

特に、例えば、車で乗り越えることができる低い高さの物体Ｏ’は、例えば、車両８のバンパよりも高い、より高い高さの物体Ｏと区別することができ、妥当性検査することができる。

【0037】

図４は、第４の実施形態に係る方法１を示すセンサ装置２を備えた車両８の側面図である。ここでは、特に広く調整された立体角Ｈ，Ｖを用いて地面Ｕの段差が検出される。したがって、反射音響エコーは、地面U’の予想位置を確認することができない。これにより、本方法によって、超音波センサアレイ４の測定データの評価に基づいて、制御装置６によって地面Uの段差が登録される。

【0038】

図２～図４に示す実施例では、見易くするために、立体角Ｖ，Ｖ’の垂直成分を示している。しかしながら、水平成分Ｈ，Ｈ’は、立体角Ｖ，Ｖ’の垂直成分に類似して、制御装置６によって調整または変化させることができる。

【0039】

図５は、第５の実施形態に係る方法１を示すセンサ装置２を有する車両８の側面図である。既に説明した実施例とは異なり、超音波センサアレイ４は、車両８の車両前部に配置されている。立体角Ｈ，Ｈ’の水平成分の変化が示されている。制御装置６によって超音波センサアレイ４を制御することにより、立体角Ｈ，Ｈ’の水平成分を変化させることができる。この方法により、例えば、互いに隣接して配置された複数の物体Ｏを互いに別々に判定することができる。

【0040】

特に、従来の超音波センサから同じ距離にある物体は、通常、別々の物体として検出されない。
立体角Ｈ，Ｈ’を調整することにより、異なる立体角Ｖ，Ｈ，Ｖ’，Ｈ’を有する複数の測定サイクルに基づいて、互いに隣接して位置している複数の物体’の区別、ひいては多義性の解消を実現することができる。

【0041】

少なくとも１つの超音波センサアレイ４は、車両８が運転中であるとき、および車両８が駐車中または停止中の状態の両方で、制御装置６によって制御および作動することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-12

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

特に制御装置（６）による、少なくとも１つの超音波センサアレイ（４）の作動方法（１）であって、
－ 前記超音波センサアレイ（４）は、音響エコーを生成するように制御され、反射音響エコーは、前記超音波センサアレイ（４）によって受信されて、受信された前記音響エコーに基づいて測定データが生成され、
－ 前記超音波センサアレイ（４）は、検出範囲（Ｅ）の水平および／または垂直の立体角（Ｈ，Ｖ）が変化するように、音響エコーを生成および受信するように制御される、
方法。

【請求項2】

前記超音波センサアレイ（４）は、広い立体角（Ｈ，Ｖ）と、後続の減少した立体角（Ｈ’、Ｖ’）で検出範囲（Ｅ）から音響エコーを生成し、かつ受信するように制御される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記超音波センサアレイ（４）は、段階的に変化する立体角（Ｈ，Ｈ’，Ｖ，Ｖ’）で検出範囲（Ｅ）から音響エコーを生成し、かつ受信するように制御される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記超音波センサアレイ（４）は、連続的に変化する立体角（Ｈ，Ｖ）で検出範囲（Ｅ）から音響エコーを生成し、かつ受信するように制御される、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

生成された前記音波の前記検出範囲（Ｅ）の、異なるように連続的に調整された前記立体角（Ｈ，Ｖ）は、一部の範囲で重なり合い、生成された前記測定データに基づいて特定された情報は、重なり合った立体角（Ｈ，Ｖ）から除外される、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記超音波センサアレイ（４）が音響エコーを生成するように制御され、走査範囲から反射した音響エコーを受信した後に、前記立体角（Ｈ，Ｖ）が変化する、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記検出範囲（Ｅ）の前記立体角（Ｈ，Ｖ）は、前記超音波センサアレイ（４）のデジタル調整可能な指向特性によって変化する、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

請求項１に係る方法（１）を実施するように構成されている、制御装置（６）。

【請求項9】

コンピュータプログラムがコンピュータまたは制御装置（６）によって実行されると、前記コンピュータまたは前記制御装置（６）に、請求項１に係る方法（１）を実行させる命令を含む、コンピュータプログラム。

【請求項10】

請求項９に係るコンピュータプログラムが記憶された、機械読み取り可能な記憶媒体。

【国際調査報告】