DE102018206722A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben von Ultraschallsensoren eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben von Ultraschallsensoren (102) eines Fahrzeugs (100), das dadurch gekennzeichnet ist, dass vordere Ultraschallsensoren (102) des Fahrzeugs (100) zum Erkennen von Windgeräuschen am Fahrzeug (100) verwendet werden, hintere Ultraschallsensoren (102) des Fahrzeugs (100) zum Erkennen eines Straßenzustands im Bereich des Fahrzeugs (100) verwendet werden, und seitliche Ultraschallsensoren (102) des Fahrzeugs (100) zum Erkennen von Objekten im Bereich des Fahrzeugs (100) verwendet werden.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von Ultraschallsensoren eines Fahrzeugs.
• Stand der Technik
• Unter Verwendung von Ultraschallsensoren können Hindernisse im Umfeld eines Fahrzeugs bei geringen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs erkannt werden. Bei höheren Geschwindigkeiten wird die Erkennung durch Fahrtwindgeräusche und Reifengeräusche erschwert.
• Offenbarung der Erfindung
• Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Betreiben von Ultraschallsensoren eines Fahrzeugs und eine Vorrichtung zum Betreiben von Ultraschallsensoren eines Fahrzeugs, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
• Vorteile der Erfindung
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, unterschiedlich ausgerichtete Ultraschallsensoren eines Fahrzeugs für unterschiedliche Aufgaben zu verwenden. Dabei können jeweils die Ultraschallsensoren für eine Aufgabe verwendet werden, die besonders gut dafür geeignet sind.
• Es wird ein Verfahren zum Betreiben von Ultraschallsensoren eines Fahrzeugs vorgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass vordere Ultraschallsensoren des Fahrzeugs zum Erkennen von Windgeräuschen am Fahrzeug verwendet werden, hintere Ultraschallsensoren des Fahrzeugs zum Erkennen eines Straßenzustands im Bereich des Fahrzeugs verwendet werden, und seitliche Ultraschallsensoren des Fahrzeugs zum Erkennen von Objekten im Bereich des Fahrzeugs verwendet werden.
• Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
• Ein Fahrzeug kann in verschiedene Richtungen ausgerichtete Ultraschallsensoren aufweisen. Wenn die Ultraschallsensoren aktiv betrieben werden, emittieren sie Ultraschallimpulse in einen ausrichtungsabhängigen Erfassungsbereich. An Objekten in dem Erfassungsbereich werden die Ultraschallimpulse teilweise reflektiert und als Echos wieder am Ultraschallsensor empfangen. Die Echos weisen eine wesentlich geringere Intensität auf, als die Ultraschallimpulse. Aus einer Laufzeit der Ultraschallimpulse und der Echos kann eine Entfernung zu dem jeweiligen Objekt bestimmt werden. Zusätzlich zu den Echos erfassen die Ultraschallsensoren Umgebungsgeräusche, wenn sie in einem Empfangsfrequenzband der Ultraschallsensoren liegen. Sind die Umgebungsgeräusche lauter als die Echos, können die Umgebungsgeräusche das Empfangen der Echos behindern.
• Während der Fahrt wird das Fahrzeug von einem aus einer lokalen Windgeschwindigkeit und einer lokalen Windrichtung sowie einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit resultierenden Fahrtwind umströmt. Der Fahrtwind verursacht an einer Karosserie des Fahrzeugs Geräusche, die als Windgeräusche bezeichnet werden können und von den Ultraschallsensoren erfasst werden können. Die Windgeräusche können je nach Fahrzeuggeschwindigkeit, Windgeschwindigkeit und Windrichtung lauter sein, als die Echos.
• Je nach Fahrzeuggeschwindigkeit verursachen Reifen des Fahrzeugs beim Abrollen auf der Fahrbahn Geräusche, die als Rollgeräusche bezeichnet werden können und von den Ultraschallsensoren erfasst werden können. Die Rollgeräusche können je nach Fahrzeuggeschwindigkeit lauter sein, als die Echos.
• Wenn ein Straßenzustand der Fahrbahn feucht beziehungsweise nass ist, verursachen die Reifen beim Abrollen zusätzliche Geräusche, die beispielsweise als Nasszischen bezeichnet werden können und von den Ultraschallsensoren erfasst werden können. Das Nasszischen kann je nach Straßenzustand und Fahrzeuggeschwindigkeit lauter sein, als die Echos.
• Unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugen andere Geräuschquellen Fremdgeräusche. Beispielsweise erzeugen andere Fahrzeuge Windgeräusche, Rollgeräusche und bei feuchter oder nasser Fahrbahn auch Nasszischen. Auch diese Fremdgeräusche können von den Ultraschallsensoren erfasst werden.
• Die unterschiedlichen Umgebungsgeräusche und Fremdgeräusche überlagern sich gegenseitig, sodass an jedem Ultraschallsensor ein zusammengesetztes Umgebungsgeräusch erfasst wird.
• An den verschieden ausgerichteten Ultraschallsensoren weisen die unterschiedlichen Umgebungsgeräusche unterschiedliche Intensitäten auf. Die Windgeräusche weisen an den nach vorne ausgerichteten Ultraschallsensoren eine hohe Intensität auf. Die Rollgeräusche und das Nasszischen weisen an den nach hinten ausgerichteten Sensoren eine hohe Intensität auf. An den zur Seite ausgerichteten Ultraschallsensoren weisen die Fremdgeräusche anderer Fahrzeuge eine hohe Intensität auf.
• Zum Erkennen der Windgeräusche und/oder zum Erkennen des Straßenzustands und/oder zum Erkennen der Objekte können an den Ultraschallsensoren erfasste Rauschpegel ausgewertet werden. Die Fremdgeräusche können in einem Zahlenwert quantifiziert werden. Der Zahlenwert kann als Rauschpegel bezeichnet werden. Der Rauschpegel kennzeichnet also eine Intensität der Umgebungsgeräusche an einem Ultraschallsensor. Der Rauschpegel wird im Ultraschallsensor bereits bestimmt und in einem Empfangssignal des Ultraschallsensors abgebildet. Durch die Verwendung des Rauschpegels kann die weitere Datenverarbeitung mit verringertem Rechenaufwand erfolgen.
• Zum Erkennen der Objekte können an den Ultraschallsensoren erfasste Echos ausgewertet werden. Die Objekte können auch aktiv erfasst werden. Dadurch kann auch eine Entfernung zu den Objekten aus der Laufzeit der Echosignale bestimmt werden. Die von den Objekten emittierten Fremdgeräusche können zusätzlich anhand der empfangenen Rauschpegel ausgewertet werden.
• In Sensorinformationen der nach hinten ausgerichteten Ultraschallsensoren abgebildete Windgeräusche und/oder Objekte können unter Verwendung der an den nach vorne ausgerichteten Ultraschallsensoren erkannten Windgeräuschen und/oder der an den zur Seite ausgerichteten Ultraschallsensoren erkannten Objekten kompensiert werden. In Sensorinformationen der zur Seite ausgerichteten Ultraschallsensoren abgebildete Windgeräusche und/oder Straßenzustände können unter Verwendung der an den nach vorne ausgerichteten Ultraschallsensoren erkannten Windgeräuschen und/oder des an den nach hinten ausgerichteten Ultraschallsensoren erkannten Straßenzustands kompensiert werden. In Sensorinformationen der nach vorne ausgerichteten Ultraschallsensoren abgebildete Objekte und/oder des Straßenzustands können unter Verwendung des an den nach hinten ausgerichteten Ultraschallsensoren erkannten Straßenzustands und/oder der an den zur Seite ausgerichteten Ultraschallsensoren erkannten Objekten kompensiert werden. Da an den verschieden ausgerichteten Ultraschallsensoren unterschiedliche Komponenten der Umgebungsgeräusche jeweils besonders gut erfasst werden, können die jeweils weniger gut erfassten Komponenten der Umgebungsgeräusche kompensiert werden.
• Sensorinformationen von paarweise symmetrisch zu einer Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs angeordneten Ultraschallsensoren können zusammen ausgewertet werden. Geräusche des eigenen Fahrzeugs sind auf beiden Seiten des Fahrzeugs im Wesentlichen gleich. Wenn auf beiden Seiten unterschiedliche Geräusche erfasst werden, sind es mit einer hohen Wahrscheinlichkeit Fremdgeräusche von einer fremden Geräuschquelle auf einer Seite des Fahrzeugs.
• Sensorinformationen der auf einer Fahrzeugseite angeordneten Ultraschallsensoren können verwendet werden, um auf der Fahrzeugseite überholende oder überholte andere Fahrzeuge zu erkennen. Überholende Fahrzeuge und überholte Fahrzeuge fahren mit einer anderen Geschwindigkeit. Dadurch wird ein überholtes Fahrzeug zuerst an den vorderen Sensoren erkannt. Ein überholendes Fahrzeug wird zuerst an den hinteren Sensoren erkannt.
• Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
• Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.
• Die Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder einer Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
• Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
• Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale des Verfahrens und der Vorrichtung in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
• Figurenliste
• Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei weder die Zeichnung noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
• 1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs mit verschieden ausgerichteten Ultraschallsensoren und einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
• Die Figur ist lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der Figur gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
• Ausführungsformen der Erfindung
• 1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit verschieden ausgerichteten Ultraschallsensoren 102 und einer Vorrichtung 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Ultraschallsensoren 102 sind über das Fahrzeug 100 verteilt angeordnet. Hier sind die Ultraschallsensoren 102 im Uhrzeigersinn von eins bis dreizehn durchnummeriert.
• Der erste Ultraschallsensor 102 ist hier an einer linken vorderen Ecke des Fahrzeugs 100 angeordnet und bezogen auf eine Fahrzeuglängsachse 106 des Fahrzeugs 100 nach links ausgerichtet. Der zweite Ultraschallsensor 102 ist auch an der linken vorderen Ecke angeordnet und bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 schräg nach links vorne ausgerichtet. Der dritte Ultraschallsensor 102 ist ebenfalls an der linken vorderen Ecke angeordnet und nach vorne ausgerichtet.
• Der vierte Ultraschallsensor 102 ist an einer rechten vorderen Ecke des Fahrzeugs 100 bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 symmetrisch zum dritten Ultraschallsensor 102 angeordnet und wie der dritte Ultraschallsensor 102 nach vorne ausgerichtet. Der fünfte Ultraschallsensor 102 ist auch an der rechten vorderen Ecke bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 symmetrisch zum zweiten Ultraschallsensor 102 angeordnet und bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 schräg nach rechts vorne ausgerichtet. Der sechste Ultraschallsensor 102 ist ebenfalls an der rechten vorderen Ecke bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 symmetrisch zum ersten Ultraschallsensor 102 angeordnet und bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 nach rechts ausgerichtet.
• Die Nummer sieben ist nicht vergeben.
• Der achte Ultraschallsensor 102 ist an einer rechten hinteren Ecke des Fahrzeugs 100 angeordnet und bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 nach rechts ausgerichtet. Der neunte Ultraschallsensor 102 ist auch an der rechten hinteren Ecke angeordnet und bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 schräg nach rechts hinten ausgerichtet. Der zehnte Ultraschallsensor 102 ist ebenfalls an der rechten hinteren Ecke angeordnet und nach hinten ausgerichtet.
• Der elfte Ultraschallsensor 102 ist an einer linken hinteren Ecke des Fahrzeugs 100 bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 symmetrisch zu dem zehnten Ultraschallsensor 102 angeordnet und wie der zehnte Ultraschallsensor 102 nach hinten ausgerichtet. Der zwölfte Ultraschallsensor 102 ist auch an der linken hinteren Ecke bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 symmetrisch zu dem neunten Ultraschallsensor 102 angeordnet und bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 schräg nach hinten links ausgerichtet. Der dreizehnte Ultraschallsensor 102 ist ebenfalls an der linken hinteren Ecke bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 symmetrisch zu dem achten Ultraschallsensor 102 angeordnet und bezogen auf die Fahrzeuglängsachse 106 nach links ausgerichtet.
• Jeder Ultraschallsensor 102 kann unter Verwendung von emittiertem Ultraschall eine Echoortung von Objekten in seinem jeweiligen Erfassungsbereich 108 durchführen und eine Entfernung zum Objekt in einer Sensorinformation 110 abbilden. Alternativ oder ergänzend kann jeder Ultraschallsensor 102 Umgebungsgeräusche erfassen und in der Sensorinformation 110 abbilden. Eine Intensität der Umgebungsgeräusche wird dabei jeweils in einem Rauschpegel 112 der Sensorinformation 110 abgebildet.
• Die Sensorinformationen 110 aller Ultraschallsensoren 102 werden von der Vorrichtung 104 eingelesen.
• Wenn das Fahrzeug 100 langsam fährt, beispielsweise beim Rangieren, Parken oder im Stau, funktioniert die Echoortung bestimmungsgemäß und wenige Umgebungsgeräusche werden erfasst. Wenn die Umgebungsgeräusche lauter werden, als die Echos des Ultraschalls, funktioniert die Echoortung nur noch eingeschränkt.
• Beispielsweise erzeugt Fahrtwind an einer Karosserie des Fahrzeugs 100 ein Windgeräusch, das von den Ultraschallsensoren 102 erfasst wird. Weiterhin erzeugen Reifen des Fahrzeugs 100 ein Rollgeräusch, das auch von den Ultraschallsensoren 102 erfasst wird. Wenn eine Fahrbahn feucht oder nass ist, erzeugen die Reifen zusätzlich ein Wassergeräusch beziehungsweise ein Nasszischen, das ebenfalls von den Ultraschallsensoren 102 erfasst wird. Das Windgeräusch, das Rollgeräusch und das Nasszischen sind mit Fremdgeräuschen anderer Geräuschquellen in dem Umgebungsgeräusch enthalten. Zumindest das Windgeräusch, das Rollgeräusch und das Wassergeräusch werden mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 lauter.
• Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden Sensorinformationen 110 von im Wesentlichen nach vorne ausgerichteten Ultraschallsensoren 102 dazu verwendet, das Windgeräusch zu erfassen. Sensorinformationen 110 von im Wesentlichen nach hinten ausgerichteten Ultraschallsensoren 102 werden dazu verwendet, das Wassergeräusch und das Rollgeräusch zu erfassen. Sensorinformationen 110 von im Wesentlichen zur Seite ausgerichteten Ultraschallsensoren 102 werden dazu verwendet, Fremdgeräusche anderer Geräuschquellen zu erfassen.
• Mit anderen Worten wird ein Verfahren zur Sensorauswahl im Umfeld der Nässeerkennung auf der Fahrbahn mittels Ultraschall vorgestellt.
• Aktuell kann die Fahrbahnnässe bzw. die Angabe mm-Wassersäule auf einer Fahrbahn nicht direkt gemessen werden. Aus verschiedenen Betriebszuständen des Fahrzeuges kann indirekt auf eine nasse Fahrbahn zurückgeschlossen werden. Dies kann zum Beispiel durch die Scheibenwischeraktivität oder ESP-Eingriffe geschehen. Eine kontinuierliche „Messung“ des Fahrbahnzustandes in Richtung Feuchtigkeit existiert aktuell nicht.
• Für die Hinderniserkennung sind Ultraschallsensoren in der Nähe der Radkästen angebracht. Ein beträchtliches Problem beim Einsatz der Hinderniserkennung während der schnelleren Fahrt sind die Fahrgeräusche, die das von den Sensoren abgestrahlte Echo überlagern und damit die Abstandsmessung zum Teil stark einschränken. Je mehr Wasser von den Reifen gegen den Radkasten spritzt umso lauter ist das Fahrgeräusch und umso stärker ist die Einschränkung. Der Geräuschpegel gelangt hauptsächlich direkt über die Luft zum Sensor, kann aber auch indirekt per Körperschall vom Sensor empfangen werden. Diese Geräusche können als Rauschpegel beziehungsweise als „noise“ (Störgröße, Rauschwert) im Ultraschallsteuergerät berechnet werden. Der Rauschpegel kann per CAN an andere Steuergeräte im Fahrzeug ausgegeben werden.
• Fahrversuche haben ergeben, dass die Qualität der Erkennung von Fahrbahneigenschaften, wie z. B. ein Nässeerkennung oder eine Erkennung von Umgebungseigenschaften, wie z. B. die Erkennung anderer Fahrzeuge, sehr von der jeweiligen Auswahl der beteiligten Ultraschall-Sensoren (USS) abhängt. Nicht jede Sensorposition (aktuell können bis zu 12 Sensoren pro Fahrzeug verbaut sein) eignet sich gleich gut bzw. hat sogar negativen Einfluss bezogen auf die jeweilige Erkennungsmethode. Daher spielt eine geeignete Sensorauswahl eine sehr große Rolle um robuste und qualitativ hochwertige Aussagen bzgl. Nässe auf der Fahrbahn treffen zu können.
• Grundlegend verschiedene Umgebungs- bzw. Fahrbahneigenschaften können mittels der Ultraschallsensoren erkannt werden. Diese sind Objekterkennung, Nässeerkennung auf der Fahrbahn und Winderkennung.
• Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird mit den Rauschpegeln der vorderen Sensoren die Windgeschwindigkeit in Längsrichtung berechnet, mit den Rauschpegeln der seitlichen Sensoren werden Objekte erkannt und mit den Rauschpegeln der hinteren Sensoren wird Nässe auf der Straße gemessen. Da Wind und Objekte ebenfalls die Rauschpegel der hinteren Sensoren beeinflussen, wird die Messung der Nässe mit Hilfe der Wind- und Objektinformationen korrigiert.
• Für eine Erkennung von Objekten (andere Verkehrsteilnehmer, wie z. B. Fahrzeuge, LKW, ...) sind die seitlich angeordneten vier Sensoren (Nr.1, 6, 8, 13) maßgeblich. Dabei wird das jeweilige Differenzsignal der Rauschwerte der vorderen Sensoren (Nr.1, 6) und der hinteren Sensoren (Nr.13, 8) ausgewertet. $$\text{U diff}\text{. 1}\text{, 6 }\left[\text{mV}\right]=\text{U 1 }\left[\text{mV}\right]-\text{U 6 }\left[\text{mV}\right]$$

  
• U diff. 1, 6 > Schwelle Objekt Unterholer eines anderen Fahrzeugs auf der linken Fahrzeugseite U diff. 1, 6 < -Schwelle Objekt Überholer des eigenen Fahrzeugs auf der rechten Fahrzeugseite
• U diff. 13, 8 verhält sich in gleicher Art und Weise.
• Über das zeitliche Verhalten der Differenzsignale U diff. 1, 6 und U diff. 13, 8 lässt sich zusätzlich auch auf ein Unter- bzw. Überholvorgang schließen. Bei einem Überholvorgang tritt eine Erhöhung des Differenzsignals zuerst fahrzeugspezifisch auf der in Fahrtrichtung rechten Seite an den vorderen seitlichen Sensoren (1, 6) auf, zeitlich der Differenzgeschwindigkeit entsprechend danach an den hinteren Sensoren (8, 13). Bei einem Unterholvorgang entsprechend anders herum und auf der linken Seite. Weiter kann bei einem zeitlich (länger) konstanten Differenzsignal auf ein kontinuierliches Objekt (Leitplanke, Mauer, ...) und dessen Lage (Abstand, links oder rechts) geschlossen werden.
• Hierbei werden verschiedene Schwellwerte für verschiedene Objektarten (Auto, LKW, ...) verwendet. Somit kann auch im Fahrbetrieb ein Rückschluss auf das jeweilige Objekt gezogen und z. B. mit den Objekten aus dem Radar/Lidar/Kamera-Umfeld validiert werden. Für eine Objekterkennung können die Sensoren (1, 6, 8, 13) im gesamten featurespezifischen Geschwindigkeitsband (aktuell >= 60km/h) zusätzlich zur Messung des Rauschpegels auch aktiv Ultraschallsignale aussenden und Objekte mit Hilfe der empfangenen Echos erkennen, solange diese nicht durch zu große Rauschpegel unterdrückt werden.
• Für eine Erkennung der Fahrbahnnässe sind die hinteren vier Sensoren (Nr. 9, 10, 11, 12) maßgeblich. Mit dieser Sensorauswahl lassen sich die besten Messergebnisse in Bezug auf die aktuelle vorliegende Fahrbahnnässe erzielen. Bei diesen Sensorpositionen ist z. B. der Windeinfluss am geringsten.
• Wird durch die fahrzeugspezifische Objekterkennung kein Objekt im Erfassungsbereich erkannt, können alle hinteren Sensoren (Nr. 9, 10, 11, 12) zur Nässeerkennung herangezogen werden. Hierbei können die Sensoren aktiv oder auch inaktiv betrieben werden, da der Rauschwert in jedem Fall ermittelt und verarbeitet werden kann.
• Wird durch die fahrzeugspezifische Objekterkennung (z.B. auch mit Radar, Kamera oder Lidar) ein kontinuierliches Objekt (Leitplanke, ...) im Erfassungsbereich erkannt, kann die Nässeerkennung ausgesetzt werden. Alternativ können dennoch alle hinteren Sensoren (Nr. 9, 10, 11, 12) zur Nässeerkennung einbezogen werden. Allerdings werden dann die Sensorwerte der hinteren Sensoren durch einen sensorspezifischen und ggf. objektspezifischen Korrekturwert erniedrigt. Somit wird der Objekteinfluss auf den sensorspezifischen Rauschpegel kompensiert.
• Wird durch die fahrzeugspezifische Objekterkennung ein kurzfristiges Objekt (Fahrzeug, ...) im Erfassungsbereich erkannt, werden objektspezifisch die hinteren Sensoren (Nr. 9, 10, 11, 12) zur Nässeerkennung teilweise deaktiviert. Hierbei werden Objektgruppen gebildet, die ein ähnliches Beeinflussungsmuster (Verlauf und Intensität) in Bezug auf den Rauschwert eines einzelnen Sensors aufweisen. Entsprechend jeder Objektgruppe wird definiert, welche Sensoren zur Nässeerkennung während des Einflusses noch einen Beitrag zur Nässeerkennung liefern können.
• Die Rauschpegel aller anderen Sensoren werden während der Zeit dieses Einflusses nicht für die Berechnung der Nässe berücksichtigt. Z. B. werden bei einem Objekttyp „Automobil“ nur die zwei objektnahen Sensoren deaktiviert (siehe auch kontinuierliches Objekt). Bei einem Objekttyp „LKW“ werden hingegen alle hinteren Sensoren nicht berücksichtigt, da hier aktuell keine Nässeerkennung per Ultraschallsensoren durchgeführt werden kann.
• Der kontinuierliche Rauschwert des Sensorrohsignals wird in einen sensorindividuellen Status überführt. Jedem Sensor wird dabei ein Index (Sensorbezeichnung) zugeordnet:
• i = [1 2 3 4 5 6 NaN 8 9 10 1112 13], da der Index 7 keine Anwendung findet
• Das Ergebnis wird als Statusvektor ausgegeben:
• Z = [1 2 3 4 5] wobei der Status wie folgt interpretiert wird und Zwischenwerte vorkommen dürfen:

  1:

  trocken

  2:

  feucht

  3:

  nass

  4:

  sehr nass

  5:

  Aquaplaning Gefahr

  n:

  Stützstelle des Statusvektors Z

  v:

  Geschwindigkeit(sabhängigkeit)

  t:

  Zeit(abhängigkeit)

  s(i):

  Sensorauswahl

  s(i).SZ(t):

  Sensorergebnis zum Zeitpunkt t

  stst noise:

  Stützstellenwert des Rauschwertes

  tracker noise:

  aktueller Rauschwert des Sensors


und wie folgt berechnet werden kann: $$\text{s}\left(\text{i}\right).\text{SZ}\left(\text{t}\right)=\frac{{\displaystyle {\sum }_{n=1}^5\left(Z\left(n\right)\ast \frac{1}{{\left(sts{t}_{noise\left(i,n,v\right)}-tracke{r}_{noise}\left(i,t\right)\right)}^2}\right)}}{{\displaystyle {\sum }_{n=1}^5\left(\frac{1}{{\left(sts{t}_{noise\left(i,n,v\right)}-tracke{r}_{noise}\left(i,t\right)\right)}^2}\right)}}$$

• Aus den einzeln berechneten sensorindividuellen Ergebnissen wird über einen Fusionsfaktor ein Sensorfusionswert über alle Sensoren berechnet. Dabei hängt die Größe des sensorindividuellen Fusionsfaktors von der „Objekterkennung“ ab.
• Beispiele verschiedener Fusionsfaktoren k bei als nass bzw. sehr nass erkannter Fahrbahn. Dabei werden die durchgestrichenen Sensoren jeweils nicht berücksichtigt. $$\text{k }1\left(\text{i}\right)=\left[\text{0 }00000\text{ NaN }024420\right]\complement \text{ kein Objekt erkannt}$$

  

  $$\text{k 2 }\left(\text{i}\right)=\left[\text{0 }00000\text{ NaN }0420\right]\complement \text{ Überholer }\left(\text{Auto}\right)\text{ erkannt}$$

  

  $$\text{k 3 }\left(\text{i}\right)=\left[\text{0 }00000\text{ NaN }00\right]\complement \text{ Überholer }\left(\text{LKW}\right)\text{ erkannt}$$

  

  $$\text{k 4 }\left(\text{i}\right)=\left[\text{0 }00000\text{ NaN }0\text{ 2 }40\right]\complement \text{ Ünterholer }\left(\text{Auto}\right)\text{ erkannt}$$

  
• Berechnung des fusionierten Ergebnisses:
• $$S{Z}_{fus\left(t\right)}=\frac{{\displaystyle {\sum }_{i=1}^{13}\left(\text{s}\left(\text{i}\text{.SZ}\left(\text{t}\right)\ast \right)\frac{k\left(i\right)}{v_{tracke{r}_{noise\left(t\right)}}}\right)}}{{\displaystyle {\sum }_{i=1}^{13}\left(\frac{k\left(i\right)}{v_{tracke{r}_{noise\left(t\right)}}}\right)}}$$

  

SZ fus (t):

fusioniertes Ergebnis der Nässeerkennung

v_tracker noise:

aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit

• Für eine Erkennung des Windes in Fahrzeuglängsrichtung sind die vorderen vier Sensoren (2, 3, 4, 5) maßgeblich. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass der Windeinfluss auf den Rauschpegel der einzelnen Sensoren vorne verstärkt auftritt. Dieser Effekt kann in einem experimentellen Versuch ermittelt und in einem entsprechenden Modellwert abgebildet werden. Hierbei wird das Fahrzeug mit Fahrtwind in Längsrichtung beaufschlagt (z. B. in einem Windkanal). Daraus lassen sich windgeschwindigkeitsabhängige sensorindividuelle Rauschwerte abbilden und folgenden Zusammenhang bilden: $$\text{V Wind }\left[\text{km/h}\right]=\text{V Fahrtwind }\left[\text{km/h}\right]-\text{ V Fahrzeug }\left[\text{km/h}\right]$$

  

  $$\text{V Fahrzeug }=0\text{km/h }\left(\text{im Windkanal}\right)$$

  

  $$\text{V Fahrtwind }\left[\text{km/h}\right]\sim \text{ N Sensor }\left[\text{mV}\right]*\text{k}\left[\text{km/h }/\text{ mV}\right]$$

  

  $$\text{V Wind }\left[\text{km/h}\right]=\text{N Sensor }\left[\text{mV}\right]*\text{k}\left[\text{km/h }/\text{ mV}\right]-\text{ V Fahrzeug }\left[\text{km/h}\right]$$

  

V:

Geschwindigkeit

N:

Rauschwert „noise“

k:

geschwindigkeitsabhängiger Korrekturfaktor


oder im Straßenfahrversuch: $$\text{V Wind }\left[\text{km/h}\right]=\text{V Fahrtwind }\left[\text{km/h}\right]-\text{ V Fahrzeug }\left[\text{km/h}\right]$$

$$\text{V Wind}=\text{0km/h }\left(\text{windstiller Tag}\right)$$

$$\text{V Fahrtwind }\left[\text{km/h}\right]=\text{ V Fahrzeug }\left[\text{km/h}\right]$$

$$\text{V Fahrtwind }\left[\text{km/h}\right]\sim \text{ N Sensor }\left[\text{mV}\right]*\text{k}\left[\text{km/h }/\text{ mV}\right]$$

$$\text{V Wind }\left[\text{km/h}\right]=\text{N Sensor }\left[\text{mV}\right]*\text{k}\left[\text{km/h }/\text{ mV}\right]-\text{ V Fahrzeug }\left[\text{km/h}\right]$$

• Da Gegenwind in gleicher Weise die Rauschpegel der hinteren vier Sensoren erhöht und Mitwind erniedrigt, wird die mit den vorderen vier Sensoren berechnete Windgeschwindigkeit verwendet um die Rauschpegel der hinteren vier Sensoren zu kompensieren.
• Der hier vorgestellte Ansatz kann in jedem PKW mit integriertem, automatischem Ein-/Auspark-Assistent als Software-Feature eingesetzt werden. Das Verfahren kann prinzipiell in allen Fahrzeugen mit Ultraschall-Sensoren eingesetzt werden. Da nur ein bereits berechnetes Signal auf den CAN-Bus zur Verfügung gestellt und aufgrund dieses Signals eine Warnung an den Fahrer ausgegeben wird, ist eine Minimal-Umsetzung mit Softwareänderungen am Ultraschallsteuergerät und am HMI sehr kostengünstig möglich.
• Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben von Ultraschallsensoren (102) eines Fahrzeugs (100), dadurch gekennzeichnet, dass vordere Ultraschallsensoren (102) des Fahrzeugs (100) zum Erkennen von Windgeräuschen am Fahrzeug (100) verwendet werden, hintere Ultraschallsensoren (102) des Fahrzeugs (100) zum Erkennen eines Straßenzustands im Bereich des Fahrzeugs (100) verwendet werden, und seitliche Ultraschallsensoren (102) des Fahrzeugs (100) zum Erkennen von Objekten im Bereich des Fahrzeugs (100) verwendet werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem zum Erkennen der Windgeräusche und/oder zum Erkennen des Straßenzustands und/oder zum Erkennen der Objekte an den Ultraschallsensoren (102) erfasste Rauschpegel (112) ausgewertet werden.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Erkennen der Objekte an den Ultraschallsensoren (102) erfasste Echos ausgewertet werden.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Sensorinformationen (110) der nach hinten ausgerichteten Ultraschallsensoren (102) abgebildete Windgeräusche und/oder Objekte unter Verwendung der erkannten Windgeräusche und/oder erkannten Objekte kompensiert werden.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Sensorinformationen (110) der zur Seite ausgerichteten Ultraschallsensoren (102) abgebildete Windgeräusche und/oder Straßenzustände unter Verwendung der erkannten Windgeräusche und/oder des erkannten Straßenzustands kompensiert werden.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Sensorinformationen (110) von paarweise symmetrisch zu einer Fahrzeuglängsachse (106) des Fahrzeugs (100) angeordneten Ultraschallsensoren (102) zusammen ausgewertet werden.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die Sensorinformationen (110) der auf einer Fahrzeugseite angeordneten Ultraschallsensoren (102) verwendet werden, um auf der Fahrzeugseite überholende oder überholte andere Fahrzeuge zu erkennen.
8. Vorrichtung (104), wobei die Vorrichtung (104) dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in entsprechenden Einrichtungen auszuführen, umzusetzen und/oder anzusteuern.
9. Computerprogrammprodukt, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen, umzusetzen und/oder anzusteuern.
10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 9 gespeichert ist.

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