DE102021211597A1 - Ultrasonic sensors for unsuitable installation positions - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist ein Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem Ultraschallsensorarray zum Emittieren von Schallechos in einen Erfassungsbereich, wobei das Ultraschallsensorarray mindestens zwei in Vertikalrichtung und/oder in Horizontalrichtung voneinander beabstandete Wandlerelemente aufweist, wobei die Wandlerelemente phasenversetzt durch ein mit den Wandlerelementen elektrisch verbundenes Steuergerät angesteuert werden, um eine Hauptachse der emittierten Schallechos gegenüber einer Flächennormalen des Ultraschallsensorarrays zu kippen. Des Weiteren sind ein Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem Ultraschallsensorarray zum Empfangen von aus einem Erfassungsbereich reflektierten Schallechos, ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium offenbart.Disclosed is a method for controlling at least one ultrasonic sensor array for emitting sound echoes into a detection area, wherein the ultrasonic sensor array has at least two transducer elements spaced apart from one another in the vertical direction and/or in the horizontal direction, the transducer elements being driven out of phase by a control device electrically connected to the transducer elements, to tilt a main axis of the emitted sound echoes with respect to a surface normal of the ultrasonic sensor array. Furthermore, a method for controlling at least one ultrasonic sensor array for receiving sound echoes reflected from a detection area, a control device, a computer program and a machine-readable storage medium are disclosed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem Ultraschallsensorarray zum Emittieren von Schallechos in einen Erfassungsbereich. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem Ultraschallsensorarray zum Empfangen von aus einem Erfassungsbereich reflektierten Schallechos, ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.The invention relates to a method for controlling at least one ultrasonic sensor array for emitting sound echoes in a detection area. Furthermore, the invention relates to a method for controlling at least one ultrasonic sensor array for receiving sound echoes reflected from a detection area, a control device, a computer program and a machine-readable storage medium.
Stand der TechnikState of the art
Ultraschallsensoren zur Fahrzeugumfelderfassung können aufgrund ihres vertikalen Abstrahlverhaltens nicht mit beliebigen Neigungswinkeln in einen Stoßfänger integriert werden, sondern müssen zu einer bestimmten Einbauhöhe auch einen entsprechenden Neigungswinkel unter Berücksichtigung der Toleranzen aufweisen. Die Hauptkeule von Ultraschallsensoren liegt typischerweise innerhalb eines Raumwinkelbereichs von +-30° bezogen auf die Membrannormale bzw. Flächennormale. Insbesondere muss je nach Einbauhöhe gegenüber einem Untergrund der Neigungswinkel des Ultraschallsensors derart angepasst werden, dass Bodenechoamplituden reduziert werden und nicht überfahrbare Objekte mit geringer Höhe weiterhin vom Ultraschallsensor erfassbar sind. Dabei sind insbesondere negative Anstellwinkel problematisch, da diese zu erhöhten Bodenechoamplituden und damit zu einer Reduktion der Sensitivität des Ultraschallsensors führen.Due to their vertical radiation behavior, ultrasonic sensors for detecting the vehicle surroundings cannot be integrated into a bumper with any angle of inclination, but must also have a corresponding angle of inclination for a specific installation height, taking into account the tolerances. The main lobe of ultrasonic sensors is typically within a solid angle range of +-30° in relation to the membrane normal or surface normal. In particular, depending on the installation height relative to a subsurface, the angle of inclination of the ultrasonic sensor must be adjusted in such a way that ground echo amplitudes are reduced and objects that are low in height and cannot be driven over can continue to be detected by the ultrasonic sensor. In this case, negative angles of attack are particularly problematic, since they lead to increased ground echo amplitudes and thus to a reduction in the sensitivity of the ultrasonic sensor.
Die Integration der Ultraschallsensoren ist weiterhin an verschiedene Designanforderungen geknüpft. Insbesondere sollen Ultraschallsensoren flächenbündig und unauffällig angeordnet sein, um nicht störend aufzufallen. Eine derartige Integration von Ultraschallsensoren ist jedoch abhängig vom Fahrzeugdesign nur bedingt möglich und erfordert oftmals den Einsatz von mechanischen Trichtern, um den vorgeschriebenen Neigungswinkel zu gewährleisten. Derartige Trichter weisen einen erhöhten Montageaufwand und Nachteile hinsichtlich der Optik auf.The integration of the ultrasonic sensors is still linked to various design requirements. In particular, ultrasonic sensors should be arranged flush and unobtrusively so as not to attract attention. However, such an integration of ultrasonic sensors is only possible to a limited extent, depending on the vehicle design, and often requires the use of mechanical funnels in order to ensure the prescribed angle of inclination. Funnels of this type involve increased assembly costs and disadvantages in terms of optics.
In der
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zum Betreiben von Ultraschallsensoren vorzuschlagen, durch welches der Einsatz von Trichtern auch bei ungünstigen Einbaupositionen vermieden wird.The object on which the invention is based can be seen as proposing a method for operating ultrasonic sensors, by means of which the use of funnels is avoided even in the case of unfavorable installation positions.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.This object is solved by means of the respective subject matter of the independent claims. Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent subclaims.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem Ultraschallsensorarray zum Emittieren von Schallechos in einen Erfassungsbereich bereitgestellt. Das Ultraschallsensorarray weist mindestens zwei in Vertikalrichtung und/oder in Horizontalrichtung voneinander beabstandete Wandlerelemente auf, wobei die Wandlerelemente phasenversetzt durch ein mit den Wandlerelementen elektrisch verbundenes Steuergerät angesteuert werden, um eine Hauptachse der emittierten Schallechos gegenüber einer Flächennormalen des Ultraschallsensorarrays zu kippen.According to one aspect of the invention, a method for controlling at least one ultrasonic sensor array for emitting acoustic echoes into a detection area is provided. The ultrasonic sensor array has at least two transducer elements that are spaced apart from one another in the vertical direction and/or in the horizontal direction, with the transducer elements being controlled out of phase by a control device electrically connected to the transducer elements in order to tilt a main axis of the emitted sound echoes relative to a surface normal of the ultrasonic sensor array.
Die jeweiligen Wandlerelemente sind als Teilsensoren des Ultraschallsensorarrays ausgestaltet und können vom Steuergerät unabhängig voneinander angesteuert und ausgewertet werden. Insbesondere können die erzeugten Schallwellen der Wandlerelemente miteinander interferieren, wodurch die Hauptachse der emittierten Schallechos gekippt bzw. gegenüber der Flächennormalen abgelenkt wird.The respective converter elements are designed as partial sensors of the ultrasonic sensor array and can be controlled and evaluated independently of one another by the control device. In particular, the sound waves generated by the transducer elements can interfere with one another, as a result of which the main axis of the emitted sound echoes is tilted or deflected with respect to the surface normal.
Insbesondere kann durch ein phasenversetztes Ansteuern der Wandlerelemente, beispielsweise zwischen der vertikal versetzen Elementreihen, die Hauptachse der vertikalen Schallabstrahlung gegenüber der Sensormembranhauptachse gekippt werden.In particular, the main axis of the vertical sound emission can be tilted with respect to the main axis of the sensor membrane by driving the transducer elements with a phase offset, for example between the vertically offset rows of elements.
Die Flächennormale steht vorzugsweise senkrecht auf einem Gehäuse bzw. einer äußeren in Abstrahlrichtung ausgerichteten Oberfläche des Ultraschallsensorarrays. Vorzugsweise sind die Wandlerelemente, die durch Membranschwingungen und/oder Zylinderschwingungen zum Erzeugen und Empfangen von Schallwellen angeregt werden, auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet, anhand welcher die Flächennormale definiert ist.The surface normal is preferably perpendicular to a housing or an outer surface of the ultrasonic sensor array aligned in the emission direction. The transducer elements, which are excited by membrane vibrations and/or cylinder vibrations to generate and receive sound waves, are preferably arranged on a common plane, on the basis of which the surface normal is defined.
Durch das Verfahren kann die mechanische Schallfeldkorrektur mittels Trichter durch ein sogenanntes digitales Beamforming der Richtcharakteristik bei einem Sendebetrieb bzw. Sendezustand und bei einem Empfangsbetrieb bzw. Empfangszustand ersetzt werden. Die Richtung der vertikalen Schallkeule wird über ein als eine dedizierte Ansteuerlogik ausgestaltetes Steuergerät eingestellt.With the method, the mechanical sound field correction by means of a funnel can be replaced by a so-called digital beamforming of the directional characteristic in a transmission mode or transmission state and in a reception mode or reception state. The direction of the vertical sound keule is set via a control unit designed as a dedicated control logic.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen. Das Steuergerät kann beispielsweise ein fahrzeugseitiges Steuergerät, ein fahrzeugexternes Steuergerät oder eine fahrzeugexterne Servereinheit, wie beispielsweise ein Cloud-System, sein. Das Steuergerät kann vorzugsweise Messdaten der mindestens einen Messantenne und/oder Messdaten von Sensoren der mindestens einen mobilen Einheit empfangen und verarbeiten können.According to a further aspect of the invention, a control unit is provided, the control unit being set up to carry out the method. The control unit can be, for example, a vehicle-side control unit, a vehicle-external control unit or a vehicle-external server unit, such as a cloud system. The control unit can preferably receive and process measurement data from the at least one measurement antenna and/or measurement data from sensors in the at least one mobile unit.
Darüber hinaus wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder ein Steuergerät diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.In addition, according to one aspect of the invention, a computer program is provided which includes instructions which, when the computer program is executed by a computer or a control unit, cause the latter to execute the method according to the invention. According to a further aspect of the invention, a machine-readable storage medium is provided on which the computer program according to the invention is stored.
Das Steuergerät und das mindestens eine Ultraschallsensorarray können in einer mobilen Einheit angeordnet sein, welche gemäß der BASt Norm assistiert, teilautomatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar sein kann. Beispielsweise kann die mobile Einheit als ein Fahrzeug, ein Roboter, eine Drohne, ein Wasserfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Robotaxi, ein Industrieroboter, ein Nutzfahrzeug, ein Bus, ein Flugzeug, ein Helikopter und dergleichen ausgestaltet seinThe control unit and the at least one ultrasonic sensor array can be arranged in a mobile unit which, according to the BASt standard, can be operated in an assisted, partially automated, highly automated and/or fully automated or driverless manner. For example, the mobile unit can be designed as a vehicle, a robot, a drone, a watercraft, a rail vehicle, a robotaxi, an industrial robot, a commercial vehicle, a bus, an airplane, a helicopter and the like
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Phasenversatz der mindestens zwei Wandlerelemente des Ultraschallsensorarrays in Abhängigkeit von einer Einbauhöhe des Ultraschallsensorarrays über einem Untergrund eingestellt und/oder variiert.In a further exemplary embodiment, a phase offset of the at least two transducer elements of the ultrasonic sensor array is adjusted and/or varied as a function of an installation height of the ultrasonic sensor array above a substrate.
Typischerweise werden Ultraschallsensoren zwischen 30 cm und 70 cm Einbauhöhe verbaut. Bei einer Einbauhöhe von 30 cm sollte die Flächennormale einem Anstellwinkel von ca. 10° gegenüber einem Untergrund betragen, um Bodenechos aufgrund der geringeren Einbauhöhe zu reduzieren. Bei einer Einbauhöhe größer als 48cm sind Anstellwinkel von ca. 2° bevorzugt, um Detektionsverluste von niedrigen aber crashrelevanten Objekten, wie beispielsweise Mauern mit geringer Höhe, zu vermeiden. Zwischen der Einbauhöhe von 30 cm und 48 cm gibt es einen linearen Zusammenhang zwischen Einbauhöhe und dem präferierten Anstellwinkel zwischen 10° und 2°.Typically, ultrasonic sensors are installed between 30 cm and 70 cm installation height. With an installation height of 30 cm, the normal to the surface should be at an angle of approx. 10° to the ground in order to reduce ground echoes due to the lower installation height. With an installation height greater than 48 cm, angles of attack of approx. 2° are preferred in order to avoid detection losses of low but crash-relevant objects, such as low walls. Between the installation height of 30 cm and 48 cm there is a linear relationship between the installation height and the preferred angle of attack between 10° and 2°.
Diese unterschiedlichen Anstellwinkel kann das Steuergerät entsprechend der Einstellung des Phasenversatzes zwischen den jeweiligen Wandlerelementen durch ein Kippen der Hauptachse der emittierten Schallechos gegenüber einer Flächennormalen des Ultraschallsensorarrays realisieren. Durch diese Maßnahme kann das Ultraschallsensorarray dynamisch an unterschiedliche Höhen gegenüber dem Untergrund, beispielsweise bei Fahrzeugen mit einer Luftfederung, adaptiert werden.The control device can implement these different angles of attack according to the setting of the phase offset between the respective transducer elements by tilting the main axis of the emitted sound echoes with respect to a surface normal of the ultrasonic sensor array. This measure allows the ultrasonic sensor array to be dynamically adapted to different heights relative to the ground, for example in vehicles with air suspension.
Darüber hinaus kann das Ultraschallsensorarray in unterschiedlichen Fahrzeugen an unterschiedlichen Einbaupositionen bzw. unabhängig von der Einbauposition zuverlässig betrieben werden, da die Einbauhöhe durch das Verfahren automatisch kompensiert werden kann.In addition, the ultrasonic sensor array can be operated reliably in different vehicles at different installation positions or independently of the installation position, since the installation height can be automatically compensated by the method.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern von mindestens einem Ultraschallsensorarray zum Empfangen von aus einem Erfassungsbereich reflektierten Schallechos bereitgestellt. Diese Ansteuerung des Ultraschallsensorarrays kann ebenfalls durch ein Steuergerät erfolgen. Es können für den Sendebetrieb und für den Empfangsbetrieb unterschiedliche Steuergeräte oder ein Steuergerät verwendet werden.According to a further aspect of the invention, a method for controlling at least one ultrasonic sensor array for receiving sound echoes reflected from a detection area is provided. This control of the ultrasonic sensor array can also be done by a control unit. Different control devices or one control device can be used for the transmission mode and for the reception mode.
Das Ultraschallsensorarray weist mindestens zwei in Vertikalrichtung und/oder in Horizontalrichtung voneinander beabstandete Wandlerelemente auf. Die Wandlerelemente werden relativ zu einem Sendezustand phasenversetzt in einen Empfangszustand geschaltet. Durch das phasenversetzte „Auslesen“ der Wandlerelemente durch das Steuergerät können gezielt Schallechos aus definierten Raumwinkeln oder Raumwinkelbereichen empfangen werden. Durch diese Maßnahme kann das mindestens eine Ultraschallsensorarray als eine Richtantenne für Schallechos betrieben werden, wodurch auch am Untergrund reflektierte Schallechos beim Empfang der Messdaten unterdrückt werden können.The ultrasonic sensor array has at least two transducer elements spaced apart from one another in the vertical direction and/or in the horizontal direction. The transducer elements are switched into a reception state with a phase offset relative to a transmission state. Due to the phase-shifted "reading" of the transducer elements by the control unit, sound echoes from defined solid angles or solid angle ranges can be received in a targeted manner. This measure allows the at least one ultrasonic sensor array to be operated as a directional antenna for sound echoes, as a result of which sound echoes reflected on the subsoil can also be suppressed when the measurement data is received.
Diese Richtcharakteristik im Empfangsbetrieb des Ultraschallsensorarrays kann einer Richtcharakteristik im Sendebetrieb gleichen oder von der Richtcharakteristik im Sendebetrieb abweichen.This directional characteristic in the reception mode of the ultrasonic sensor array can be the same as a directional characteristic in the transmission mode or can deviate from the directional characteristic in the transmission mode.
Die Empfangssensitivität kann unabhängig von der Schallabstrahlung für definierte Raumwinkelbereiche eingestellt werden. Hierzu werden die Empfangssignale phasenverzögert aufaddiert.The reception sensitivity can be set independently of the sound radiation for defined solid angle ranges. For this purpose, the received signals are added with a phase delay.
Insbesondere kann ein derartiges phasenverzögertes Aufaddieren von Empfangssignalen zur Einstellung der Empfangssensitivität unabhängig von der Schallabstrahlung im Sendebetrieb erfolgen.In particular, such a phase-delayed addition of reception signals for setting the reception sensitivity can take place independently of the sound radiation in the transmission mode.
Nach einer Ausführungsform werden die Wandlerelemente derart phasenversetzt in einem Empfangszustand betrieben, dass reflektierte Schallwellen aus mindestens einem Raumwinkelbereich empfangen und zu Messdaten konvertiert werden. Hierdurch kann die Richtcharakteristik im Empfang durch einen zur Richtcharakteristik im Sendebetrieb verschiedenen Phasenversatz angepasst werden. Dabei können beliebig viele Richtcharakteristiken und insbesondere Raumwinkel parallel (also gleichzeitig) im Empfangsbetrieb empfangen und ausgewertet werden. Dieses digitale Beamforming erfordert jedoch einen hohen Rechenaufwand. Eine an eine Fahrsituation gekoppelte Auswertung von wenigen Raumwinkeln oder Raumwinkelbereichen kann den Rechenaufwand reduzieren und eine gezielte auf die Fahrsituation angepasste Auswertung ermöglichen.According to one embodiment, the converter elements are operated in a reception state with a phase offset in such a way that reflected sound waves are received from at least one solid angle range and converted to measurement data. As a result, the directional characteristic during reception can be adjusted by a phase offset that is different from the directional characteristic during transmission. Any number of directional characteristics and in particular solid angles can be received and evaluated in parallel (i.e. simultaneously) in reception mode. However, this digital beamforming requires a high computing effort. An evaluation of a few solid angles or solid angle ranges coupled to a driving situation can reduce the computing effort and enable a targeted evaluation adapted to the driving situation.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Fahrsituation ermittelt. Bevorzugterweise wird basierend auf der ermittelten Fahrsituation der mindestens eine Raumwinkel oder mindestens eine Raumwinkelbereich eingestellt. Durch diese Maßnahme kann eine Auswertung verschiedener Richtcharakteristiken an die Fahrsituation gekoppelt werden.According to a further exemplary embodiment, a driving situation is determined. The at least one solid angle or at least one solid angle range is preferably set based on the determined driving situation. This measure allows an evaluation of different directional characteristics to be linked to the driving situation.
Zum Ermitteln der Fahrsituation können Messdaten von mindestens einem Sensor durch das Steuergerät empfangen und ausgewertet werden. Beispielsweise kann die Fahrsituation basierend auf Messdaten eines GNSS-Sensors, eines LIDAR-Sensors, eines Geschwindigkeitssensors, eines Kamerasensors und dergleichen ermittelt werden.To determine the driving situation, measurement data from at least one sensor can be received and evaluated by the control unit. For example, the driving situation can be determined based on measurement data from a GNSS sensor, a LIDAR sensor, a speed sensor, a camera sensor and the like.
Bei statischen Fahrsituationen, wie beispielsweise bei einem Startvorgang des Fahrzeugs, können beispielsweise Raumwinkel von 90°, 45° und 0° oder 60°, 0° und - 60° (nach oben gerichtet), gleichzeitig empfangen und ausgewertet werden.
Hierbei entspricht ein Winkel von 0° einer Abstrahlrichtung oder Empfangsrichtung parallel zu einem Untergrund des Fahrzeugs. Durch diese Maßnahme können niedrigen, aber kollisionsrelevanten Objekte unterhalb der Sensoreinbauhöhe, wie beispielsweise niedrige Poller, Granitblöcke, niedrige Mauern, Steine und dergleichen, detektiert werden. Bei einem abgetasteten Raumwinkel von -60° können auch unterfahrbare Objekten, wie beispielsweise Schranken, durch das Ultraschallsensorarray erfasst werden.In static driving situations, such as when starting the vehicle, solid angles of 90°, 45° and 0° or 60°, 0° and −60° (pointing upwards) can be simultaneously received and evaluated.
In this case, an angle of 0° corresponds to a direction of emission or direction of reception parallel to a substrate of the vehicle. This measure allows low but collision-relevant objects below the sensor installation height, such as low bollards, granite blocks, low walls, stones and the like, to be detected. With a scanned spatial angle of -60°, objects that can be driven under, such as barriers, can also be detected by the ultrasonic sensor array.
Bei Fahrsituationen mit langsamen Fahrgeschwindigkeiten von beispielsweise weniger als 3 km/h können in Fahrtrichtung gerichtete Ultraschallsensorarrays und am Fahrzeugheck entgegen der Fahrtrichtung gerichtete Ultraschallsensorarrays oder seitlich angeordnete Ultraschallsensorarrays zur Entfernungsmessung in einem vertikalen Raumwinkelbereich bei 0° und bei 45° eingesetzt werden.In driving situations with slow driving speeds of less than 3 km/h, for example, ultrasonic sensor arrays directed in the direction of travel and ultrasonic sensor arrays directed against the direction of travel at the rear of the vehicle or ultrasonic sensor arrays arranged on the side can be used for distance measurement in a vertical solid angle range at 0° and at 45°.
Die seitlich angeordneten Ultraschallsensorarrays zur Detektion von Bordsteinen können vorzugsweise unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit betrieben werden.The laterally arranged ultrasonic sensor arrays for detecting curbs can preferably be operated independently of the driving speed.
Bei Fahrsituationen mit höheren Fahrgeschwindigkeiten von beispielsweise mehr als 3 km/h kann beispielsweise die Registrierung und Auswertung des Raumwinkels von 0° durch die frontseitigen und heckseitigen Ultraschallsensorarrays durchgeführt werden.In driving situations with higher driving speeds of more than 3 km/h, for example, the spatial angle of 0° can be registered and evaluated by the front-side and rear-side ultrasonic sensor arrays.
Somit werden nach einer weiteren Ausführungsform die Wandlerelemente derart gegenüber dem Sendezustand phasenversetzt in einen Empfangszustand geschaltet, dass reflektierte Schallwellen aus drei voneinander beabstandeten Raumwinkelbereichen, insbesondere um 45° oder 60° und/oder einem Vielfachen von 45° oder 60° voneinander beabstandeten Raumwinkelbereichen, empfangen und zu Messdaten konvertiert.Thus, according to a further embodiment, the transducer elements are switched to a reception state with a phase offset relative to the transmission state in such a way that reflected sound waves are received from three spatial angle regions spaced apart from one another, in particular spatial angular regions spaced apart by 45° or 60° and/or a multiple of 45° or 60° and converted to measurement data.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die mindestens zwei Wandlerelemente mit einem Phasenversatz in dem Empfangszustand zueinander betrieben, welcher einem Phasenversatz in dem Sendezustand gleicht. Wenn die Phasenverzögerung bzw. der Phasenversatz der Wandlerelemente im Empfangszustand gleich dem Phasenversatz der Wandlerelemente beim Aussenden gewählt wird, kann analog zu der mechanischen Lösung die Richtcharakteristik im Empfangszustand und im Sendezustand aneinander angepasst werden.According to a further exemplary embodiment, the at least two converter elements are operated with a phase offset relative to one another in the reception state, which phase offset is equal to a phase offset in the transmission state. If the phase delay or the phase shift of the transducer elements in the reception state is selected to be equal to the phase shift of the transducer elements during transmission, the directional characteristics in the reception state and in the transmission state can be matched to one another analogously to the mechanical solution.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
-
1 ein schematisches Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform, -
2 ein schematisches Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform, -
3 eine Schnittdarstellung eines heckseitig an einem Fahrzeug angeordneten Ultraschallsensorarrays zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, -
4 eine Schnittdarstellung eines heckseitig an einem Fahrzeug angeordneten Ultraschallsensorarrays zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform und -
5 eine Draufsicht auf ein Ultraschallsensorarray.
-
1 a schematic flowchart to illustrate a method according to a first embodiment, -
2 a schematic flowchart to illustrate a method according to a second embodiment, -
3 a sectional view of an ultrasonic sensor array arranged at the rear of a vehicle to illustrate a method according to the invention, -
4 a sectional view of an ultrasonic sensor array arranged at the rear of a vehicle to illustrate a method according to the invention according to a third embodiment and -
5 a plan view of an ultrasonic sensor array.
In der
Die Wandlerelemente 5, 5', 5'', 5''' können phasenversetzt durch ein mit den Wandlerelementen 5, 5', 5'', 5''' elektrisch verbundenes Steuergerät 6 angesteuert 10 werden. Durch diese Ansteuerung wird eine Hauptachse H der emittierten Schallechos gegenüber einer Flächennormalen N des Ultraschallsensorarrays 4 gekippt 12.The
Darüber hinaus kann beispielsweise eine Fahrsituation durch das Steuergerät 6 ermittelt werden 14, durch welche die genauen Raumwinkel oder Raumwinkelbereiche vorgegeben werden, um die die Hauptachse H der emittierten Schallechos gegenüber einer Flächennormalen N oder gegenüber einem Verlauf eines Untergrunds U gekippt 12 wird.In addition, for example, a driving situation can be determined 14 by the
Die
Wie bereits oben beschrieben wird mindestens ein Ultraschallsensorarray 4 verwendet, welches eine Vielzahl von Wandlerelementen 5 aufweist. Die Wandlerelemente 5 sind als Teilsensoren ausgestaltet, sodass jedes Wandlerelement 5 separat zum Erzeugen bzw. Emittieren und zum Empfangen von Schallwellen in Form von Schallechos nutzbar ist. Vorzugsweise können die Wandlerelemente 5 des Ultraschallsensorarrays 4 derart vom Steuergerät 6 angesteuert werden 16, dass die empfangenen Schallechos, die aus dem Erfassungsbereich E zurück reflektiert werden, phasenversetzt von den Wandlerelementen 5 empfangen 18 werden.As already described above, at least one
Durch das phasenversetzte Aktivieren des Empfangszustands der Wandlerelemente 5 kann abhängig vom Phasenversatz ein Raumwinkelbereich ausgewählt werden, aus welchem die Schallechos empfangen werden. Durch diese Maßnahme wird dem Ultraschallsensorarray 4 eine Richtcharakteristik zugewiesen. Je nach Ausgestaltung des Verfahrens 2 kann die Richtcharakteristik verändert 20 werden. Dies kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer Position des Ultraschallsensorarrays 4 vom Untergrund U und/oder in Abhängigkeit von einer Verkehrssituation bzw. Fahrsituation erfolgen.By activating the receiving state of the
In der
Das Ultraschallsensorarray 4 ist in einem unteren Abschnitt einer heckseitigen Stoßstange des Fahrzeugs 8 angeordnet. Eine derartige Einbauposition ist für Ultraschallsensoren grundsätzlich nachteilig, da vermehrt vom Untergrund U reflektierte Schallechos empfangen werden. Durch den Einsatz des Ultraschallsensorarrays 4 mit zwei in Vertikalrichtung Z übereinander angeordneten Wandlerelementen 5, 5" kann die Abstrahlrichtung bzw. die Hauptachse H der erzeugten Schallechos gedreht werden. Dies wird durch den Pfeil veranschaulicht. Durch diese Ansteuerung des Steuergeräts 6 wird die Hauptachse H der emittierten Schallechos gegenüber der Flächennormalen N des Ultraschallsensorarrays 4 gekippt 12, wodurch die erzeugten Schallechos parallel zum Untergrund U bzw. in einem Raumwinkel von 0° erzeugt werden. Hierdurch erfolgt eine Kompensation einer ungünstigen Einbauposition des Ultraschallsensorarrays 4.The
Das Steuergerät 6 kann im dargestellten Ausführungsbeispiel als eine dedizierte Ansteuerungslogik des mindestens einen Ultraschallsensorarrays 4 ausgestaltet sein. Das Steuergerät 6 kann ein oder mehrere Ultraschallsensorarrays 4 zeitgleich ansteuern.In the exemplary embodiment shown,
Die
Das Steuergerät 6 kann vorzugsweise die Fahrsituation ermitteln oder entsprechende Daten zur Fahrsituation empfangen. Beispielsweise kann die Fahrsituation anhand einer Fahrzeuggeschwindigkeit klassifiziert werden. Die entsprechenden Messdaten zum Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit und damit auch der Fahrsituation können beispielsweise von einem GNSS-Sensor 7 empfangen werden.
Des Weiteren ist in der
In der
Derartige Wandlerelemente 5 können vom Steuergerät 6 unabhängig voneinander zum Erzeugen von Schallechos und/oder zum Empfangen reflektierten Schallechos angesteuert werden.
Das Steuergerät 6 kann die Wandlerelemente 5 derart ansteuern, dass beispielsweise Objekte auch im Nahbereich des Fahrzeugs 8 zuverlässig und ohne Überlagerung mit Reflektionen eines Untergrunds U interferieren. Hierzu können die unteren beiden Wandlerelemente 5'',5''' allein vom Steuergerät 6 zum Erzeugen von Schallechos und die oberen beiden Wandlerelemente 5, 5' und/oder die unteren beiden Wandlerelemente 5'', 5''' zum Empfangen von reflektierten Schallechos genutzt werden.The
Die Schallechos werden in Form von Schallwellen erzeugt und können kontinuierlich oder in gepulster Form erzeugt werden. Insbesondere kann eine konstante Pulsbreite oder eine veränderliche Pulsbreite der erzeugten Schallechos durch das Steuergerät 6 eingestellt werden.The sound echoes are generated in the form of sound waves and can be generated continuously or in a pulsed form. In particular, a constant pulse width or a variable pulse width of the sound echoes generated can be set by the
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102018100567 A1 [0004]DE 102018100567 A1 [0004]
- US 2020/0196527 A1 [0005]US 2020/0196527 A1 [0005]
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Patent Citations (2)
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PFEFFER, Clemens [et al.]: FMCW MIMO radar system for frequency-division multiple TX-beamforming. In: IEEE Transactions on microwave theory and techniques, Vol. 61, 2013, No. 12, S. 4262-4274. – ISSN 0018-9480 |
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