用于借助于脉冲形发射的声信号对运动辅助设备进行环境检测的方法和装置制造方法
【专利摘要】提出一种用于借助于脉冲形发射的和在至少一个对象上被反射的声信号来确定对象在运动辅助设备的环境中的位置和/或运动的方法，在该方法中接收和使用至少一个具有在超声频率范围以下的频率的声冲激(S1，S2，S3)。此外，公开一种用于实施所述方法的所属的装置、一种用于所述装置的遮盖设备以及一种具有根据本发明的装置的车辆。
【专利说明】用于借助于脉冲形发射的声信号对运动辅助设备进行环境检测的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于声学地检测运动辅助设备的环境以及用于与运动辅助设备的环境以及在运动辅助设备之间进行信息交换的方法和装置。本发明尤其涉及以下方法和装置:其用于借助于脉冲形发射的和在至少一个对象上反射的声信号确定对象在运动辅助设备的环境中的位置和/或运动，以及用于根据声信号的由于反射引起的变化来区分反射所述声信号的对象，以及通过发射一组可能的信号形式中的确定的信号形式进行信息传输。此外，本发明涉及用于布置声学转换器(如布置在凹槽中)的装置、用于遮盖根据本发明的安装在运动辅助设备上的装置的遮盖设备的使用、到不同的转换器上以及到多个部件单元上的分布，以及具有多重谐振的转换器的使用和一种具有根据本发明的装置的运动辅助设备。
【背景技术】
[0002]目前，为了声学地对车辆进行环境检测，通常使用脉冲式地进行测量的超声系统，在所述超声系统中发射例如0.3ms的短信号脉冲，以便根据回波传播时间和声速确定与车辆的环境中的对象的间隔。所发射的信号脉冲在对象上的反射波(Reflexe)的传播时间视对象间隔而定地改变。
[0003]在声学的环境检测或者环境监视中使用超声频率范围，因为环境的干扰噪声的强度通常随着频率的上升而下降，并且，因此超声频率范围适合用于尽可能无干扰的探测。
[0004]从现有技术已知，随着信号频率或者信号载波频率的上升，信号的衰减增加。因此，随着信号频率增加，更加难以在10m、20m或者甚至超过IOOm的较大的距离上实施如例如在进行定位的、从文献DE102009027842 Al已知的车辆-车辆通信中所使用的那样的间隔确定或者信息传输。
[0005]声学信号在超声频率范围内由于随着频率的增加而上升的空间衰减而具有相对小的有效距离。所述有效距离比在较低的频率一例如人的可听范围中的频率一下所能够达到的有效度相对较差，并且因此借助于当今的声学环境传感器仅仅达到令人不满意的有效距离。
[0006]在借助于超声进行环境检测时，由于空间衰减随着信号频率上升而增加，因此主要使用在典型地48kHz处的超声带的下部范围。更准确地说，在从现有技术已知的超声系统中，由现今普遍的高的稳健性(Robustheit)要求和所达到的相对高的品质所决定地，仅仅在发射信号的围绕例如48kHz的载波频率的一个狭窄的例如±2kHz的频带中工作。
[0007]该频率选择意味着折衷，其中，还仅仅使用声学介质的一小部分。但是在此总是还由于太强的干扰或者空间衰减而仅仅实现不充分的测量有效距离。在对象距离较远并且由此发生的反射的情况下，不存在足够强的和明确地可探测的回波脉冲。
[0008]借助于脉冲持续时间或者冲激持续时间的延长，尽管有限的发射功率，还是能够提高所发射的、和在一个回波循环内可供使用的测量信号能量，以便以此方式获得更强的回波脉冲。以此方式，在某些情况下在巧妙的接收的情况下也能够稍微提高测量有效距离。然而，这种方法还是经常碰到其极限，因为随着脉冲持续时间增加，为环境检测所实施的传播时间测量的探测品质、尤其是可达到的位置分辨率(Ortsau_fl0sung)下降。
[0009]能够或者宽带地或者窄带地或者单频率地发射声脉冲。窄带的转换器提供以下可能性:通过简单地接通或者关断发射流来生成声脉冲的信号频率，因为由于所述窄带性，在切换中所产生的较高的频谱部分在辐射之前被滤除。然而，在窄带的信号的情况下存在、和在单频率的信号的情况下以更大的程度存在:与其匹配的接收器的较高的易受干扰性，尤其当在一个场景中恰好该频率受干扰时。与窄带的转换器相比，用于发射声信号的宽带的转换器通常要求显著更耗费地生成信号形式，因为由于宽带性，无意地发射跳跃式变化——如在接通和关断发射流时出现的变化——的信号频谱。
[0010]此外，在一种信号频率上进行脉冲式测量的单频率的系统中通常存在以下缺点:在多重反射的情况下，也就是说在传播时间上相互接近的反射点上反射的情况下，可能发生被反射的信号的相消叠加，更准确地说，发生回波的相消叠加，从而异常小的(除非甚至没有)信号强度到达接收器上，因为满足消去条件
【权利要求】
1.一种用于与运动辅助设备的环境进行信息交换和/或用于通过借助于脉冲形发射的声信号确定对象在运动辅助设备的环境中的位置和/或运动来声学地检测运动辅助设备的环境的方法，其特征在于，如此实施具有相互不同的中心频率U的冲激的声发射，使得对于脉冲形声信号所使用的频率范围被划分成分别具有所使用的中心频率b之一的频带，并且相邻的频带的中心频率?^、?^+1具有预先确定的、优选根据关系
2.根据权利要求1所述的方法，其中，接收和使用至少一个声冲激，所述至少一个声冲激具有在20kHz的超声频率极限以下的频率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少暂时同时地和/或一个紧接着另一个地发射相互不同的中心频率G的冲激。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在同一中心频率G的情况下所使用的在不同的传输循环中的冲激持续时间相互不同，和/或，在一个传输循环的数量级上的时间范围内所传输的、以相互不同的中心频率fei发射的声冲激具有相互不同的冲激持续时间，和/或，在一个传输循环的数量级上的时间范围内以相互不同的中心频率fei发射声冲激，所述声冲激分别在不同的时间点开始和/或结束。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在低的中心频率G的信号组成部分的情况下优选使用较长的持续时间的脉冲和/或比在具有较高的中心频率4的信号组成部分的情况下发射更少的脉冲，和/或在不同的中心频率4上生成的声冲激具有不同的信号强度。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在中心频率fei的情况下所生成的信号频率在中心频率的范围内主要在±1.5/TPi内的频带中摆动，其中，Tpi是在相应的传输循环中、在所述中心频率的情况下所使用的脉冲持续时间。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，发射声学脉冲，所述声学脉冲具有:具有在所述脉冲持续时间内固定的频率的信号块和/或具有在所述脉冲持续时间内与时间相关的频率的信号块、尤其调频波和/或在所述脉冲持续时间内具有独特的信号块序列的脉冲模式。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所使用的中心频率相互成整数的频率比。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，发射在所选择的频带中的声信号，在所述频带中，在发射所述声信号之前，低于预先定义的干扰信号密度阈值的干扰信号密度占主导，和/或其中，发射至少一个具有这样的所选择的信号形式的确定的声学信号，使得所选择的信号形式与在发射所述确定的声学信号之前占主导的声学信号的信号形式分别不同，和/或，其中，如果在目前所使用的位置中出现足够高的干扰，则根据干扰状况改变所述至少一个中心频率。
10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，尤其为了在运动辅助设备之间的通信，由其他运动辅助设备、尤其是车辆或者车辆环境中的装置接收和分析处理由所述运动辅助设备发射的声信号，所述声信号的特征在于多个中心频率，和/或，为了从所述运动辅助设备传输信息或/和向所述运动辅助设备传输信息，为此从一组可能的、对于相应的传输伙伴已知的声信号中选择确定的声信号并进行发射，所述声信号的特征在于多个中心频率。
11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，使用所发射的声信号用于声学地标记所述运动辅助设备，和/或，其中，根据所计算的与至少一个对象、尤其第二运动辅助设备碰撞的概率来选择所发射的、用于声学地标记所述运动辅助设备的信号的信号形式和/或信号强度变化曲线和/或至少一个信号块序列和/或频率变化曲线和/或频带。
12.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在分析处理所接收的、用于确定第一对象的位置和/或运动的声信号之前，以与所接收的声信号的回波传播时间有关的增益来放大由所接收的声信号的回波所产生的电信号。
13.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，为了分析处理所述声信号，确定和提供所接收的声信号的有关周期持续时间的时间变化曲线的测量序列，并与至少一个参考序列进行比较，并且确定有关所述测量序列与所述参考序列的偏差的比较信息，并且，为了确定至少有关所发射的声信号中的一个声信号的信息和为了确定所述第一对象的位置和/或运动和/或为了确定至少一个反射性的、位于所述自身车辆和所述第一对象之间的第二对象的位置和/或运动和/或至少一个形式特征，考虑所述比较信息的至少一个分序列。
14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所发射的声学信号的传播时间相对彼此的差别求取配有至少两个在空间上分离的声学接收器的观察器与声源在空间上的关系和/或接收器与配有至少两个在空间上分离的光源的发射器在空间上的关系。
15.一种装置，其用于与运动辅助设备的环境进行信息交换和/或用于通过借助于脉冲形发射的声信号确定对象在运动辅助设备的环境中的位置和/或运动来声学地检测运动辅助设备的环境，和/或，通过发射一组可能的信号形式中的确定的信号形式进行信息传输，其中，所述装置构造用于实施根据以上权利要求中任一项所述的方法。
16.根据权利要求15所述的装置，所述装置包含多个本地控制设备，所述多个本地控制设备能够分别控制为了环境检测而使用的用于发射的转换器中的多个和/或分析处理由所述转换器所接收的声学信号，其中，所述转换器如此构造，使得为了进行分析处理而在至少各个本地控制设备中分析处理所述环境的子区域的信号并因此提供借助于多个转换器所产生的关于所检测的环境的信息用于进一步处理，和/或，其中，所述装置还具有至少一个不直接安装在车辆外壳上的本地控制设备，和/或，其中，尤其为了协调所述声学发射的时间特性，所述控制设备通过合适的手段相互同步。
17.根据权利要求15或16所述的装置，所述装置具有控制装置，所述控制装置构造用于控制借助于所述装置发射的声信号中的和/或为了标记所述运动辅助设备而发射的声信号中的至少一个声信号的信号形式和/或信号强度变化曲线和/或至少一个信号块序列和/或频率变化曲线和/或频带。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，所述装置具有声学传感器，所述声学传感器具有为了发射和/或接收声信号而设置的膜片，所述膜片具有至少两个子区域，所述至少两个子区域具有分别不同的谐振特性，并且所述声传感器如此设置，使得能够借助于至少一个耦合到所述膜片上的电子机械式转换器、通过以匹配于相应的谐振特性的控制频率相应地控制所述膜片来利用不同的谐振特性。
19.一种遮盖设备，其用于遮盖固定在运动辅助设备的空隙中的、尤其在车辆外部部件的空隙中的、根据权利要求15至18中任一项所述的装置，其中，所述遮盖设备如此构造，使得当所述遮盖设备与待遮盖的装置以及运动辅助设备相连接时，所述遮盖设备形状锁合地盖上所述待遮盖的装置和/或至少部分地形状锁合地盖上所述运动辅助设备，和/或，所述遮盖设备具有如此选择的刚性，使得由于所述遮盖装置，在所选择的频率范围内、尤其在人的可听范围内出现所发射和/或所接收的声信号的最小的衰减，和/或，所述遮盖设备能与被所述待遮盖的装置所包括的电子声学转换器的膜片声学地耦合。
20.一种运动辅助设备、尤其是机动车，其具有根据权利要求15至18中任一项所述的 装直。
21.根据权利要求20所述的运动辅助设备，所述运动辅助设备具有根据权利19所述的用于遮盖所述装置的机械式遮盖设备，和/或，所述运动辅助设备如此设置，使得所述装置的至少一个传感器或传感器元件、尤其是声学转换器设置在所述运动辅助装置的凹槽中或者向外敞开的空腔中，其中，所述凹槽或者所述向外敞开的空腔通过至少一个车辆装饰元件构成，其外侧 不因容纳所述装置的传感器或者超声传感器元件而中断。
【文档编号】G01S15/93GK103988093SQ201280061095
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年11月13日 优先权日:2011年12月12日
【发明者】M·卡尔 申请人:罗伯特·博世有限公司