用于借助于脈沖形發射的聲信號對運動輔助設備進行環境檢測的方法和裝置制造方法
【專利摘要】提出一種用于借助于脈沖形發射的和在至少一個對象上被反射的聲信號來確定對象在運動輔助設備的環境中的位置和/或運動的方法，在該方法中接收和使用至少一個具有在超聲頻率范圍以下的頻率的聲沖激(S1，S2，S3)。此外，公開一種用于實施所述方法的所屬的裝置、一種用于所述裝置的遮蓋設備以及一種具有根據本發明的裝置的車輛。
【專利說明】用于借助于脈沖形發射的聲信號對運動輔助設備進行環境檢測的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于聲學地檢測運動輔助設備的環境以及用于與運動輔助設備的環境以及在運動輔助設備之間進行信息交換的方法和裝置。本發明尤其涉及以下方法和裝置:其用于借助于脈沖形發射的和在至少一個對象上反射的聲信號確定對象在運動輔助設備的環境中的位置和/或運動，以及用于根據聲信號的由于反射引起的變化來區分反射所述聲信號的對象，以及通過發射一組可能的信號形式中的確定的信號形式進行信息傳輸。此外，本發明涉及用于布置聲學轉換器(如布置在凹槽中)的裝置、用于遮蓋根據本發明的安裝在運動輔助設備上的裝置的遮蓋設備的使用、到不同的轉換器上以及到多個部件單元上的分布，以及具有多重諧振的轉換器的使用和一種具有根據本發明的裝置的運動輔助設備。
【背景技術】
[0002]目前，為了聲學地對車輛進行環境檢測，通常使用脈沖式地進行測量的超聲系統，在所述超聲系統中發射例如0.3ms的短信號脈沖，以便根據回波傳播時間和聲速確定與車輛的環境中的對象的間隔。所發射的信號脈沖在對象上的反射波(Reflexe)的傳播時間視對象間隔而定地改變。
[0003]在聲學的環境檢測或者環境監視中使用超聲頻率范圍，因為環境的干擾噪聲的強度通常隨著頻率的上升而下降，并且，因此超聲頻率范圍適合用于盡可能無干擾的探測。
[0004]從現有技術已知，隨著信號頻率或者信號載波頻率的上升，信號的衰減增加。因此，隨著信號頻率增加，更加難以在10m、20m或者甚至超過IOOm的較大的距離上實施如例如在進行定位的、從文獻DE102009027842 Al已知的車輛-車輛通信中所使用的那樣的間隔確定或者信息傳輸。
[0005]聲學信號在超聲頻率范圍內由于隨著頻率的增加而上升的空間衰減而具有相對小的有效距離。所述有效距離比在較低的頻率一例如人的可聽范圍中的頻率一下所能夠達到的有效度相對較差，并且因此借助于當今的聲學環境傳感器僅僅達到令人不滿意的有效距離。
[0006]在借助于超聲進行環境檢測時，由于空間衰減隨著信號頻率上升而增加，因此主要使用在典型地48kHz處的超聲帶的下部范圍。更準確地說，在從現有技術已知的超聲系統中，由現今普遍的高的穩健性(Robustheit)要求和所達到的相對高的品質所決定地，僅僅在發射信號的圍繞例如48kHz的載波頻率的一個狹窄的例如±2kHz的頻帶中工作。
[0007]該頻率選擇意味著折衷，其中，還僅僅使用聲學介質的一小部分。但是在此總是還由于太強的干擾或者空間衰減而僅僅實現不充分的測量有效距離。在對象距離較遠并且由此發生的反射的情況下，不存在足夠強的和明確地可探測的回波脈沖。
[0008]借助于脈沖持續時間或者沖激持續時間的延長，盡管有限的發射功率，還是能夠提高所發射的、和在一個回波循環內可供使用的測量信號能量，以便以此方式獲得更強的回波脈沖。以此方式，在某些情況下在巧妙的接收的情況下也能夠稍微提高測量有效距離。然而，這種方法還是經常碰到其極限，因為隨著脈沖持續時間增加，為環境檢測所實施的傳播時間測量的探測品質、尤其是可達到的位置分辨率(Ortsau_fl0sung)下降。
[0009]能夠或者寬帶地或者窄帶地或者單頻率地發射聲脈沖。窄帶的轉換器提供以下可能性:通過簡單地接通或者關斷發射流來生成聲脈沖的信號頻率，因為由于所述窄帶性，在切換中所產生的較高的頻譜部分在輻射之前被濾除。然而，在窄帶的信號的情況下存在、和在單頻率的信號的情況下以更大的程度存在:與其匹配的接收器的較高的易受干擾性，尤其當在一個場景中恰好該頻率受干擾時。與窄帶的轉換器相比，用于發射聲信號的寬帶的轉換器通常要求顯著更耗費地生成信號形式，因為由于寬帶性，無意地發射跳躍式變化——如在接通和關斷發射流時出現的變化——的信號頻譜。
[0010]此外，在一種信號頻率上進行脈沖式測量的單頻率的系統中通常存在以下缺點:在多重反射的情況下，也就是說在傳播時間上相互接近的反射點上反射的情況下，可能發生被反射的信號的相消疊加，更準確地說，發生回波的相消疊加，從而異常小的(除非甚至沒有)信號強度到達接收器上，因為滿足消去條件
【權利要求】
1.一種用于與運動輔助設備的環境進行信息交換和/或用于通過借助于脈沖形發射的聲信號確定對象在運動輔助設備的環境中的位置和/或運動來聲學地檢測運動輔助設備的環境的方法，其特征在于，如此實施具有相互不同的中心頻率U的沖激的聲發射，使得對于脈沖形聲信號所使用的頻率范圍被劃分成分別具有所使用的中心頻率b之一的頻帶，并且相鄰的頻帶的中心頻率?^、?^+1具有預先確定的、優選根據關系
2.根據權利要求1所述的方法，其中，接收和使用至少一個聲沖激，所述至少一個聲沖激具有在20kHz的超聲頻率極限以下的頻率。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，至少暫時同時地和/或一個緊接著另一個地發射相互不同的中心頻率G的沖激。
4.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，在同一中心頻率G的情況下所使用的在不同的傳輸循環中的沖激持續時間相互不同，和/或，在一個傳輸循環的數量級上的時間范圍內所傳輸的、以相互不同的中心頻率fei發射的聲沖激具有相互不同的沖激持續時間，和/或，在一個傳輸循環的數量級上的時間范圍內以相互不同的中心頻率fei發射聲沖激，所述聲沖激分別在不同的時間點開始和/或結束。
5.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，在低的中心頻率G的信號組成部分的情況下優選使用較長的持續時間的脈沖和/或比在具有較高的中心頻率4的信號組成部分的情況下發射更少的脈沖，和/或在不同的中心頻率4上生成的聲沖激具有不同的信號強度。
6.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，在中心頻率fei的情況下所生成的信號頻率在中心頻率的范圍內主要在±1.5/TPi內的頻帶中擺動，其中，Tpi是在相應的傳輸循環中、在所述中心頻率的情況下所使用的脈沖持續時間。
7.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，發射聲學脈沖，所述聲學脈沖具有:具有在所述脈沖持續時間內固定的頻率的信號塊和/或具有在所述脈沖持續時間內與時間相關的頻率的信號塊、尤其調頻波和/或在所述脈沖持續時間內具有獨特的信號塊序列的脈沖模式。
8.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，所使用的中心頻率相互成整數的頻率比。
9.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，發射在所選擇的頻帶中的聲信號，在所述頻帶中，在發射所述聲信號之前，低于預先定義的干擾信號密度閾值的干擾信號密度占主導，和/或其中，發射至少一個具有這樣的所選擇的信號形式的確定的聲學信號，使得所選擇的信號形式與在發射所述確定的聲學信號之前占主導的聲學信號的信號形式分別不同，和/或，其中，如果在目前所使用的位置中出現足夠高的干擾，則根據干擾狀況改變所述至少一個中心頻率。
10.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，尤其為了在運動輔助設備之間的通信，由其他運動輔助設備、尤其是車輛或者車輛環境中的裝置接收和分析處理由所述運動輔助設備發射的聲信號，所述聲信號的特征在于多個中心頻率，和/或，為了從所述運動輔助設備傳輸信息或/和向所述運動輔助設備傳輸信息，為此從一組可能的、對于相應的傳輸伙伴已知的聲信號中選擇確定的聲信號并進行發射，所述聲信號的特征在于多個中心頻率。
11.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，使用所發射的聲信號用于聲學地標記所述運動輔助設備，和/或，其中，根據所計算的與至少一個對象、尤其第二運動輔助設備碰撞的概率來選擇所發射的、用于聲學地標記所述運動輔助設備的信號的信號形式和/或信號強度變化曲線和/或至少一個信號塊序列和/或頻率變化曲線和/或頻帶。
12.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，在分析處理所接收的、用于確定第一對象的位置和/或運動的聲信號之前，以與所接收的聲信號的回波傳播時間有關的增益來放大由所接收的聲信號的回波所產生的電信號。
13.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，為了分析處理所述聲信號，確定和提供所接收的聲信號的有關周期持續時間的時間變化曲線的測量序列，并與至少一個參考序列進行比較，并且確定有關所述測量序列與所述參考序列的偏差的比較信息，并且，為了確定至少有關所發射的聲信號中的一個聲信號的信息和為了確定所述第一對象的位置和/或運動和/或為了確定至少一個反射性的、位于所述自身車輛和所述第一對象之間的第二對象的位置和/或運動和/或至少一個形式特征，考慮所述比較信息的至少一個分序列。
14.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，根據所發射的聲學信號的傳播時間相對彼此的差別求取配有至少兩個在空間上分離的聲學接收器的觀察器與聲源在空間上的關系和/或接收器與配有至少兩個在空間上分離的光源的發射器在空間上的關系。
15.一種裝置，其用于與運動輔助設備的環境進行信息交換和/或用于通過借助于脈沖形發射的聲信號確定對象在運動輔助設備的環境中的位置和/或運動來聲學地檢測運動輔助設備的環境，和/或，通過發射一組可能的信號形式中的確定的信號形式進行信息傳輸，其中，所述裝置構造用于實施根據以上權利要求中任一項所述的方法。
16.根據權利要求15所述的裝置，所述裝置包含多個本地控制設備，所述多個本地控制設備能夠分別控制為了環境檢測而使用的用于發射的轉換器中的多個和/或分析處理由所述轉換器所接收的聲學信號，其中，所述轉換器如此構造，使得為了進行分析處理而在至少各個本地控制設備中分析處理所述環境的子區域的信號并因此提供借助于多個轉換器所產生的關于所檢測的環境的信息用于進一步處理，和/或，其中，所述裝置還具有至少一個不直接安裝在車輛外殼上的本地控制設備，和/或，其中，尤其為了協調所述聲學發射的時間特性，所述控制設備通過合適的手段相互同步。
17.根據權利要求15或16所述的裝置，所述裝置具有控制裝置，所述控制裝置構造用于控制借助于所述裝置發射的聲信號中的和/或為了標記所述運動輔助設備而發射的聲信號中的至少一個聲信號的信號形式和/或信號強度變化曲線和/或至少一個信號塊序列和/或頻率變化曲線和/或頻帶。
18.根據權利要求15至17中任一項所述的裝置，所述裝置具有聲學傳感器，所述聲學傳感器具有為了發射和/或接收聲信號而設置的膜片，所述膜片具有至少兩個子區域，所述至少兩個子區域具有分別不同的諧振特性，并且所述聲傳感器如此設置，使得能夠借助于至少一個耦合到所述膜片上的電子機械式轉換器、通過以匹配于相應的諧振特性的控制頻率相應地控制所述膜片來利用不同的諧振特性。
19.一種遮蓋設備，其用于遮蓋固定在運動輔助設備的空隙中的、尤其在車輛外部部件的空隙中的、根據權利要求15至18中任一項所述的裝置，其中，所述遮蓋設備如此構造，使得當所述遮蓋設備與待遮蓋的裝置以及運動輔助設備相連接時，所述遮蓋設備形狀鎖合地蓋上所述待遮蓋的裝置和/或至少部分地形狀鎖合地蓋上所述運動輔助設備，和/或，所述遮蓋設備具有如此選擇的剛性，使得由于所述遮蓋裝置，在所選擇的頻率范圍內、尤其在人的可聽范圍內出現所發射和/或所接收的聲信號的最小的衰減，和/或，所述遮蓋設備能與被所述待遮蓋的裝置所包括的電子聲學轉換器的膜片聲學地耦合。
20.一種運動輔助設備、尤其是機動車，其具有根據權利要求15至18中任一項所述的 裝直。
21.根據權利要求20所述的運動輔助設備，所述運動輔助設備具有根據權利19所述的用于遮蓋所述裝置的機械式遮蓋設備，和/或，所述運動輔助設備如此設置，使得所述裝置的至少一個傳感器或傳感器元件、尤其是聲學轉換器設置在所述運動輔助裝置的凹槽中或者向外敞開的空腔中，其中，所述凹槽或者所述向外敞開的空腔通過至少一個車輛裝飾元件構成，其外側 不因容納所述裝置的傳感器或者超聲傳感器元件而中斷。
【文檔編號】G01S15/93GK103988093SQ201280061095
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年11月13日 優先權日:2011年12月12日
【發明者】M·卡爾 申請人:羅伯特·博世有限公司