DE102017122477B4

DE102017122477B4 - Method for operating an ultrasonic sensor for a motor vehicle with object recognition in the near and far range, ultrasonic sensor device, driver assistance system and motor vehicle

Info

Publication number: DE102017122477B4
Application number: DE102017122477.7A
Authority: DE
Inventors: Fabian Haag; Bastian Hafner
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2021-07-01
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: DE102017122477A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors (4) für ein Kraftfahrzeug (1), bei welchem während einer Sendephase (10) mit dem Ultraschallsensor (4) ein frequenzmoduliertes Ultraschallsignal (T) ausgesendet wird, in einer sich an die Sendephase (10) anschließenden Empfangsphase (11) ein Empfangssignal (14) bestimmt wird, welches eine Schwingung einer Membran des Ultraschallsensors (4) beschreibt, und überprüft wird, ob das Empfangssignal (14) zumindest ein Echo (E1, E2, E3) des ausgesendeten Ultraschallsignals (T), welches von einem Objekt (8) in einem Umgebungsbereich (9) des Kraftfahrzeugs (1) zu dem Ultraschallsensor (4) reflektiert wurde, beschreibt, dadurch gekennzeichnet, dass falls das Empfangssignal (14) zumindest zwei Echos (E1, E2, E3) des Ultraschallsignals (T) beschreibt, für einen vorbestimmten Zeitpunkt ein Frequenzunterschied (Δf) zwischen den zumindest zwei Echos (E1, E2, E3) bestimmt wird und anhand des Frequenzunterschieds (Δf) überprüft wird, ob zumindest eines der zumindest zwei Echos (E1, E2, E3) während der Sendephase (10) zu dem Ultraschallsensor (4) reflektiert wurde.Method for operating an ultrasonic sensor (4) for a motor vehicle (1), in which a frequency-modulated ultrasonic signal (T) is transmitted with the ultrasonic sensor (4) during a transmission phase (10) and in a reception phase (10) following the transmission phase (10). 11) a received signal (14) is determined which describes an oscillation of a membrane of the ultrasonic sensor (4), and it is checked whether the received signal (14) has at least one echo (E1, E2, E3) of the transmitted ultrasonic signal (T), which was reflected by an object (8) in a surrounding area (9) of the motor vehicle (1) to the ultrasonic sensor (4), characterized in that if the received signal (14) at least two echoes (E1, E2, E3) of the ultrasonic signal (T) describes a frequency difference (.DELTA.f) between the at least two echoes (E1, E2, E3) is determined for a predetermined point in time and, on the basis of the frequency difference (.DELTA.f), it is checked whether at least one de r at least two echoes (E1, E2, E3) were reflected to the ultrasonic sensor (4) during the transmission phase (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors für ein Kraftfahrzeug, bei welchem während einer Sendephase mit dem Ultraschallsensor ein frequenzmoduliertes Ultraschallsignal ausgesendet wird, in einer sich an die Sendephase anschließenden Empfangsphase ein Empfangssignal bestimmt wird, welches eine Schwingung einer Membran des Ultraschallsensors beschreibt, und überprüft wird, ob das Empfangssignal zumindest ein Echo des ausgesendeten Ultraschallsignals, welches von einem Objekt in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu dem Ultraschallsensor reflektiert wurde, beschreibt. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem sowie ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a method for operating an ultrasonic sensor for a motor vehicle, in which a frequency-modulated ultrasonic signal is transmitted with the ultrasonic sensor during a transmission phase, in a reception phase following the transmission phase a received signal is determined which describes an oscillation of a membrane of the ultrasonic sensor, and it is checked whether the received signal describes at least one echo of the transmitted ultrasonic signal which was reflected to the ultrasonic sensor from an object in an area surrounding the motor vehicle. The present invention also relates to an ultrasonic sensor device for a motor vehicle. The present invention also relates to a driver assistance system and a motor vehicle.

Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensorvorrichtungen für Kraftfahrzeuge. Derartige Ultraschallsensorvorrichtungen können in Fahrerassistenzsystemen, beispielsweise Systemen zur Umfelderfassung oder Parkhilfesystemen, eingesetzt werden. Eine solche Ultraschallsensorvorrichtung umfasst einen oder mehrere Ultraschallsensoren, mit denen jeweils ein Abstand zu einem Objekt beziehungsweise einem Hindernis bestimmt werden kann. Die Ultraschallsensoren umfassen eine Membran, die zum Aussenden eines Ultraschallsignals mit einem entsprechenden Wandlerelement beziehungsweise Schallwandlerelement zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Das von dem Ultraschallsensor ausgesendete Ultraschallsignal wird dann von dem Objekt reflektiert und trifft wieder auf die Membran des Ultraschallsensors auf. Infolge des auftreffenden Ultraschallsignals wird die Membran zu mechanischen Schwingungen angeregt. Diese mechanischen Schwingungen können mit dem Wandlerelement erfasst werden und in Form eines Empfangssignals ausgegeben werden. Um ein reflektiertes Ultraschallsignal beziehungsweise ein Echo des Ultraschallsignals identifizieren zu können, werden heutzutage diverse Filter eingesetzt, welche das ausgesendete Ultraschallsignal mit dem empfangenen Ultraschallsignal vergleichen. Anhand der Laufzeit des Ultraschallsignals kann dann auf die Entfernung zu dem Objekt geschlossen werden.In the present case, the interest is directed towards ultrasonic sensor devices for motor vehicles. Such ultrasonic sensor devices can be used in driver assistance systems, for example systems for detecting the surroundings or parking assistance systems. Such an ultrasonic sensor device comprises one or more ultrasonic sensors, with each of which a distance to an object or an obstacle can be determined. The ultrasonic sensors comprise a membrane which, in order to emit an ultrasonic signal, is excited to produce mechanical vibrations with a corresponding transducer element or sound transducer element. The ultrasonic signal emitted by the ultrasonic sensor is then reflected by the object and strikes the membrane of the ultrasonic sensor again. As a result of the incident ultrasonic signal, the membrane is excited to mechanical vibrations. These mechanical vibrations can be detected with the transducer element and output in the form of a received signal. In order to be able to identify a reflected ultrasonic signal or an echo of the ultrasonic signal, various filters are used nowadays which compare the transmitted ultrasonic signal with the received ultrasonic signal. The distance to the object can then be deduced from the transit time of the ultrasonic signal.

Die Verwendung eines Ultraschallsensors als Sender und als Empfänger des Ultraschallsignals weist allerdings einen Zielkonflikt auf. Für die Messung von großen Distanzen eignen sich aufgrund ihrer höheren Signalleistung und des höheren übertragbaren Informationsgehalts lange Ultraschallpulse, welche beispielsweise eine Sendedauer von 2 ms aufweisen, besser als kurze Ultraschallpulse. Für die Messung von kurzen Distanzen sind lange Ultraschallpulse aber ungeeignet, wenn derselbe Ultraschallsensor sowohl zum Senden als auch zum Empfangen des Ultraschallsignals eingesetzt werden soll. Der Grund hierfür ist, dass der Ultraschallsensor in der Sendephase während des Aussendens des Ultraschallsignals kein Echo empfangen kann. Es entsteht folglich ein sogenannter Blindbereich, welcher mit der Sendedauer des Ultraschallsignals anwächst. Klassischerweise wird diesem Umstand entweder durch einen Kompromiss begegnet, es wird also ein mittellanger Puls, beispielsweise mit einer Sendedauer von 300 µs, ausgesendet, oder es wird von Messung zu Messung zwischen unterschiedlichen Messmodi umgeschaltet. Beide Verfahren bringen offensichtliche Nachteile mit sich.However, the use of an ultrasonic sensor as a transmitter and as a receiver of the ultrasonic signal has a conflict of objectives. Long ultrasound pulses, which have a transmission duration of 2 ms, for example, are better than short ultrasound pulses for the measurement of large distances due to their higher signal power and the higher transferable information content. However, long ultrasonic pulses are unsuitable for measuring short distances if the same ultrasonic sensor is to be used both for sending and receiving the ultrasonic signal. The reason for this is that the ultrasonic sensor cannot receive an echo in the transmission phase while the ultrasonic signal is being transmitted. As a result, a so-called blind area is created, which increases with the duration of the transmission of the ultrasonic signal. Classically, this circumstance is either countered by a compromise, i.e. a medium-length pulse, for example with a transmission duration of 300 μs, is transmitted, or a switch is made from measurement to measurement between different measurement modes. Both methods have obvious disadvantages.

In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2011 075 484 A1 ein Ultraschall-Messsystem zum Detektieren eines Hindernisses mit einem Ultraschallsensor, welcher ein Wandlerelement zum Aussenden eines Ultraschallpulses und zum Erzeugen eines Empfangssignals aufweist. Ferner weist das Ultraschall-Messsystem eine Auswerteeinheit mit einer Steuereinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, ein Wandlerelement des Ultraschallsensors zum Aussenden des Ultraschallpulses anzuregen. Dabei ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, ein frequenzmoduliertes Sendesignal mittels eines Modulationssignals so zu erzeugen, dass sich die Signatur des Ultraschallpulses von der eines Ausschwingsignals unterscheidet. Ferner umfasst die Auswerteeinheit mindestens einen Korrelationsfilter, wobei der mindestens eine Korrelationsfilter dazu ausgebildet ist, das von dem Wandlerelement erzeugte Signal mit dem Sendesignal zu korrelieren.In this context, describes the DE 10 2011 075 484 A1 an ultrasonic measuring system for detecting an obstacle with an ultrasonic sensor which has a transducer element for emitting an ultrasonic pulse and for generating a received signal. Furthermore, the ultrasonic measuring system has an evaluation unit with a control device which is designed to stimulate a transducer element of the ultrasonic sensor to emit the ultrasonic pulse. The control device is designed to generate a frequency-modulated transmission signal by means of a modulation signal in such a way that the signature of the ultrasonic pulse differs from that of a decay signal. Furthermore, the evaluation unit comprises at least one correlation filter, the at least one correlation filter being designed to correlate the signal generated by the converter element with the transmission signal.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie Objekte in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs mithilfe eines Ultraschallsensors der eingangs genannten Art auf zuverlässigere Weise erfasst werden können. Zudem sollen eine entsprechende Ultraschallsensorvorrichtung, ein Fahrerassistenzsystem und ein Kraftfahrzeug bereitgestellt werden.It is the object of the present invention to provide a solution as to how objects in an area surrounding a motor vehicle can be detected in a more reliable manner with the aid of an ultrasonic sensor of the type mentioned at the beginning. In addition, a corresponding ultrasonic sensor device, a driver assistance system and a motor vehicle are to be provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this object is achieved by a method, by an ultrasonic sensor device, by a driver assistance system and by a motor vehicle having the features according to the respective independent claims. Advantageous further developments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines Ultraschallsensors für ein Kraftfahrzeug wird bevorzugt während einer Sendephase mit dem Ultraschallsensor insbesondere ein frequenzmoduliertes Ultraschallsignal ausgesendet. In einer sich an die Sendephase anschließenden Empfangsphase wird bevorzugt ein Empfangssignal bestimmt, welches insbesondere eine Schwingung einer Membran des Ultraschallsensors beschreibt. Darüber hinaus wird insbesondere überprüft, ob das Empfangssignal zumindest ein Echo des ausgesendeten Ultraschallsignals, welches bevorzugt von einem Objekt in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu dem Ultraschallsensor reflektiert wurde, beschreibt. Darüber hinaus ist es bevorzugt vorgesehen, dass, falls das Empfangssignal zumindest zwei Echos des Ultraschallsignals beschreibt, insbesondere für einen vorbestimmten Zeitpunkt einen Frequenzunterschied zwischen den zumindest zwei Echos bestimmt wird. Ferner wird bevorzugt anhand des Frequenzunterschieds überprüft, ob zumindest eines der zumindest zwei Echos während der Sendephase zu dem Ultraschallsensor reflektiert wurde.According to one embodiment of a method for operating an ultrasonic sensor for a motor vehicle, in particular a frequency-modulated ultrasonic signal is preferably transmitted during a transmission phase with the ultrasonic sensor. In a reception phase following the transmission phase, a reception signal is preferably determined which, in particular, represents an oscillation describes a membrane of the ultrasonic sensor. In addition, it is checked in particular whether the received signal describes at least one echo of the transmitted ultrasonic signal, which was preferably reflected to the ultrasonic sensor from an object in an area surrounding the motor vehicle. In addition, it is preferably provided that, if the received signal describes at least two echoes of the ultrasonic signal, a frequency difference between the at least two echoes is determined, in particular for a predetermined point in time. Furthermore, it is preferably checked on the basis of the frequency difference whether at least one of the at least two echoes was reflected to the ultrasonic sensor during the transmission phase.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines Ultraschallsensors für ein Kraftfahrzeug. Hierbei wird während einer Sendephase mit dem Ultraschallsensor ein frequenzmoduliertes Ultraschallsignal ausgesendet. In einer sich an die Sendephase anschließenden Empfangsphase wird ein Empfangssignal bestimmt, welches eine Schwingung einer Membran des Ultraschallsensors beschreibt. Außerdem wird überprüft, ob das Empfangssignal zumindest ein Echo des ausgesendeten Ultraschallsignals, welches von einem Objekt in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu dem Ultraschallsensor reflektiert wurde, beschreibt. Falls das Empfangssignal zumindest zwei Echos des Ultraschallsignals beschreibt, wird für einen vorbestimmten Zeitpunkt ein Frequenzunterschied zwischen den zumindest zwei Echos bestimmt. Ferner wird anhand des Frequenzunterschieds überprüft, ob zumindest eines der zumindest zwei Echos während der Sendephase zu dem Ultraschallsensor reflektiert wurde.A method according to the invention is used to operate an ultrasonic sensor for a motor vehicle. In this case, a frequency-modulated ultrasonic signal is transmitted with the ultrasonic sensor during a transmission phase. In a reception phase following the transmission phase, a reception signal is determined which describes an oscillation of a membrane of the ultrasonic sensor. In addition, it is checked whether the received signal describes at least one echo of the transmitted ultrasonic signal, which was reflected to the ultrasonic sensor from an object in a surrounding area of the motor vehicle. If the received signal describes at least two echoes of the ultrasonic signal, a frequency difference between the at least two echoes is determined for a predetermined point in time. In addition, the frequency difference is used to check whether at least one of the at least two echoes was reflected to the ultrasonic sensor during the transmission phase.

Mithilfe des Verfahrens soll ein Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug betrieben werden. Dieser Ultraschallsensor dient dazu, Objekte in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu erfassen und/oder einen Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt zu bestimmen. Der Ultraschallsensor kann beispielsweise Teil eines Fahrerassistenzsystems sein. Der Ultraschallsensor umfasst eine Membran, welche topfförmig ausgebildet sein kann und aus einem Metall gebildet sein kann. Diese Membran ist mit einem Wandlerelement beziehungsweise Schallwandlerelement zur Schwingungsübertragung verbunden. Das Wandlerelement kann beispielsweise als piezoelektrisches Element gebildet sein. Zum Aussenden des Ultraschallsignals wird das Wandlerelement zum Schwingen angeregt. Hierzu kann eine zeitlich veränderliche elektrische Spannung an dem Wandlerelement angelegt werden. Durch die Schwingung des Wandlerelements wird auch die Membran des Ultraschallsensors zum Schwingen angeregt und sendet das Ultraschallsignal aus. Das Wandlerelement wird während einer Sendephase zum Schwingen angeregt. In einer sich an die Sendephase anschließenden Empfangsphase schwingt die Membran des Ultraschallsensors zunächst aus. Danach können Echos des Ultraschallsignals empfangen werden. Wenn das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal beziehungsweise das zumindest eine Echo des Ultraschallsignals wieder auf die Membran des Ultraschallsensors trifft, wird diese zum Schwingen angeregt. Diese Schwingung überträgt sich auf das Wandlerelement. In Abhängigkeit von der Schwingung des Wandlerelements kann mit diesem das Empfangssignal, beispielsweise in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung, ausgegeben werden. Dieses Empfangssignal kann nun daraufhin untersucht werden, ob dieses das zumindest eine Echo des Ultraschallsignals beschreibt. Somit können in der Empfangsphase nach dem Aussenden des Ultraschallsignals und nach dem Ausschwingen der Membran des Ultraschallsensors Echos des Ultraschallsignals empfangen werden. Dies ermöglicht es, Objekte in einem sogenannten Fernbereich in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu erkennen. Dieser Fernbereich kann insbesondere einen Bereich in einem Abstand von wenigen Dezimetern bis zu einigen Metern zu dem Kraftfahrzeug beschreiben.An ultrasonic sensor for a motor vehicle is to be operated with the aid of the method. This ultrasonic sensor is used to detect objects in an area surrounding the motor vehicle and / or to determine a distance between the motor vehicle and the object. The ultrasonic sensor can be part of a driver assistance system, for example. The ultrasonic sensor comprises a membrane which can be cup-shaped and can be made from a metal. This membrane is connected to a transducer element or sound transducer element for transmitting vibrations. The transducer element can be formed, for example, as a piezoelectric element. The transducer element is excited to vibrate in order to emit the ultrasonic signal. For this purpose, a time-varying electrical voltage can be applied to the converter element. The vibration of the transducer element also causes the membrane of the ultrasonic sensor to vibrate and sends out the ultrasonic signal. The transducer element is excited to vibrate during a transmission phase. In a receiving phase following the transmission phase, the membrane of the ultrasonic sensor initially swings out. Then echoes of the ultrasonic signal can be received. When the ultrasonic signal reflected by the object or the at least one echo of the ultrasonic signal hits the membrane of the ultrasonic sensor again, it is excited to oscillate. This vibration is transmitted to the transducer element. Depending on the vibration of the transducer element, the received signal can be output with it, for example in the form of a time-varying electrical voltage. This received signal can then be examined to determine whether it describes the at least one echo of the ultrasonic signal. Thus, echoes of the ultrasonic signal can be received in the reception phase after the ultrasonic signal has been transmitted and after the membrane of the ultrasonic sensor has oscillated. This makes it possible to detect objects in what is known as a far area in the area surrounding the motor vehicle. This far range can in particular describe an area at a distance of a few decimeters to a few meters from the motor vehicle.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es nun vorgesehen, dass zumindest zwei Echos des Ultraschallsignals untersucht werden. Diese zumindest zwei Echos beschreiben insbesondere Mehrfachreflexionen des Ultraschallsignals. Bei einer solchen Mehrfachreflexion wird das von dem Ultraschallsensor ausgesendete Ultraschallsignal zunächst an dem Objekt reflektiert und anschließend wieder an dem Kraftfahrzeug beziehungsweise an dem Ultraschallsensor reflektiert und anschließend wieder an dem Objekt reflektiert. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass es sich bei dem ausgesendeten Ultraschallsignal um ein frequenzmoduliertes Ultraschallsignal handelt. Bei dem Ultraschallsignal handelt es sich um einen Ultraschallpuls, welcher für eine vorbestimmte Sendedauer ausgesendet wird. Dabei wird eine Frequenz des Ultraschallsignals während des Aussendens verändert. Insbesondere handelt es sich bei dem ausgesendeten Ultraschallsignal um einen Chirp, bei welchem die Frequenz beispielsweise linear erhöht oder verringert wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine nichtlineare, monotone Frequenzmodulation beim Aussenden des Ultraschallsignals verwendet wird. Wenn nun die zumindest zwei Echos in dem Empfangssignal erkannt werden, kann zu einem vorbestimmten Zeitpunkt beziehungsweise Auswertezeitpunkt ein Frequenzunterschied zwischen den zumindest zwei Echos bestimmt werden. Die zumindest zwei Echos werden zeitlich aufeinanderfolgend von dem Ultraschallsensor empfangen und in Form des Empfangssignals aufgezeichnet. Da es sich bei den Echos des Ultraschallsignals ebenfalls um frequenzmodulierte Signale handelt, weisen die zeitlich nacheinander auf den Ultraschallsensor auftreffenden Echos einen Frequenzunterschied auf. Auf Grundlage des Frequenzunterschieds zwischen den zumindest zwei Echos kann nun überprüft werden, ob zumindest eines der zumindest zwei Echos während der Sendephase zu dem Ultraschallsensor reflektiert wurde. Von dem ausgesendeten Ultraschallsignal ist der zeitliche Verlauf der Frequenz bekannt. Wenn nun der Frequenzunterschied zwischen den zumindest zwei Echos bestimmt wird, kann ermittelt werden, welchen Versatz die zumindest zwei nacheinander empfangenen Echos zueinander aufweisen. Somit kann insbesondere bestimmt werden, ob das erste Echo der zumindest zwei Echos bereits zu dem Ultraschallsensor zurückreflektiert wurde, während der Sensor noch in der Sendephase zum Aussenden des Ultraschallsignals betrieben wurde. Auf diese Weise können Rückschlüsse darüber getroffen werden, ob Objekte in einem Nahbereich und beispielsweise einem Ultra-Nahbereich, welcher einen Abstand von geringer als 0,5 m zu dem Kraftfahrzeug beschreibt, vorhanden sind.According to an essential aspect of the present invention, it is now provided that at least two echoes of the ultrasonic signal are examined. These at least two echoes describe in particular multiple reflections of the ultrasonic signal. With such a multiple reflection, the ultrasonic signal emitted by the ultrasonic sensor is first reflected on the object and then reflected again on the motor vehicle or on the ultrasonic sensor and then reflected again on the object. Furthermore, it is provided that the transmitted ultrasonic signal is a frequency-modulated ultrasonic signal. The ultrasonic signal is an ultrasonic pulse which is transmitted for a predetermined transmission duration. A frequency of the ultrasonic signal is changed during the transmission. In particular, the emitted ultrasonic signal is a chirp in which the frequency is increased or decreased linearly, for example. It can also be provided that a non-linear, monotonic frequency modulation is used when the ultrasonic signal is transmitted. If the at least two echoes are now recognized in the received signal, a frequency difference between the at least two echoes can be determined at a predetermined point in time or evaluation point in time. The at least two echoes are received consecutively in time by the ultrasonic sensor and recorded in the form of the received signal. Since the echoes of the ultrasonic signal are also frequency-modulated signals, the echoes hitting the ultrasonic sensor one after the other have a frequency difference. On the basis of the frequency difference between the at least two echoes, it can now be checked whether at least one of the at least two echoes was reflected to the ultrasonic sensor during the transmission phase. The frequency profile over time is known from the transmitted ultrasonic signal. If the frequency difference between the at least two echoes is now determined, it can be determined what offset the at least two successively received echoes have with respect to one another. It can thus be determined in particular whether the first echo of the at least two echoes has already been reflected back to the ultrasonic sensor while the sensor was still being operated in the transmission phase for transmitting the ultrasonic signal. In this way, conclusions can be drawn as to whether objects are present in a close range and, for example, an ultra close range, which describes a distance of less than 0.5 m from the motor vehicle.

Dadurch, dass durch dieses Verfahren auch Objekte während der Sendephase detektiert werden können, kann die Sendedauer zum Aussenden des Ultraschallsignals in der Sendephase verhältnismäßig lang gewählt werden. Mit einer solchen langen Sendeauer, welche beispielsweise 2 ms betragen kann, kann eine höhere Signalenergie erzeugt werden und es kann ein höherer Informationsgehalt übertragen werden. Damit können Objekte in einem Fernbereich, welcher beispielsweise mehr als 3 m von dem Kraftfahrzeug entfernt ist, detektiert werden. Gleichzeitig können durch die Auswertung des Frequenzunterschieds auch Objekte in dem Nahbereich beziehungsweise Ultra-Nahbereich, welcher beispielsweise weniger als 0,5 m vom Kraftfahrzeug entfernt ist, erkannt werden. Somit können Objekte in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs insgesamt zuverlässiger erkannt beziehungsweise detektiert werden.Because objects can also be detected during the transmission phase using this method, the transmission duration for transmitting the ultrasonic signal in the transmission phase can be selected to be relatively long. With such a long transmission signal, which can be, for example, 2 ms, a higher signal energy can be generated and a higher information content can be transmitted. Objects can thus be detected in a far area which is, for example, more than 3 m away from the motor vehicle. At the same time, by evaluating the frequency difference, objects in the close range or ultra close range, which is less than 0.5 m away from the motor vehicle, for example, can be recognized. Objects in the area surrounding the motor vehicle can thus be recognized or detected more reliably overall.

Bevorzugt wird aus dem Frequenzunterschied ein zeitlicher Versatz zwischen den zumindest zwei Echos bestimmt und anhand des zeitlichen Versatzes wird überprüft, ob zumindest eines der zumindest zwei Echos während der Sendephase zu dem Ultraschallsensor reflektiert wurde. Wie bereits erläutert, ist der zeitliche Verlauf der Frequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals bekannt. Die zumindest zwei empfangenen Echos weisen den gleichen zeitlichen Verlauf der Frequenz auf. Auf Grundlage des Frequenzunterschieds kann dann der zeitliche Versatz bestimmt werden. Der zeitliche Versatz beschreibt die zeitliche Dauer zwischen dem Empfangen der zumindest zwei aufeinanderfolgenden Echos. Auf diese Weise kann bestimmt werden, wann diese Echos empfangen wurden, und ob diese während der Sendephase empfangen wurden.A time offset between the at least two echoes is preferably determined from the frequency difference, and the time offset is used to check whether at least one of the at least two echoes was reflected to the ultrasonic sensor during the transmission phase. As already explained, the time course of the frequency of the transmitted ultrasonic signal is known. The at least two received echoes have the same frequency profile over time. The time offset can then be determined on the basis of the frequency difference. The time offset describes the time duration between the reception of the at least two successive echoes. In this way it can be determined when these echoes were received and whether they were received during the transmission phase.

In einer weiteren Ausführungsform wird anhand des zeitlichen Versatzes erkannt, ob die zumindest zwei Echos von einer Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals zwischen dem Objekt und dem Kraftfahrzeug stammen. Ferner wird ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt anhand des zeitlichen Versatzes bestimmt, falls die zumindest zwei Echos von der Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals stammen. Es kann zunächst überprüft werden, ob die zumindest zwei aufeinanderfolgenden Echos von einer Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals stammen. Hierzu kann beispielsweise überprüft werden, ob der Frequenzunterschied in einem vorbestimmten Wertebereich liegt. Bei der Mehrfachreflexion weist die Laufzeit des zweiten Echos den doppelten Wert der Laufzeit des ersten Echos auf. Bei dem dritten Echo weist die Laufzeit den dreifachen Wert der Laufzeit des ersten Echos auf. Entsprechende Beziehungen bestehen auf zwischen dem zweiten und dem dritten Echo. Eine solche Mehrfachreflexion tritt auf, wenn es sich bei dem Objekt um ein nahes Objekt handelt und eine Fläche beziehungsweise eine Seite, an welcher das Ultraschallsignal reflektiert wird, im Wesentlichen senkrecht zu einer Aussenderichtung des Ultraschallsignals verläuft und/oder wenn diese Fläche parallel zu einer Fläche des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Membran des Ultraschallsensors, ist. Wenn nun anhand des Frequenzunterschieds erkannt wird, dass die zumindest zwei Echos von der Mehrfachreflexion stammen, kann der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt anhand des zeitlichen Versatzes bestimmt werden. Bei der Mehrfachreflexion entspricht der zeitliche Versatz zwischen den zumindest zwei aufeinanderfolgenden Echos der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des ersten Echos. Hieraus kann dann auf Grundlage der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals in der Luft der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt bestimmt werden.In a further embodiment, the time offset is used to identify whether the at least two echoes originate from a multiple reflection of the ultrasonic signal between the object and the motor vehicle. Furthermore, a distance between the ultrasonic sensor and the object is determined on the basis of the time offset if the at least two echoes originate from the multiple reflection of the ultrasonic signal. It can first be checked whether the at least two successive echoes originate from a multiple reflection of the ultrasonic signal. For this purpose, it can be checked, for example, whether the frequency difference lies in a predetermined value range. In the case of multiple reflections, the transit time of the second echo has twice the value of the transit time of the first echo. In the case of the third echo, the transit time has three times the value of the transit time of the first echo. Corresponding relationships exist between the second and third echoes. Such a multiple reflection occurs when the object is a close object and a surface or a side on which the ultrasonic signal is reflected runs essentially perpendicular to an emission direction of the ultrasonic signal and / or when this surface is parallel to a surface of the motor vehicle, in particular the membrane of the ultrasonic sensor. If it is now recognized on the basis of the frequency difference that the at least two echoes originate from the multiple reflection, the distance between the ultrasonic sensor and the object can be determined on the basis of the time offset. In the case of multiple reflection, the time offset between the at least two successive echoes corresponds to the transit time between the transmission of the ultrasonic signal and the reception of the first echo. From this, the distance between the ultrasonic sensor and the object can then be determined on the basis of the known propagation speed of the ultrasonic signal in the air.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der zeitliche Versatz anhand des Frequenzunterschieds, einer Sendedauer der Sendephase und eines Unterschieds zwischen einer Startfrequenz und einer Endfrequenz des Ultraschallsignals bestimmt wird. Beim Aussenden des Ultraschallsignals ist die Sendedauer bekannt. Darüber hinaus ist der Frequenzunterschied zwischen der Startfrequenz und der Endfrequenz des Ultraschallsignals bekannt. Wie bereits erläutert, kann es sich bei dem Ultraschallsignal bevorzugt um ein Chirp-Signal handeln, bei welchem die Frequenz von der Startfrequenz zu der Endfrequenz linear erhöht oder verringert wird. Dabei entspricht ein Verhältnis zwischen dem Frequenzunterschied und dem zeitlichen Versatz einem Verhältnis des Unterschieds zwischen der Startfrequenz und der Endfrequenz sowie der Sendedauer. Hieraus kann dann der zeitliche Versatz auf einfache und zuverlässige Weise bestimmt werden.It is also advantageous if the time offset is determined on the basis of the frequency difference, a transmission duration of the transmission phase and a difference between a start frequency and an end frequency of the ultrasonic signal. When the ultrasonic signal is transmitted, the transmission time is known. In addition, the frequency difference between the start frequency and the end frequency of the ultrasonic signal is known. As already explained, the ultrasonic signal can preferably be a chirp signal in which the frequency is increased or decreased linearly from the start frequency to the end frequency. A ratio between the frequency difference and the time offset corresponds to a ratio of the difference between the start frequency and the end frequency as well as the transmission duration. From this the time offset can be determined in a simple and reliable manner.

In einer weiteren Ausführungsform wird als das Ultraschallsignal ein Chirp in einem Frequenzbereich, welcher sich von einer Startfrequenz bis zu einer Endfrequenz erstreckt, ausgesendet, wobei der Frequenzbereich unterhalb oder oberhalb einer Resonanzfrequenz der Membran des Ultraschallsensors liegt. Beispielsweise kann es sich bei dem Ultraschallsignal um einen linear steigenden Chirp handeln, bei welchem die Frequenz von der Startfrequenz zu der Endfrequenz, welche unterhalb der Resonanzfrequenz liegt, erhöht wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Startfrequenz oberhalb der Resonanzfrequenz liegt. Hierbei wird berücksichtigt, dass die Membran des Ultraschallsensors nach dem Aussenden des Ultraschallsignals mit der Resonanzfrequenz ausschwingt. Somit können in dem Empfangssignal Anteile, welche von dem Ausschwingen der Membran stammen, deutlich von Anteilen, welche die Echos des Ultraschallsignals beschreiben, unterschieden werden.In a further embodiment, a chirp is transmitted as the ultrasonic signal in a frequency range which extends from a start frequency to an end frequency, the frequency range being below or above a resonance frequency of the membrane of the ultrasonic sensor. For example, the ultrasonic signal can be a linearly increasing chirp, in which the frequency is increased from the start frequency to the end frequency, which is below the resonance frequency. It can also be provided that the start frequency is above the resonance frequency. It is taken into account here that the membrane of the ultrasonic sensor oscillates at the resonance frequency after the ultrasonic signal has been transmitted. Thus, components in the received signal which originate from the oscillation of the membrane can be clearly distinguished from components which describe the echoes of the ultrasonic signal.

Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass anhand des Frequenzunterschieds überprüft wird, ob zumindest eines der zumindest zwei Echos während eines Ausschwingens eine Membran des Ultraschallsensors zu dem Ultraschallsensor reflektiert wurde. Wie bereits erläutert, ist es bevorzugt vorgesehen, dass sich die Frequenzen des ausgesendeten Ultraschallsignals von der Resonanzfrequenz der Membran des Ultraschallsensors unterscheiden. Somit wird es möglich, auch Echos des Ultraschallsignals während des Ausschwingens der Membran des Ultraschallsensors zu empfangen. Insgesamt kann somit eine zuverlässige Detektion der Objekte in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs ermöglicht werden.In this case, it is provided, in particular, that the frequency difference is used to check whether at least one of the at least two echoes was reflected from a membrane of the ultrasonic sensor to the ultrasonic sensor during a decay. As already explained, it is preferably provided that the frequencies of the transmitted ultrasonic signal differ from the resonance frequency of the membrane of the ultrasonic sensor. It is thus possible to also receive echoes of the ultrasonic signal while the membrane of the ultrasonic sensor is oscillating. Overall, a reliable detection of the objects in the area surrounding the motor vehicle can thus be made possible.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Sendedauer der Sendephase für ein nachfolgendes Aussenden eines Ultraschallsignals mit dem Ultraschallsensor reduziert wird, falls erkannt wird, dass zumindest eines der zumindest zwei Echos während der Sendephase zu dem Ultraschallsensor reflektiert wurde. Wenn erkannt wurde, dass zumindest eines der Echos während der Sendephase zu dem Ultraschallsensor reflektiert wurde, kann davon ausgegangen werden, dass sich das Objekt in dem Nahbereich beziehungsweise Ultra-Nahbereich befindet. In einem nachfolgenden Messzyklus, bei dem ebenfalls ein Ultraschallsignal ausgesendet wird, kann die Sendedauer für das Aussenden des Ultraschallsignals deutlich reduziert werden. Auf diese Weise kann der Ultraschallsensor in einen sogenannten Nahbereichsmodus überführt werden, bei welchem ein Ultraschallpuls beziehungsweise ein Ultraschallsignal mit einer verhältnismäßig geringen Sendedauer ausgesendet wird. Dies ermöglicht es, dieses Objekt in dem Nahbereich zuverlässig zu detektieren.Furthermore, it is advantageous if a transmission duration of the transmission phase for a subsequent transmission of an ultrasonic signal with the ultrasonic sensor is reduced if it is recognized that at least one of the at least two echoes was reflected to the ultrasonic sensor during the transmission phase. If it was recognized that at least one of the echoes was reflected to the ultrasonic sensor during the transmission phase, it can be assumed that the object is located in the close range or ultra close range. In a subsequent measurement cycle, in which an ultrasonic signal is also transmitted, the transmission time for transmitting the ultrasonic signal can be significantly reduced. In this way, the ultrasonic sensor can be converted into what is known as a short-range mode, in which an ultrasonic pulse or an ultrasonic signal is transmitted with a relatively short transmission time. This makes it possible to reliably detect this object in the close range.

In einer weiteren Ausgestaltung werden die zumindest zwei Echos in dem Empfangssignal anhand eines Frequenzspektrums des Empfangssignals und/oder mittels eines Filters erkannt. Für den vorbestimmten Zeitpunkt beziehungsweise Auswertezeitpunkt können Frequenzanteile in dem Empfangssignal untersucht werden, welche mögliche Echos des Ultraschallsignals beschreiben. Zu diesem Zweck kann ein Frequenzspektrum des Empfangssignals bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können Filter, insbesondere Korrelationsfilter, verwendet werden, um die Echos beziehungsweise die Frequenzen der reflektierten Ultraschallsignale in dem Empfangssignal zu erkennen.In a further embodiment, the at least two echoes in the received signal are recognized using a frequency spectrum of the received signal and / or by means of a filter. For the predetermined point in time or evaluation point in time, frequency components in the received signal can be examined which describe possible echoes of the ultrasonic signal. For this purpose, a frequency spectrum of the received signal can be determined. Alternatively or in addition, filters, in particular correlation filters, can be used to identify the echoes or the frequencies of the reflected ultrasonic signals in the received signal.

Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen Ultraschallsensor und ein Steuergerät. Die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung ist bevorzugt zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung mehrere Ultraschallsensoren aufweist. Diese können dann beispielsweise verteilt an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden. Der zumindest eine Ultraschallsensor ist zur Datenübertragung mit dem Steuergerät verbunden. Somit können die Empfangssignale, welche mit dem Ultraschallsensor bereitgestellt werden, an das Steuergerät übertragen werden. In gleicher Weise können Steuersignale von dem Steuergerät an den Ultraschallsensor übertragen werden.An ultrasonic sensor device according to the invention for a motor vehicle comprises at least one ultrasonic sensor and a control device. The ultrasonic sensor device according to the invention is preferably designed to carry out a method according to the invention and the advantageous configurations thereof. It can also be provided that the ultrasonic sensor device has a plurality of ultrasonic sensors. These can then, for example, be arranged in a distributed manner on the motor vehicle. The at least one ultrasonic sensor is connected to the control device for data transmission. The received signals which are provided with the ultrasonic sensor can thus be transmitted to the control device. In the same way, control signals can be transmitted from the control device to the ultrasonic sensor.

Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Grundsätzlich können mittels des Fahrerassistenzsystems Objekte in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erkannt werden. Falls erkannt wird, dass eine Kollision mit dem Objekt droht, kann eine entsprechende Warnung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der relativen Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt zumindest semi-autonom manövriert. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem als Parkhilfesystem ausgebildet sein.A driver assistance system according to the invention for a motor vehicle comprises an ultrasonic sensor device according to the invention. In principle, objects in the area surrounding the motor vehicle can be recognized by means of the driver assistance system. If it is recognized that a collision with the object is imminent, a corresponding warning can be output to the driver of the motor vehicle. It can also be provided that the driver assistance system maneuvers the motor vehicle at least semi-autonomously as a function of the relative position between the motor vehicle and the object. For example, the driver assistance system can be designed as a parking aid system.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.A motor vehicle according to the invention comprises a driver assistance system according to the invention. The motor vehicle is designed in particular as a passenger vehicle. It can also be provided that the motor vehicle is designed as a utility vehicle.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The preferred ones presented with reference to the method according to the invention Embodiments and their advantages apply accordingly to the ultrasonic sensor device according to the invention, to the driver assistance system according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the specified combination, but also in other combinations without departing from the scope of the invention . There are thus also embodiments of the invention to be considered as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the figures, but emerge from the explained embodiments and can be generated by separate combinations of features. Designs and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which therefore do not have all the features of an originally formulated independent claim. In addition, designs and combinations of features, in particular through the statements set out above, are to be regarded as disclosed which go beyond the combinations of features set forth in the back-references of the claims or differ from them.

Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail on the basis of preferred exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawings.

Dabei zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welches ein Fahrerassistenzsystem mit einer Ultraschallsensorvorrichtung aufweist;
2 einen zeitlichen Verlauf einer elektrischen Spannung an einem Wandlerelement eines Ultraschallsensors der Ultraschallsensorvorrichtung;
3 ein Diagramm, welches für ein nahes Objekt eine Frequenz eines ausgesendeten Ultraschallsignals sowie mehrerer Echos des Ultraschallsignals in Abhängigkeit von der Zeit zeigt; und
4 ein Diagramm für ein sehr nahes Objekt, welches die Frequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals und mehrerer Echos des Ultraschallsignals in Abhängigkeit von der Zeit zeigt.

Show:

1 a motor vehicle according to an embodiment of the invention, which has a driver assistance system with an ultrasonic sensor device;
2 a time profile of an electrical voltage at a transducer element of an ultrasonic sensor of the ultrasonic sensor device;
3 a diagram which shows a frequency of an emitted ultrasonic signal and several echoes of the ultrasonic signal as a function of time for a nearby object; and
4th a diagram for a very close object, which shows the frequency of the transmitted ultrasonic signal and several echoes of the ultrasonic signal as a function of time.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Insbesondere kann das Fahrerassistenzsystem 2 als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem der Fahrer beim Einparken des Kraftfahrzeugs 1 in eine Parklücke und/oder beim Ausparken des Kraftfahrzeugs 1 aus der Parklücke unterstützt werden kann. 1 shows a motor vehicle 1 according to an embodiment of the present invention in a plan view. The car 1 is presently designed as a passenger car. The car 1 includes a driver assistance system 2 , which is used to assist a driver in driving the motor vehicle 1 to support. In particular, the driver assistance system 2 be designed as a parking aid system, by means of which the driver when parking the motor vehicle 1 into a parking space and / or when pulling out of a parking space 1 can be supported from the parking space.

Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst wiederum eine Ultraschallsensorvorrichtung 3. Die Ultraschallsensorvorrichtung 3 weist zumindest einen Ultraschallsensor 4 auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 zwölf Ultraschallsensoren 4. Dabei sind sechs Ultraschallsensoren 4 an einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 und sechs Ultraschallsensoren 4 an einem Heckbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 4 können insbesondere an den Stoßfängern des Kraftfahrzeugs 1 montiert sein. Dabei können die Ultraschallsensoren 4 zumindest bereichsweise in entsprechenden Ausnehmungen beziehungsweise Durchgangsöffnungen der Stoßfänger angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensoren 4 verdeckt hinter den Stoßfängern angeordnet sind. Grundsätzlich können die Ultraschallsensoren 4 auch an weiteren Verkleidungsteilen beziehungsweise Bauteilen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Beispielsweise können die Ultraschallsensoren 4 an oder verdeckt hinter den Türen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.The driver assistance system 2 again comprises an ultrasonic sensor device 3 . The ultrasonic sensor device 3 has at least one ultrasonic sensor 4th on. In the present exemplary embodiment, the ultrasonic sensor device comprises 3 twelve ultrasonic sensors 4th . There are six ultrasonic sensors 4th at a front area 6th of the motor vehicle 1 and six ultrasonic sensors 4th at a stern area 7th of the motor vehicle 1 arranged. The ultrasonic sensors 4th can in particular on the bumpers of the motor vehicle 1 be mounted. The ultrasonic sensors 4th be arranged at least partially in corresponding recesses or through openings of the bumpers. It can also be provided that the ultrasonic sensors 4th are concealed behind the bumpers. In principle, the ultrasonic sensors 4th also on other trim parts or components of the motor vehicle 1 be arranged. For example, the ultrasonic sensors 4th on or hidden behind the doors of the motor vehicle 1 be arranged.

Mithilfe der jeweiligen Ultraschallsensoren 4 können Empfangssignale 14 (siehe 2) bereitgestellt werden, welche zumindest ein Objekt 8 in einem Umgebungsbereich 9 des Kraftfahrzeugs 1 beschreiben. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 gezeigt. Zum Bestimmen des Empfangssignals 14 kann mit jedem der Ultraschallsensoren 4 ein Ultraschallsignal T ausgesendet werden. Im Anschluss daran kann das von dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal T wieder als Echo E1, E2, E3 empfangen werden. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals T und dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals T kann dann ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 bestimmt werden.With the help of the respective ultrasonic sensors 4th can receive signals 14th (please refer 2 ) are provided, which at least one object 8th in a surrounding area 9 of the motor vehicle 1 describe. An object is shown schematically here 8th in the surrounding area 9 shown. To determine the received signal 14th can work with any of the ultrasonic sensors 4th an ultrasonic signal T be sent out. This can then be done by the object 8th reflected ultrasonic signal T again as an echo E1 , E2 , E3 be received. Based on the transit time between the transmission of the ultrasonic signal T and receiving the from the object 8th reflected ultrasonic signal T can then be a distance between the ultrasonic sensor 4th and the object 8th to be determined.

Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 ein elektronisches Steuergerät 5, welches mit den Ultraschallsensoren 4 zur Datenübertragung verbunden ist. Entsprechende Datenleitungen beziehungsweise ein Datenbus sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Über die Datenleitung können die mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 bestimmten Empfangssignale 14 oder Informationen, welche das jeweilige Empfangssignal 14 beschreiben, an das Steuergerät 5 übertragen werden. Anhand dieser Empfangssignale 14 kann dann das Steuergerät 5 überprüfen, ob sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 befindet und an welcher Position sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 befindet. Diese Information kann dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 genutzt werden, um eine entsprechende Ausgabe an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 auszugeben. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem 2 das Kraftfahrzeug 1 zumindest semi-autonom in Abhängigkeit von dem zumindest einen erfassten Objekt 8 manövriert.In addition, the ultrasonic sensor device comprises 3 an electronic control unit 5 , which with the ultrasonic sensors 4th is connected for data transmission. Corresponding data lines or a data bus are not shown here for the sake of clarity. The data line can be used to communicate with the respective ultrasonic sensors 4th certain received signals 14th or information which the respective received signal 14th describe to the control unit 5 be transmitted. Using these received signals 14th can then the control unit 5 check that the object is 8th in the surrounding area 9 is located and at what position the object is 8th in the surrounding area 9 is located. This information can then be provided by the driver assistance system 2 can be used to provide a corresponding output to the driver of the motor vehicle 1 to spend. It can also be provided that the driver assistance system 2 the car 1 at least semi-autonomously as a function of the at least one detected object 8th maneuvered.

Die jeweiligen Ultraschallsensoren 4 umfassen eine Membran, welche mit einem Wandlerelement verbunden ist. Bei dem Wandlerelement kann es sich beispielsweise um ein piezoelektrisches Element handeln. Zum Aussenden des Ultraschallsignals T kann an dem Wandlerelement eine elektrische Spannung U angelegt werden. Bei dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals T werden die Membran und somit auch das Wandlerelement durch das reflektierte Ultraschallsignal zu Schwingungen angeregt. Hierdurch wird mit dem Wandlerelement ebenfalls die elektrische Spannung U erzeugt. Hierzu zeigt 2 einen Verlauf der elektrischen Spannung U an dem Wandlerelement in Abhängigkeit von der Zeit t.The respective ultrasonic sensors 4th comprise a membrane connected to a transducer element. The transducer element can be a piezoelectric element, for example. For sending the ultrasonic signal T an electrical voltage can be applied to the transducer element U be created. When receiving the from the object 8th reflected ultrasonic signal T the membrane and thus also the transducer element are excited to vibrate by the reflected ultrasonic signal. As a result, the electrical voltage is also generated with the converter element U generated. This shows 2 a curve of the electrical voltage U on the transducer element as a function of time t .

Während einer Sendephase 10 des Ultraschallsensors 4 wird für die Sendedauer t1 das Ultraschallsignal T ausgesendet. Hierzu wird beispielsweise eine sinusförmige elektrische Spannung U an dem Wandlerelement angelegt. Im Anschluss daran schwingt die Membran des Ultraschallsensors 4 für eine Ausschwingdauer t2 aus. Die Sendedauer t1 und die Ausschwingdauer t2 ergeben zusammen die Beruhigungsdauer t3 des Ultraschallsensors 4. An die Sendephase 10, während der das Ultraschallsignal für die Sendedauer t1 ausgesendet wird, schließt sich eine Empfangsphase 11 an, während der Echos E1, E2, E3 des Ultraschallsignals T, also Reflexionen des ausgesendeten Ultraschallsignals T, empfangen werden können. Vorliegend wird ein erstes Echo E1 nach einer Laufzeit t4 empfangen.During a transmission phase 10 of the ultrasonic sensor 4th is used for the duration of the broadcast t1 the ultrasonic signal T sent out. A sinusoidal electrical voltage is used for this purpose, for example U applied to the transducer element. The membrane of the ultrasonic sensor then vibrates 4th for a decay time t2 out. The transmission time t1 and the decay time t2 together result in the calming period t3 of the ultrasonic sensor 4th . To the sending phase 10 , during which the ultrasonic signal for the transmission duration t1 is sent, a reception phase closes 11 on while the echoes E1 , E2 , E3 of the ultrasonic signal T , i.e. reflections of the transmitted ultrasonic signal T , can be received. There is a first echo here E1 after a term t4 receive.

3 zeigt einen Heckbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 sowie das Objekt 8. Bei dem Objekt 8 handelt es sich vorliegend um ein hohes Objekt, wobei eine dem Kraftfahrzeug 1 zugwandte Fläche 12 des Objekts 8 im Wesentlichen senkrecht zu einer Aussenderichtung des Ultraschallsignals T verläuft. Bei einer derartigen Konstellation ergeben sich Mehrfachreflexionen des ausgesendeten Ultraschallsignals T. Dies ist vorliegend durch die Pfeile 13 veranschaulicht. Hierbei wird das ausgesendete Ultraschallsignal T zunächst an dem Objekt 8 reflektiert und gelangt wieder zu dem Kraftfahrzeug 1 beziehungsweise dem Ultraschallsensor 4. Dort wird das Ultraschallsignal T nochmals reflektiert, gelangt wieder zu dem Objekt 8 und wird auch wieder von diesem reflektiert. Somit ergeben sich zumindest zwei zeitlich aufeinanderfolgende Echos E1, E2, E3, welche den gleichen zeitlichen Versatz Δt zueinander aufweisen. 3 shows a stern area 6th of the motor vehicle 1 as well as the object 8th . At the object 8th In the present case, it is a tall object, one being the motor vehicle 1 facing surface 12th of the object 8th essentially perpendicular to an emission direction of the ultrasonic signal T runs. In such a constellation there are multiple reflections of the transmitted ultrasonic signal T . This is shown here by the arrows 13th illustrated. Here, the transmitted ultrasonic signal T first on the object 8th reflects and comes back to the motor vehicle 1 or the ultrasonic sensor 4th . There is the ultrasonic signal T reflected again, comes back to the object 8th and is also reflected again by this. This results in at least two echoes that follow one another in time E1 , E2 , E3 which have the same time offset Δt have to each other.

Vorliegend wird eine Methode beschrieben, mit der Objekte 8 sowohl in einem Fernbereich, beispielsweise über 3 m, als auch im Nahbereich beziehungsweise Ultra-Nahbereich, beispielsweise kleiner 0,5 m, erfasst werden können. Hierzu wird mit dem Ultraschallsensor 4 ein Ultraschallsignal T mit einer verhältnismäßig langen Sendedauer t1 ausgesendet. Beispielsweise kann die Sendedauer t1 etwa 2 ms betragen. Typischerweise schwingt der Ultraschallsensor 4 nach dem Aussenden des Ultraschallsignals T noch für eine Ausschwingdauer t2 von etwa 500 µs nach. Bei Raumtemperatur durchläuft hier das Ultraschallsignal T eine Länge von etwa 86 cm. Der klassische Blindbereich entsprechend der Beruhigungsdauer t3 beträgt somit etwa 43 cm. Durch die Kombination von schlechten Umweltbedingungen und Ultraschallsensoren 4 am Rande der Fertigungstoleranzen kann sich dieser Wert aber deutlich erhöhen.A method is described here with which objects 8th can be detected both in a far range, for example over 3 m, and in the close range or ultra close range, for example less than 0.5 m. This is done with the ultrasonic sensor 4th an ultrasonic signal T with a relatively long transmission time t1 sent out. For example, the transmission duration t1 be about 2 ms. The ultrasonic sensor typically oscillates 4th after sending the ultrasonic signal T still for a decay period t2 of about 500 µs after. The ultrasonic signal passes through here at room temperature T a length of about 86 cm. The classic blind area according to the calming period t3 is therefore about 43 cm. By combining poor environmental conditions and ultrasonic sensors 4th at the edge of the manufacturing tolerances, however, this value can increase significantly.

Um auch Objekte 8 detektieren zu können, die sich innerhalb dieses Blindbereichs befinden, wird ein frequenzmoduliertes Ultraschallsignal T beziehungsweise ein Ultraschallsignal T mit linear ansteigender oder abfallender Frequenz ausgesendet. Hierzu zeigt 4 die Frequenz f des ausgesendeten Ultraschallsignals T in Abhängigkeit von der Zeit t. Hierbei ist das Ultraschallsignal T dargestellt, welches für die Sendedauer t1 ausgesendet wird. Dabei wird die Frequenz f des ausgesendeten Ultraschallsignals T von einer Startfrequenz f1 zu einer Endfrequenz f2 erhöht. Hierbei entspricht die Endfrequenz f2 einer Resonanzfrequenz fr der Membran des Ultraschallsensors 4. Nach dem Aussenden des Ultraschallsignals T wird die Membran des Ultraschallsensors 4 in jedem Fall mit der Resonanzfrequenz fr ausschwingen. Somit kann das ausgesendete Ultraschallsignal T sowie dessen Echos E1, E2, E3 von dem Ausschwingen der Membran anhand der Frequenz des Empfangssignals 14 erkannt werden. Dies kann durch einen einfachen Frequenzvergleich, beispielsweise nach einer Frequenztransformation und/oder durch Korrelationsfilter oder andere Filter erfolgen. Auf diese Weise lässt sich ermitteln, ob innerhalb der Ausschwingphase beziehungsweise während der Ausschwingdauer t2 das Ultraschallsignal T zu dem Ultraschallsensor 4 zurückreflektiert wurde.To objects too 8th A frequency-modulated ultrasonic signal is used to detect those who are within this blind area T or an ultrasonic signal T transmitted with a linearly increasing or decreasing frequency. This shows 4th the frequency f of the transmitted ultrasonic signal T depending on the time t . Here is the ultrasonic signal T shown, which for the transmission duration t1 is sent out. The frequency f of the transmitted ultrasonic signal becomes T increased from a start frequency f1 to an end frequency f2. The end frequency f2 corresponds to a resonance frequency for the membrane of the ultrasonic sensor 4th . After sending out the ultrasonic signal T becomes the membrane of the ultrasonic sensor 4th in any case decay with the resonance frequency fr. Thus, the transmitted ultrasonic signal T as well as its echoes E1 , E2 , E3 of the swinging out of the membrane based on the frequency of the received signal 14th be recognized. This can be done by a simple frequency comparison, for example after a frequency transformation and / or by correlation filters or other filters. In this way it can be determined whether within the decay phase or during the decay period t2 the ultrasonic signal T to the ultrasonic sensor 4th was reflected back.

Vorliegend sollen Objekte 8 in dem Blindbereich sowohl während der Sendedauer t1 als auch während der Ausschwingdauer t2 erkannt werden. Dies erfolgt auf Grundlage des ausgesendeten Ultraschallsignals T beziehungsweise des Frequenz-Chirps. Vorliegend kann nach der Sendedauer t1, welche hier 2 ms beträgt, ein erstes Echo E1 empfangen werden. Darüber hinaus können ein zweites Echo E2 und ein drittes Echo E3 des Ultraschallsignals T empfangen werden und in dem Empfangssignal 14 identifiziert werden. Vorliegend wird das erste Echo E1 noch während der Sendephase t1 zu dem Ultraschallsensor 4 zurück reflektiert. Während der Sendedauer t1 kann dieses erste Echo E1 aber anhand des Empfangssignals 14 nicht detektiert werden. Nach der Sendedauer t1 ist der Ultraschallsensor 4 aber nach oben beschriebener Methode fähig, das erste Echo E1 zu empfangen. Dies ist vorliegend durch die gestrichelte Linie gezeigt. Der zeitliche Verlauf des ersten Echos E1 entspricht der Frequenzcharakteristik des ausgesendeten Ultraschallsignals T und kann dadurch identifiziert werden. Im Diagramm ist zudem eine optimale Ausschwingdauer t2o sowie eine maximal schlechte Ausschwingdauer t2w dargestellt.In the present case objects 8th in the blind area both during the transmission period t1 as well as during the decay period t2 be recognized. This is done on the basis of the transmitted ultrasonic signal T or the frequency chirp. The present can be based on the duration of the transmission t1 , which is 2 ms here, a first echo E1 be received. In addition, a second echo can be E2 and a third echo E3 of the ultrasonic signal T are received and in the received signal 14th be identified. This is the first echo E1 even during the transmission phase t1 to the ultrasonic sensor 4th reflected back. During the transmission t1 can this first echo E1 but based on the received signal 14th cannot be detected. According to the duration of the broadcast t1 is the ultrasonic sensor 4th but capable of the first echo using the method described above E1 to recieve. This is shown here by the dashed line. The time course of the first echo E1 corresponds to the frequency characteristics of the transmitted ultrasonic signal T and can thereby be identified. The diagram also shows an optimal decay time t2o as well as a maximally bad decay time t2w shown.

Vorliegend wurde das erste Echo E1 nach einer Objektzeit to von 1,2 ms zu dem Ultraschallsensor 4 zurückreflektiert. Dies entspricht einem Abstand von etwa 20 cm. Das zweite Echo E2 und das dritte Echo E3 erzeugen nun mit der zweifachen beziehungsweise der dreifachen Objektzeit to im Empfangssignal 14 wiederum dieselbe Chirp-Charakteristik. Dabei wird zu einem vorbestimmten Zeitpunkt tv ein Frequenzunterschied Δf zwischen dem ersten Echo E1 und dem zweiten Echo E2 bestimmt. Anhand der Sendedauer t1, der Startfrequenz f1 und der Endfrequenz f2 kann dann ein zeitlicher Versatz Δt zwischen dem ersten Echo E1 und dem zweiten Echo E2 bestimmt werden. Der zeitliche Versatz Δt kann nach folgender Formel bestimmt werden: $Δ t = t 1 * Δ f / (f2 - f1) .$

This was the first echo E1 after an object time to of 1.2 ms to the ultrasonic sensor 4th reflected back. This corresponds to a distance of about 20 cm. The second echo E2 and the third echo E3 now generate with twice or three times the object time to in the received signal 14th again the same chirp characteristic. A frequency difference is thereby established at a predetermined point in time tv Δf between the first echo E1 and the second echo E2 certainly. Based on the transmission time t1 , the start frequency f1 and the end frequency f2 can then be offset in time Δt between the first echo E1 and the second echo E2 to be determined. The time offset Δt can be determined using the following formula:

Δ t = t 1 * Δ f / (f2 - f1) .

Dieser zeitliche Versatz Δt entspricht bei der vorliegenden Mehrfachreflexion des Ultraschallsignals T auch der Objektdauer to. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 bestimmt werden.This time lag Δt corresponds to the present multiple reflection of the ultrasonic signal T also the duration of the property to. In this way, the distance between the ultrasonic sensor 4th and the object 8th to be determined.

5 zeigt analog zu 4 ein weiteres Beispiel der Frequenz f des ausgesendeten Ultraschallsignals T in Abhängigkeit von der Zeit. Auch hier werden ein erstes Echo E1, ein zweites Echo E2 und ein drittes Echo E3 des Ultraschallsignals T empfangen. In diesem Fall trifft das erste Echo E1 nach einer Objektzeit to von 0,6 ms auf den Ultraschallsensor 4 beziehungsweise dessen Membran auf. Dies bedeutet, dass das Objekt 8 etwa 10 cm von dem Kraftfahrzeug 1 beziehungsweise dem Ultraschallsensor 4 entfernt ist. Auch hier kann zunächst der Frequenzunterschied Δf zwischen dem ersten Echo E1 und dem zweiten Echo E2 beziehungsweise zwischen dem zweiten Echo E2 und dem dritten Echo E3 bestimmt werden. Hieraus lässt sich dann der zeitliche Versatz Δt ableiten. 5 shows analogously to 4th another example of the frequency f of the transmitted ultrasonic signal T depending on the time. Here, too, there will be a first echo E1 , a second echo E2 and a third echo E3 of the ultrasonic signal T receive. In this case the first echo hits E1 after an object time to of 0.6 ms on the ultrasonic sensor 4th or its membrane on. This means that the object 8th about 10 cm from the motor vehicle 1 or the ultrasonic sensor 4th away. Here, too, the difference in frequency can begin Δf between the first echo E1 and the second echo E2 or between the second echo E2 and the third echo E3 to be determined. The time offset can then be derived from this Δt derive.

Claims

Method for operating an ultrasonic sensor (4) for a motor vehicle (1), in which a frequency-modulated ultrasonic signal (T) is transmitted with the ultrasonic sensor (4) during a transmission phase (10) and in a reception phase (10) following the transmission phase (10). 11) a received signal (14) is determined which describes an oscillation of a membrane of the ultrasonic sensor (4), and it is checked whether the received signal (14) has at least one echo (E1, E2, E3) of the transmitted ultrasonic signal (T), which was reflected by an object (8) in a surrounding area (9) of the motor vehicle (1) to the ultrasonic sensor (4), characterized in that if the received signal (14) at least two echoes (E1, E2, E3) of the ultrasonic signal (T) describes a frequency difference (Δf) between the at least two echoes (E1, E2, E3) is determined for a predetermined point in time and, on the basis of the frequency difference (Δf), it is checked whether at least one d it was reflected at least two echoes (E1, E2, E3) during the transmission phase (10) to the ultrasonic sensor (4).

Procedure according to Claim 1 , characterized in that a time offset (Δt) between the at least two echoes (E1, E2, E3) is determined from the frequency difference (Δf) and, on the basis of the time offset (Δt), it is checked whether at least one of the at least two echoes ( E1, E2, E3) was reflected to the ultrasonic sensor (4) during the transmission phase (10).

Procedure according to Claim 2 , characterized in that on the basis of the time offset (Δt) it is recognized whether the at least two echoes (E1, E2, E3) originate from a multiple reflection of the ultrasonic signal (T) between the object (8) and the motor vehicle (1) and that a distance between the ultrasonic sensor (4) and the object (8) is determined on the basis of the time offset (Δt) if the at least two echoes (E1, E2, E3) originate from the multiple reflection of the ultrasonic signal (T).

Procedure according to Claim 2 or 3 , characterized in that the time offset (Δt) based on the frequency difference (Δf), a transmission duration (t1) of the transmission phase (10) and a difference between a start frequency (f1) and an end frequency (f2) of the ultrasonic signal (T) is determined .

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as the Ultrasonic signal (T) a chirp in a frequency range which extends from a start frequency (f1) to an end frequency (f2) is emitted, the frequency range being below or above a resonance frequency (fr) of the membrane of the ultrasonic sensor (4).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that, on the basis of the frequency difference (Δf), it is checked whether at least one of the at least two echoes (E1, E2, E3) while a diaphragm of the ultrasonic sensor (4) oscillates relative to the ultrasonic sensor (4) was reflected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a transmission duration (t1) of the transmission phase (10) is determined for a recognition of the object in a predetermined remote area in the surrounding area (9).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a transmission duration (t1) of the transmission phase for a subsequent transmission of an ultrasonic signal (T) with the ultrasonic sensor (4) is reduced if it is recognized that the at least one of the at least two echoes (E1 , E2, E3) was reflected to the ultrasonic sensor (4) during the transmission phase (10).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two echoes (E1, E2, E3) in the received signal (14) are recognized on the basis of a frequency spectrum of the received signal (14) and / or by means of a filter.

Ultrasonic sensor device (3) for a motor vehicle (1) with at least one ultrasonic sensor (4) and with a control device (5), the ultrasonic sensor device (3) being designed to carry out a method according to one of the preceding claims.

Driver assistance system (2) for a motor vehicle (1) with an ultrasonic sensor device (3) according to Claim 10 .

Motor vehicle (1) with a driver assistance system (2) according to Claim 11 .