DE102010015077B4

DE102010015077B4 - Verfahren zum Detektieren eines Objektes, Fahrerassistenzeinrichtung und Fahrzeug mit einer Fahrerassistenzeinrichtung

Info

Publication number: DE102010015077B4
Application number: DE201010015077
Authority: DE
Inventors: Heinrich Gotzig; Uwe Kupfernagel; Jörg Weyland
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: DE102010015077A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen eines Zielwinkels (b) eines Objekt (5a, 5b) mittels eines Ultraschallsensors (3), wobei der Zielwinkel (b) ein Winkel zwischen einer durch den Ultraschallsensor (3) und das Objekt (5a, 5b) verlaufenden Verbindungslinie (6a, 6b) und einer durch den Ultraschallsensor (3) verlaufenden Referenzlinie (7) ist, mit den Schritten: – Senden eines ersten Sendesignals (8a) mit einer vorgegebenen ersten Abstrahlcharakteristik (12, 13) durch den Ultraschallsensor (3) und Empfangen eines ersten Reflexionssignals (9a), welches das vom Objekt (5a, 5b) reflektierte erste Sendesignal (8a) ist, – Senden eines zweiten Sendesignals (8b) mit einer vorgegebenen und von der ersten unterschiedlichen zweiten Abstrahlcharakteristik (12, 13) durch den Ultraschallsensor (3) und Empfangen eines zweiten Reflexionssignals (9b), welches das vom Objekt (5a, 5b) reflektierte zweite Sendesignal (8b) ist, und – Bestimmen des Zielwinkels (b) in Abhängigkeit vom ersten (9a) und zweiten Reflexionssignal (9b), dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen den jeweiligen Amplituden...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Zielwinkels eines Objekts mittels eines Ultraschallsensors sowie eine Fahrerassistenzeinrichtung für ein Fahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrerassistenzeinrichtung.
In der Fahrzeugtechnik ist der Einsatz von Ultraschallsensoren in Fahrerassistenzeinrichtungen bekannt. Durch Senden eines Sendesignals und Empfangen eines Reflexionssignals, welches das von einem Objekt reflektierte Sendesignal ist, kann der Ultraschallsensor als Komponente einer Fahrerassistenzeinrichtung beispielsweise den Abstand zum Objekt bestimmen. Dies geschieht üblicherweise über eine Messung in der Zeitdomäne, also eine Messung der Laufzeit des Signals bei bekannter Schallgeschwindigkeit.
Auch der Einsatz mehrerer, an einem Fahrzeug angebrachter Ultraschallsensoren ist bekannt. Über eine Kombination der von ihnen gelieferten Signale kann die Position eines Objekts relativ zum Fahrzeug ermittelt werden. Hierbei kommt üblicherweise das Prinzip der Triangulation zum Einsatz. Ein erster Ultraschallsensor bestimmt einen ersten Winkel zu einem Objekt, dessen Position gesucht ist. Ein zweiter Ultraschallsensor, der vorzugsweise möglichst weit entfernt vom ersten Ultraschallsensor angebracht ist, ermittelt einen zweiten Winkel zum Objekt. Ausgewertet wird bei diesem Verfahren wiederum der Laufzeitunterschied der Schallwellen. Da der erste Ultraschallsensor, der zweite Ultraschallsensor und das Objekt an den Ecken eines Dreiecks sitzen, kann über den ersten und zweiten Winkel mittels trigonometrischer Beziehungen die Objektposition bestimmt werden. Für dieses Verfahren sind wenigstens zwei an verschiedenen Orten sitzende Ultraschallsensoren erforderlich. Eine besondere Herausforderung besteht darin, den Zielwinkel mit nur einem einzigen Ultraschallsensor bestimmen zu können.
Aus der US 2005/0203397 A1 ist ein Ultraschallwandler bekannt, der eine Membran mit mehreren Vibrationsmoden umfasst. Hierbei ist der Ultraschallwandler so ausgestaltet, dass sich die Vibrationsfrequenz der Membran gezielt auswählen und insbesondere so anpassen lässt, dass die Membran entweder in ihrer Grund- oder einer ihrer Oberschwingungen oszilliert. Dieses Prinzip wird insbesondere genutzt, um Ultraschall einer bestimmten Frequenz zu senden und bei einer hierzu doppelten Frequenz zu empfangen.
Aus der DE 195 41 459 A1 sind ein Verfahren und eine Fahrerassistenz zum Bestimmen eine Zielwinkels eines Objekts mittels eines Ultraschallsensors gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6 bekannt. Das bekannte Verfahren umfasst die Schritte:

– Senden eines ersten Sendesignal mit einer vorgegebenen ersten Sendecharakteristik durch den Ultraschallsensor und Empfangen eines zugehörigen ersten vom Objekt reflektieren Reflexionssignals,
– Senden eines zweiten Sendesignals mit einer zweiten, unterschiedlichen Sendecharakteristik durch den Ultraschallsensor und Empfangen eines zugehörigen zweiten vom Objekt reflektieren Reflexionssignals und
– Bestimmen des Zielwinkels in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Reflexionssignal.

Zur Bestimmung des Zielwinkels ist dabei vorgesehen, die Reflexionssignale mit vorgespeicherten Referenzsignalen zu vergleichen, wobei die Referenzsignale durch entsprechende Referenzmessungen mit vorgegebenen Referenzobjekten ermittelt wurden. Beim Vergleich der Reflexionssignale mit den Referenzsignalen werden verschiedene Auswertekriterien wie z. B. Signalbreite und Differenz der charakteristischen Amplituden herangezogen. Diese Verfahren ermöglicht eine hohe Winkelauflösung ist aber verhältnismäßig aufwändig, da Referenzsignale ermittelt, gespeichert und dann mit den Reflexionssignalen verglichen werden müssen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, mittels eines Ultraschallsensors die Bestimmung eines Zielwinkels eines Objekts zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, eine Fahrerassistenzeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie ein Fahrzeug, welches die Merkmale nach Patentanspruch 11 aufweist, gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich eines Ultraschallsensors, um einen Zielwinkel eines Objekts zu bestimmen. Der Zielwinkel ist hierbei definiert als der Winkel, der von einer Verbindungslinie und einer Referenzlinie eingeschlossen wird, wobei die Verbindungslinie durch den Ultraschallsensor und das Objekt verläuft und die Referenzlinie beliebig aber dabei zumindest durch den Ultraschallsensor verläuft. Als Linie ist hierbei eine Gerade oder gegebenenfalls eine Geodäte bezüglich der Ultraschallausbreitung in einem umgebenden Medium des Ultraschallsensors zu verstehen. Gemäß dem Verfahren sendet der Ultraschallsensor ein erstes Sendesignal aus, welches eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik aufweist, und empfängt ein erstes Reflexionssignal, welches durch die Reflexion des ersten Sendesignals am Objekt zustande kommt. Ferner sendet der Ultraschallsensor ein zweites Sendesignal aus, das ebenfalls eine vorgegebene zweite Abstrahlcharakteristik aufweist. Erste und zweite Abstrahlcharakteristik unterscheiden sich dabei voneinander. Das zweite Sendesignal wird am Objekt reflektiert und bildet so ein zweites Reflexionssignal, das vom Ultraschallsensor empfangen wird. Ausgehend vom ersten und zweiten Reflexionssignal wird der Zielwinkel bestimmt.
Da die Sendesignale von einem Ultraschallsensor ausgehen, handelt es sich bei ihnen um Ultraschallsignale bzw. Ultraschallwellen, die sich durch ein Medium vom Ultraschallsensor ausgehend zum Objekt hin ausbreiten. Dabei wird die Ausbreitung der Wellen bzgl. ihrer Schallpegel bzw. Energie bzw. Amplituden üblicherweise nicht isotrop erfolgen, sondern einer bestimmten Richtcharakteristik folgen. Die Richt- oder Abstrahlcharakteristik enthält die Information über die vom Ultraschallsensor in einen bestimmten Winkel (bzw. Raumwinkel) abgestrahlten Energie oder Leistung. Man kann allgemein von einer vom Abstrahlwinkel abhängigen Amplitude sprechen. Dann ist die Abstrahlcharakteristik die Amplitude als Funktion eines Winkels (bzw. Raumwinkels). Damit ist grundsätzlich die Möglichkeit eröffnet, über eine Messung der Amplitude auf einen Winkel zu schließen.
Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Ultraschallsensor wird nun wenigstens zwei Sendesignale erzeugen, von denen sich wenigstens zwei in ihrer Abstrahlcharakteristik unterscheiden. Folglich wird ein im Abstrahlfeld des Ultraschallsensors positioniertes Objekt je nach relativer Winkelposition zum Ultraschallsensor einem jeweils zu dieser Position gehörigen Ultraschallpegel ausgesetzt sein. Da das Objekt gemäß dem Verfahren Schallwellen ausgesetzt ist, die zwei verschiedenen Abstrahlcharakteristiken folgen, gibt es zumindest eine Winkelposition des Objekts, an der die Amplituden der beiden Sendesignale verschieden sind. Dann werden sich auch die zum ersten und zweiten Sendesignal gehörenden ersten und zweiten Reflexionssignale voneinander unterscheiden. Durch einen Vergleich des ersten mit dem zweiten Reflexionssignal kann dann auf die Winkelposition des Objekts relativ zum Ultraschallsensor, also auf den Zielwinkel, geschlossen werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste und das zweite Sendesignal gleichzeitig ausgesendet werden. Dieser Ablauf wird z. B. dann bevorzugt sein, wenn der Sensor zwei verschiedene Membranen aufweist, die jeweils für das Senden des ersten bzw. zweiten Sendesignals zuständig sind. Vorzugsweise ist jedoch der Sensor so aufgebaut, dass er lediglich eine einzige Membran umfasst. Dann ist es bevorzugt, wenn die beiden Sendesignale zeitlich nacheinander abgestrahlt werden. Beispielsweise kann zunächst das erste Sendesignal ausgesandt werden, woraufhin nach einem Zeitintervall das zweite Sendesignal gesendet wird. Dann werden zunächst das erste und danach das zweite Reflexionssignal empfangen. Diese zeitliche Abfolge der Signale ist besonders dann vorteilhaft, wenn das zu detektierende Objekt weit vom Sensor entfernt ist und die Laufzeitdifferenz für die Signale zwischen ihrem Aussenden und ihrem Empfang größer ist als die Zeitdauer, die der Sensor benötigt, um vom Sendebetrieb für das Senden des ersten Sendesignals in den Sendebetrieb für das Senden des zweiten Sendesignals überzugehen. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn in einem ersten Schritt das erste Sendesignal ausgesendet und dann das erste Reflexionssignal empfangen wird. Erst nachdem das erste Reflexionssignal empfangen wurde wird dann im zweiten Schritt das zweite Sendesignal gesendet und schließlich das zweite Reflexionssignal empfangen. Dieses Prozedere ist speziell dann von Vorteil, wenn sich das zu detektierende Objekt nahe am Sensor befindet und/oder der Sensor lange Zeit benötigt, um vom Modus für das Senden des ersten in jenen für das Senden des zweiten Sendesignals zu schalten.
Das Verfahren ermöglicht, dass nur ein einziger Ultraschallsensor zur Bestimmung des Zielwinkels eingesetzt wird. Damit kann nun neben einer Abstandsbestimmung mittels einer Signal-Laufzeitmessung auch die Winkelposition eines Objekts bestimmt werden. Die bei der Triangulation gegebene Einschränkung, wenigstens zwei Ultraschallsensoren an zwei unterschiedlichen Orten gegenüber einem Objekt zu platzieren, um dessen Position zu ermitteln, entfällt.
Die Bestimmung des Zielwinkels in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Reflexionssignal erfolgt in Abhängigkeit der jeweiligen Amplitude der beiden Signale. Da über die Abstrahlcharakteristiken die abgestrahlten, winkelabhängigen Amplituden bekannt sind, kann über eine Messung der Amplituden der Reflexionssignale auf die Winkelposition des reflektierenden Objekts rückgeschlossen werden. Aus dem ersten und zweiten Reflexionssignal wird eine Vergleichsgröße berechnet, aus der wiederum der Zielwinkel bestimmt werden kann. Als Vergleichsgrößen eignen sich insbesondere solche Größen, bei denen unbekannte Größen, die in die Amplituden des ersten und zweiten Reflexionssignals einfließen, im Zuge der Bestimmung der Vergleichsgröße wegfallen. Nur prinzipiell und beispielhaft sei genannt, dass identische, jedoch unbekannte Faktoren, welche die Amplituden der Reflexionssignale mit den Amplituden der Sendesignale verknüpfen, gegebenenfalls bei einer Vergleichsgröße, die durch Division zweier Amplituden der Reflexionssignale zustande kommt, wegfallen, d. h. in der Vergleichsgröße einen Faktor 1 liefern.
Erfindungsgemäß wird die Vergleichsgröße durch eine Differenz zwischen den beiden Amplituden berechnet. Dies ist besonders vorteilhaft, da auch bei der Subtraktion unbekannte Größen wegfallen können und sich ihre womöglich komplexe und aufwändige Ermittlung erübrigt. Beispielhaft sei genannt, dass eine Dämpfung eine konstante Abweichung im Pegelwert bedingen kann. Das erste Sendesignal habe einen Schallpegel X und werde auf seinem Weg zum und vom Objekt und/oder am Objekt um den Schallpegelwert Z gedämpft. Dann hat das vom Ultraschallsensor empfangene erste Reflexionssignal einen Schallpegel X' = X – Z. Das zweite Sendesignal habe einen Schallpegel Y und werde auf seinem Weg zum und vom Objekt und/oder am Objekt um den Schallpegelwert Z gedämpft. Dann hat das vom Ultraschallsensor empfangene zweite Reflexionssignal einen Schallpegel Y' = Y – Z. Wird die Vergleichsgröße V' über eine Differenz zwischen beiden Schallpegelwerten X' und Y' bestimmt ergibt sich: V' = Y' – X' = V = Y – X. Da die Abstrahlcharakteristiken vorgegeben und damit bekannt sind, ist auch die Differenz V und ihr zugehöriger Zielwinkel bekannt. Da V = V' erlaubt die alleinige Messung von X' und Y' eine Bestimmung des Zielwinkels. Z muss nicht bekannt sein. Prinzipiell erlauben derartige Differenz- und Verhältnisgrößen eine sehr exakte und fehlertolerante Bestimmung der gesuchten Größe.
Erfindungsgemäß wird der Zielwinkel der berechneten Vergleichsgröße über zumindest eine vorgegebene Kennlinie und/oder zumindest eine mathematische Funktion und/oder zumindest eine mathematische Gleichung zugeordnet. Eine so bekannte Zuordnungsvorschrift erlaubt es, aus der aus Messwerten hervorgegangenen Vergleichsgröße unkompliziert und eindeutig einen Zielwinkel zu bestimmen. Zu jedem Wert der Vergleichsgröße gehört dann vorzugsweise ein Zielwinkel. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Zuordnung eindeutig erfolgen kann, wenn also zu jedem Wert der Vergleichsgröße genau ein Zielwinkel gehört.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die unterschiedlichen Abstrahlcharakteristiken des ersten und zweiten Sendesignals dadurch erzeugt werden, dass das erste Sendesignal mit einer ersten Frequenz und das zweite Sendesignal mit einer hiervon verschiedenen zweiten Frequenz gesendet wird. Hierzu ist der Ultraschallsensor bevorzugt so aufgebaut, dass eine Änderung seiner Betriebsfrequenz das von ihm abgestrahlte Schallfeld automatisch verändert. Hierbei liegt der Erfindung auch die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Erhöhung der Betriebsfrequenz eines Ultraschallsensors (und damit eine Erhöhung der Frequenz des Sendesignals) zu einer Veränderung des abgestrahlten Schallfeldes, also zu einer Veränderung der Abstrahlcharakteristik führt. Dabei variiert die Abstrahlcharakteristik typischerweise dergestalt, dass sie umso gerichteter wird, je höher die Frequenz gewählt wird. Hohe Frequenzen führen also zu einer Abstrahlcharakteristik mit ausgeprägten Amplitudenänderungen über einen kleinen Abstrahlwinkelbereich. Die vom Ultraschallsensor abgegebene Schallenergie konzentriert sich also auf ein kleineres Raumvolumen. In einem elektrisch betriebenen Ultraschallsensor ist seine Ansteuerfrequenz ein Parameter, der sehr einfach und unkompliziert variiert werden kann. Die Frequenz eines elektrischen Signals lässt sich nämlich sehr einfach kontrollieren. Da die Abstrahlcharakteristik des Ultraschallsensors mit der Frequenz korreliert, lässt sich folglich auch die Abstrahlcharakteristik sehr einfach verändern.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn sich die zur ersten Abstrahlcharakteristik gehörende erste Frequenz und die zur zweiten Abstrahlcharakteristik gehörende zweite Frequenz um einen Faktor aus dem Wertebereich von 1,1 bis 2,1 unterscheiden, nämlich z. B. um den Faktor 1,1 oder 1,2 oder 1,3 oder 1,4 oder 1,5 oder 1,6 oder 1,7 oder 1,8 oder 1,9 oder 2,0 oder 2,1. Es sind auch alle möglichen Teilbereiche des angegebenen Wertebereichs denkbar. Die beiden Abstrahlcharakteristiken sind nämlich umso verschiedener je weiter entfernt die beiden Frequenzen voneinander sind. Je unterschiedlicher die beiden Abstrahlcharakteristiken, desto leichter ist es, sie miteinander zu vergleichen. Beispielsweise ergeben sich bei der Subtraktion zweier Amplituden große, mit geringen Fehlern behaftete und aussagekräftige Zahlwerte. Andererseits sollten die Frequenzen nicht zu hoch gewählt sein. Ist nämlich die erste Frequenz so gewählt, dass sich die Schallwellen im Medium hin zum Objekt mit möglichst geringer Dämpfung bewegen, dann kann die Dämpfung für Schallwellen mit höherer Frequenz ausgeprägter sein. Es wird beobachtet, dass Schallwellen einer hohen Frequenz häufig ausgeprägterer Energiedissipation unterliegen. Das ist z. B. in Luft der Fall, wenn die erste Frequenz bei 40 bis 60 kHz liegt und die zweite Frequenz erheblich höher liegt. Als besonders bevorzugt hat sich erwiesen, wenn die zweite Frequenz gegenüber der ersten Frequenz um einen Faktor aus dem Wertebereich von 1,2 bis 1,7 höher liegt, nämlich z. B. um den Faktor 1,2 oder 1,3 oder 1,4 oder 1,5 oder 1,6 oder 1,7. Es sind auch alle möglichen Teilbereiche des angegebenen Wertebereichs denkbar.
Ein für das Verfahren eingesetzter Ultraschallsensor kann auch so ausgebildet sein, dass er mehr als zwei Resonanzfrequenzen aufweist. Dann lassen sich für das Verfahren zwei geeignete Resonanzfrequenzen für die erste und zweite Frequenz auswählen. Das Verfahren kann dann auch nacheinander mit verschiedenen Paaren von Resonanzfrequenzen ausgeführt werden, um z. B. die Messgenauigkeit zu verbessern oder komplementäre Informationen zu gewinnen. Besonders vorteilhaft sind jedoch möglichst wenige, insbesondere genau zwei Resonanzfrequenzen, da gilt: Je mehr Resonanzfrequenzen umso schlechter, weil diese zum einen die Energiedissipation und zweitens die Eindeutigkeit bzw. Zuordnung zu einer bestimmten Frequenz negativ beeinflussen.
Beide Abstrahlcharakteristiken können symmetrisch sein. Insbesondere können sie auch gegenüber der z. B. selben Bezugsachse oder -ebene symmetrisch, z. B. spiegelsymmetrisch, sein. Vorzugsweise ist wenigstens eine Abstrahlcharakteristik des Ultraschallsensor bezüglicher einer Hauptabstrahlrichtung des Ultraschallsensors unsymmetrisch. Eine Hauptabstrahlrichtung ist dabei die durch die jeweilige Abstrahlcharakteristik festgelegte Richtung, in der die Amplitude des abgestrahlten Sendesignals maximal ist. Auch die Hauptabstrahlrichtungen der beiden Abstrahlcharakteristiken müssen nicht miteinander übereinstimmen. Unsymmetrische Abstrahlcharakteristiken erlauben gegebenenfalls eine vereinfachte Zuordnung einer ermittelten Vergleichsgröße, z. B. einer Amplitudendifferenz, zu einem Zielwinkel. Symmetrische Abstrahlcharakteristiken sind dagegen häufig dadurch charakterisiert, dass sich einem Amplitudenwert oder einem Wert einer Vergleichsgröße zwei Zielwinkelwerte zuordnen lassen und eine Unsicherheit bzgl. des Vorzeichens des bestimmten Winkelwertes bestehen bleibt, die durch ein weiteres Entscheidungskriterium ausgeräumt werden müsste. Mit unsymmetrischen und dabei bekannten Abstrahlcharakteristiken lässt sich diese Einschränkung gegebenenfalls beheben.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn zur Bestimmung des Zielwinkels eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt berücksichtigt wird, welche aus dem ersten und/oder dem zweiten Reflexionssignal gewonnen wird. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn sich das Objekt und der Sensor relativ zueinander bewegen und z. B. das zweite Sendesignal zeitlich nach dem ersten Sendesignal ausgesandt wird, die beiden Modi mit den beiden Abstrahlcharakteristiken also hintereinander ausgeführt werden. Dann kann sich nämlich eine Unsicherheit bei der Bestimmung des Zielwinkels ergeben, die daher rührt, dass sich die Relativposition des Ultraschallsensors und Objekts zueinander während des Messverfahrens ändert. Eine zeitabhängige Abstandsänderung, also eine Relativgeschwindigkeit zwischen Ultraschallsensor und Objekt, könnte beispielsweise über eine Laufzeitmessung des Schallsignals und der Einführung eines geschwindigkeitsabhängigen Kompensationsfaktors in den Bestimmungsschritt des Zielwinkels einfließen. Folglich kann insbesondere auch die Änderung des Zielwinkels zwischen dem Zeitpunkt des Sendens des ersten Sendesignals und dem Zeitpunkt des Empfangens des zweiten Reflexionssignals berücksichtigt werden. Hierdurch kann die Genauigkeit bei der Bestimmung des Zielwinkels erhöht werden.
Eine erfindungsgemäße Fahrerassistenzeinrichtung für ein Fahrzeug umfasst einen Ultraschallsensor sowie eine Recheneinrichtung. Der Ultraschallsensor ist dazu ausgebildet, ein erstes Sendesignal mit einer vorgegebenen ersten Abstrahlcharakteristik zu senden und ein erstes Reflexionssignal, welches das vom Objekt reflektierte erste Sendesignal ist, zu empfangen, als auch ein zweites Sendesignal mit einer vorgegebenen und von der ersten unterschiedlichen zweiten Abstrahlcharakteristik zu senden und ein zweites Reflexionssignal, welches das vom Objekt reflektierte zweite Sendesignal ist, zu empfangen. Die Recheneinrichtung ist dazu ausgelegt, einen Zielwinkel in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Reflexionssignal zu bestimmen, wobei der Zielwinkel ein Winkel zwischen einer durch den Ultraschallsensor und das Objekt verlaufenden Verbindungslinie und einer durch den Ultraschallsensor verlaufenden Referenzlinie ist.
Das Verfahren zum Bestimmen des Zielwinkels kann in der erfindungsgemäßen Fahrerassistenzeinrichtung ablaufen. In der Recheneinrichtung wird der Zielwinkel in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Reflexionssignal bestimmt. Vorzugsweise findet in der Recheneinrichtung die Berechnung einer Vergleichsgröße in Abhängigkeit von den jeweiligen Amplituden des ersten und zweiten Reflexionssignals, insbesondere die Subtraktion beider Amplituden statt. In der Recheneinrichtung wird der Vergleichsgröße dann vorzugsweise der Zielwinkel über zumindest eine darin abgelegte bzw. abgespeicherte vorgegebene Kennlinie und/oder zumindest eine darin abgelegte bzw. abgespeicherte vorgegebene Funktion und/oder zumindest eine darin abgelegte bzw. abgespeicherte vorgegebene Gleichung zugeordnet. Die Kennlinie und/oder die Funktion und/oder die Gleichung können empirisch ermittelt sein und/oder analytisch vorliegen. Beispielsweise sind die in der Recheneinrichtung abgelegten Kennlinien die beiden Abstrahlcharakteristiken, so dass für jeden Zielwinkel aus den beiden Kennlinien auch die zugehörige Amplitudendifferenz bekannt ist. Wird als Vergleichsgröße die Amplitudendifferenz des ersten und zweiten Reflexionssignals gewählt, kann zu jedem Wert dieser Vergleichsgröße mittels der beiden Kennlinien der zugehörige Zielwinkel ausgelesen werden. Vorzugsweise können in der Recheneinrichtung auch zusätzlich Geschwindigkeitsdaten zur Relativbewegung von Ultraschallsensor und Objekt bei der Bestimmung des Zielwinkels mit verarbeitet und berücksichtigt werden.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Fahrerassistenzeinrichtung.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Fahrerassistenzeinrichtung und das erfindungsgemäße Fahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen als auch die in der Figurenbeschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen und/oder die in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf einen Kraftwagenabschnitt mit einer einen Ultraschallsensor umfassenden Fahrerassistenzeinrichtung sowie zwei möglichen Positionen eines Objekts relativ zum Ultraschallsensor; und
2 einen schematischen Graphen der Amplitude in Abhängigkeit des Zielwinkels für zwei Abstrahlcharakteristiken im Zweidimensionalen.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Kraftwagens 1, an dem ein Ultraschallsensor 3 angebracht ist. Bei dem Abschnitt des Kraftwagens 1 kann es sich beispielsweise um einen Front-, Hinter- oder Seitenbereich einer Kraftwagenkarosserie handeln. Der eine Ultraschallsensor 3 kann hierbei z. B. in der Kraftwagenkarosserie verbaut sein oder an ihrer Außenseite befestigt sein. Der Ultraschallsensor 3 ist über ein Signalkabel 11 mit einer Recheneinrichtung 10 verbunden, die dazu ausgebildet ist, Signale des Ultraschallsensors 3 zu verarbeiten, auszuwerten und beispielsweise an ein Fahrerinformationssystem des Kraftwagens 1 weiterzugeben, das einer Bedienperson erlaubt, die vom Ultraschallsensor 3 gelieferten Messdaten zu interpretieren. Zumindest der Ultraschallsensor 3, das Signalkabel 11 und die Recheneinrichtung 10 sind Bestandteil einer Fahrerassistenzeinrichtung 2. Die Fahrerassistenzeinrichtung 2 kann insbesondere zum Zwecke der Umfeld- und/oder Totwinkelerkennung in einem Kraftwagen vorgesehen sein. Sie kann beispielsweise ein Parkhilfesystem sein und hierbei insbesondere ein Parkassistenzsystem, welches zum Ausführen eines zumindest semi-autonomen Parkvorgangs ausgebildet ist.
Der Ultraschallsensor 3 umfasst eine Sensorstirnfläche 4, die dazu ausgebildet ist, Ultraschall in einem umgebenden Medium 14, z. B. Luft, und damit ein Sendesignal 8 zu erzeugen. Sie dient auch zum Empfang von Reflexionssignalen 9. Im Ausführungsbeispiel ist die Sensorstirnfläche 4 eine Membrane, die elektrisch zu mechanischen Schwingungen angeregt werden kann. Die periodisch mechanische Deformation der Membrane erzeugt im umgebenden Medium 14 Schallwellen, die sich als Sendesignal 8 im Raum ausbreiten. Umgekehrt können Schallwellen, die sich im Medium 14 ausbreiten und auf die Membrane treffen, diese zu Schwingungen anregen und ein elektrisches Signal verursachen, das über das Signalkabel 11 an die Recheneinrichtung 10 weitergeleitet werden kann. Die Umwandlung mechanischer in elektrische Energie kann hierbei beispielsweise über ein Piezoelement, z. B. eine kleine Piezokeramikscheibe, erfolgen. Im Ausführungsbeispiel weist die Membrane zwei mechanische Resonanzfrequenzen auf, die sich durch bzw. in äquivalente elektrische Frequenzen anregen bzw. umwandeln lassen. Die Membrane kann aber auch mehr als zwei Resonanzfrequenzen besitzen.
Das abgestrahlte Schallfeld und damit das Sendesignal 8 lassen sich durch eine Änderung der Betriebsfrequenz des Ultraschallsensors 3 gezielt verändern. Bei gleichbleibender mechanischer Deformation der Sensorstirnfläche 4 wird mit zunehmender Frequenz und damit zunehmender Geschwindigkeit der Stirnschwingung der Sensorstirnfläche 4 das Schallfeld schmäler werden Folglich konzentriert sich die abgestrahlte Schallenergie auf ein kleineres Raumvolumen. Das abgestrahlte Schallfeld definiert sich hierbei als die abgegebene Amplitude A, d. h. z. B. als der abgegebene Sendeschallpegel, in Abhängigkeit eines Zielwinkels b. Das spezifische Schallfeld ergibt sich aus einer jeweiligen Abstrahlcharakteristik 12 oder 13 des Ultraschallsensors 3. Alternativ ist auch eine Änderung der Abstrahlcharakteristiken 12, 13 durch eine Veränderung der Geometrie des Ultraschallsensors 3, z. B. seiner Form, seines Durchmessers und/oder seiner Innengeometrie, und/oder durch eine Änderung des Mediums 14, in dem sich die Schallwellen ausbreiten (und damit der zugehörigen Wellenlänge), denkbar. Bei dem Ultraschallsensor 3 kann es sich auch um einen Sensor mit Doppelmembran handeln.
1 zeigt auch ein Objekt 5a bzw. 5b, das gegenüber der räumlichen Position des Ultraschallsensors 3 an zwei verschiedenen Winkelpositionen angeordnet ist. Bei dem Objekt 5a bzw. 5b kann es sich insbesondere um ein Hindernis handeln, z. B. einen Pfosten oder einen Kraftwagen. Das Objekt 5a bzw. 5b kann ortsfest oder beweglich sein. Die Distanz zwischen dem Objekt 5a bzw. 5b und dem Sensor 3 kann beliebig sein, liegt jedoch typischerweise in der Größenordnung mehrerer 10 cm, z. B. bei 30 cm. Im Ausführungsbeispiel ist die durch die Positionen des Ultraschallsensors 3 und des Objekts 5a festgelegte Verbindungslinie 6a identisch mit einer Referenzlinie 7, die durch den Ultraschallsensor 3 verläuft. Die Referenzlinie 7 wird zweckmäßigerweise so festgelegt, dass sie in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung des Ultraschallsensors 3 verläuft. Eine Hauptabstrahlrichtung des Ultraschallsensors 3 ist hierbei eine Richtung, in welcher eine Amplitude A des bei einer bestimmten Frequenz abgegebenen Schallfeldes des Ultraschallsensors 3 maximal ist. Der Zielwinkel b werde als Winkel zwischen einer Verbindungslinie 6a, 6b und der Referenzlinie 7 bestimmt. Beispielsweise ist im Ausführungsbeispiel die Verbindungslinie 6b jene Gerade, die durch das Objekt 5b und den Ultraschallsensor 3 verläuft. Die Winkelposition des Objekts 5b ergibt sich dann aus dem Zielwinkel b, den die Verbindungslinie 6b mit der Referenzlinie 7 einschließt. Im speziellen Ausführungsbeispiel ist der Zielwinkel des Objekts 5a genau 0°, da Verbindungslinie 6a und Referenzlinie 7 zusammenfallen. Dies sind nur Beispiele. Auch beliebig andere Anordnungen eines Objekts gegenüber dem Ultraschallsensor 3 sind denkbar.
2 zeigt zwei schematische Funktionsverläufe der Amplitude A eines vom Ultraschallsensor 3 abgestrahlten Sendesignals 8 in Abhängigkeit des Zielwinkels b. Unter der Amplitude A ist hierbei beispielsweise die Maximalauslenkung einer Schwingung oder die Energie oder der Sendeschallpegel (z. B. in der üblichen Maßeinheit Dezibel) oder eine andere, den Energiefluss des Ultraschalls charakterisierende Messgröße zu verstehen. Die Funktionsverläufe entsprechen den Abstrahlcharakteristiken 12, 13 des Ultraschallsensors 3. Die Abstrahlcharakteristik 13 ist breit und weist vergleichsweise geringe Krümmungen auf. Die Abstrahlcharakteristik 14 ist dagegen schmäler und stärker gekrümmt. Hieraus wird nochmals ersichtlich, dass aus der Abstrahlcharakteristik 12, 13 Vorzugsrichtungen der Sendesignalabstrahlung zu ersehen sind, so dass die Abstrahlcharakteristik auch als Richtcharakteristik bezeichnet werden kann.
Der Ultraschallsensor 3 ist nun in der Lage, wenigstens zwei verschiedene Abstrahlcharakteristiken 12 und 13 zu erzeugen. Dies lässt sich beispielsweise durch zwei verschiedene Resonanzfrequenzen der Sensorstirnfläche 4 des Ultraschallsensors 3 erreichen. Wird der Ultraschallsensor 3 mit einer ersten Frequenz f1 angesteuert und entspricht die Frequenz der mechanischen Resonanzfrequenz der Sensorstirnfläche 4, so wird ein Ultraschallfeld mit der Abstrahlcharakteristik 13 erzeugt. Wird nun der Ultraschallsensor 3 mit einer zweiten Frequenz f2 angesteuert und entspricht diese Frequenz einer höheren mechanischen Resonanzfrequenz der Sensorstirnfläche 4, so wird das Ultraschallfeld schmäler, so dass sich die Abstrahlcharakteristik 12 ergibt. Da die Abstrahlcharakteristik 12 gerichteter ist als die Abstrahlcharakteristik 13, wird sie in einem Winkelbereich um die Hauptabstrahlrichtung eine gegebenenfalls größere Amplitude A aufweisen als die Abstrahlcharakteristik 13 im selben Winkelbereich. Dies ist auch aus den schematischen Verläufen der in 2 gezeigten Abstrahlcharakteristiken 12 und 13 ersichtlich. In einem Winkelbereich um die durch b = 0° verlaufende Ordinate liegen die Amplitudenwerte der Abstrahlcharakteristik 12 oberhalb der Abstrahlcharakteristik 13. Außerhalb dieses Bereichs, also bei großen Werten des Zielwinkels b ist die Situation umgekehrt. Damit lässt sich insbesondere über einen Vergleich der beiden Abstrahlcharakteristiken auf einen Winkelwert schließen. Dieser Vergleich kann beispielsweise einfach darin bestehen, die beiden Abstrahlcharakteristiken voneinander zu subtrahieren.
Die im Ultraschallsensor 3 typischerweise erzeugten Frequenzen liegen im Wertebereich von 40 bis 60 kHz, z. B. bei 51,2 kHz. In diesem Frequenzbereich sollte auch die erste Frequenz f1 liegen. Prinzipiell ist es von Vorteil, wenn die zweite Frequenz f2 möglichst weit von der ersten Frequenz f1 entfernt liegt, da sich dann maximal unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken für beide Frequenzen ergeben. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn f2 um einen Faktor 1,1 bis 2,1 größer als f1 ist. So kann f2 beispielsweise eine Oberfrequenz der f1 sein, so dass z. B. gilt f2 = 2·f1. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, f2 um das 1,2- bis 1,7-fache größer als f1 zu wählen. Beispielsweise kann f2 um den Faktor 1,1 oder 1,2 oder 1,3 oder 1,4 oder 1,5 oder 1,6 oder 1,7 größer als f1 sein. Bei zu hohen Ultraschallfrequenzen ist nämlich das Schallfeld nachteilig stark gedämpft, wenn das Medium 14, in dem die Schallausbreitung stattfindet, Luft ist.
Die im Ausführungsbeispiel von 2 dargestellten Abstrahlcharakteristiken 12 und 13 sind spiegelsymmetrisch bzgl. der Ordinate. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass wenigstens eine Abstrahlcharakteristik keine solche Spiegelsymmetrie aufweist.
Dann lässt sich nämlich aus einem Vergleich der beiden Abstrahlcharakteristiken 12 und 13 der Zielwinkel b gegebenenfalls noch genauer bestimmen.
Der Ultraschallsensor 3 kann auch mehr als zwei verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen und damit auch mehr als zwei verschiedene Abstrahlcharakteristiken realisieren. Für das im Folgende beschriebene Messverfahren können dann zwei Frequenzen f1 und f2 aus der Menge der durch die spezifische Ausgestaltung des Ultraschallsensors 3 zur Verfügung stehenden Frequenzen ausgewählt werden.
Anhand der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele soll nun eine konkrete Ausgestaltung des Messverfahrens diskutiert werden:
In einem ersten Modus wird der Ultraschallsensor 3 mit einer Frequenz f1 betrieben und strahlt ein Sendesignal 8a mit einer durch die Frequenz f1 vorgegebenen Abstrahlcharakteristik 13 ab. In Richtung der Verbindungslinie 6a, also bei einem Zielwinkel von b = 0°, beträgt der abgestrahlte Sendeschallpegel und damit die Amplitude A1 104,45 dB. Der Ultraschall durchläuft das Medium 14, das hier Luft ist, entlang der Verbindungslinie 6a und wird dabei gedämpft. Er trifft auf das Objekt 5a und wird von diesem reflektiert. Der Ultraschall durchläuft das Medium 14 entlang der Verbindungslinie 6a in entgegengesetzter Richtung hin auf den Ultraschallsensor 3 und wird dabei gedämpft. Er erreicht die Sensorstirnfläche 4 des Ultraschallsensors 3 als Reflexionssignal 9a, das vom Ultraschallsensor 3 empfangen wird. Durch verschiedene Dämpfungsmechanismen, z. B. Raum- und Luftdämpfung, wird das Signal auf seinem Weg zum und vom Objekt 5a um 10 dB geschwächt. Der Empfangsschallpegel und die vom Ultraschallsensor 3 detektierte Amplitude A1' beträgt 94,45 dB. Der Messwert wird über das Signalkabel 11 vom Ultraschallsensor 3 an die Recheneinrichtung 10 weitergegeben.
In einem zweiten Modus wird nun der Ultraschallsensor 3 mit einer Frequenz f2 betrieben und strahlt ein Sendesignal 8b mit einer durch die Frequenz f2 vorgegebenen Abstrahlcharakteristik 12 ab. Es sei f2 > f1, so dass die Abstrahlcharakteristik gerichteter ist. In Richtung der Verbindungslinie 6a, also bei einem Zielwinkel von b = 0°, ist der abgestrahlte Sendeschallpegel nun größer als im ersten Modus und die Amplitude A2 beträgt 107,6 dB. In Analogie zum ersten Modus durchläuft der Ultraschall wiederum das Medium 14 entlang der Verbindungslinie 6a und wird am Objekt 5a reflektiert. Durch verschiedene Dämpfungsmechanismen wird das Signal auf seinem Weg zum und vom Objekt 5a wiederum um 10 dB geschwächt. Der Empfangsschallpegel und die vom Ultraschallsensor 3 detektierte Amplitude A2' des Reflexionssignals 9b beträgt 97,6 dB. Der Messwert wird über das Signalkabel 11 vom Ultraschallsensor 3 an die Recheneinrichtung 10 weitergegeben.
In der Recheneinrichtung 10 wird die Amplitudendifferenz d1 = A1' – A2' berechnet. Sie beträgt 94,45 dB – 97,6 dB = –3,15 dB. Über eine in der Recheneinrichtung 10 abgelegte Kennlinie und/oder eine Funktion und/oder eine Gleichung kann der ermittelten Amplitudendifferenz von d1 = –3,15 dB eindeutig der Zielwinkel b = 0° zugeordnet werden. Im Ausführungsbeispiel sind in der Recheneinrichtung die beiden Abstrahlcharakteristiken 12 und 13 als Kennlinien abgelegt. Ihre Subtraktion liefert einen Graphen aus dem sich für die Amplitudendifferenz d1 ein Zielwinkel, nämlich der Zielwinkel b = 0° ablesen lässt. Statt einer Amplitudendifferenz kann in der Recheneinrichtung 10 auch eine andere Vergleichsgröße ermittelt werden, der sich ein Zielwinkel zuordnen lässt.
Es sei auch noch ein zweites Beispiel diskutiert:
Im ersten Modus wird der Ultraschallsensor 3 mit der Frequenz f1 betrieben und strahlt ein Sendesignal 8a mit der durch die Frequenz f1 vorgegebenen Abstrahlcharakteristik 13 ab. In Richtung der Verbindungslinie 6b, also bei einem Zielwinkel von b = b1 (z. B. b1 = 45°), beträgt der abgestrahlte Sendeschallpegel und damit die Amplitude A3 99,83 dB. Der Ultraschall durchlauft das Medium 14 entlang der Verbindungslinie 6b und wird dabei gedämpft. Er trifft auf das Objekt 5b und wird von diesem reflektiert. Der Ultraschall durchläuft das Medium 14 entlang der Verbindungslinie 6b in entgegengesetzter Richtung hin auf den Ultraschallsensor 3 und wird dabei gedämpft. Er erreicht die Sensorstirnfläche 4 des Ultraschallsensors 3 als Reflexionssignal 9a, das vom Ultraschallsensor 3 empfangen wird. Durch verschiedene Dämpfungsmechanismen, z. B. Raum- und Luftdämpfung, wird das Signal auf seinem Weg zum und vom Objekt 5b um 10 dB geschwächt. Der Empfangsschallpegel und die vom Ultraschallsensor 3 detektierte Amplitude A3' beträgt 89,83 dB. Der Messwert wird über das Signalkabel 11 vom Ultraschallsensor 3 an die Recheneinrichtung 10 weitergegeben.
Im zweiten Modus wird nun der Ultraschallsensor 3 mit der Frequenz f2 betrieben und strahlt ein Sendesignal 8b mit der durch die Frequenz f2 vorgegebenen Abstrahlcharakteristik 12 ab. In Richtung der Verbindungslinie 6b, also bei einem Zielwinkel von b = b1 (z. B. b1 = 45°), ist der abgestrahlte Sendeschallpegel nun kleiner als im ersten Modus und die Amplitude A4 beträgt 94,65 dB. In Analogie zum ersten Modus durchläuft der Ultraschall wiederum das Medium 14 entlang der Verbindungslinie 6b und wird am Objekt 5b reflektiert. Durch verschiedene Dämpfungsmechanismen wird das Signal auf seinem Weg zum und vom Objekt 5b wiederum um 10 dB geschwächt. Der Empfangsschallpegel und die vom Ultraschallsensor 3 detektierte Amplitude A4' des Reflexionssignals 9b beträgt 84,65 dB. Der Messwert wird über das Signalkabel 11 vom Ultraschallsensor 3 an die Recheneinrichtung 10 weitergegeben.
In der Recheneinrichtung 10 wird die Amplitudendifferenz d2 = A3' – A4' berechnet. Sie beträgt 89,83 dB – 84,65 d6 = 5,18 dB. Über eine in der Recheneinrichtung 10 abgelegte Kennlinie und/oder eine Funktion und/oder eine Gleichung kann der ermittelten Amplitudendifferenz von d2 = 5,18 dB der Zielwinkel b = b1 (z. B. b1 = 45°) zugeordnet werden. Im Ausführungsbeispiel sind in der Recheneinrichtung die beiden Abstrahlcharakteristiken 12 und 13 als Kennlinien abgelegt. Ihre Subtraktion liefert einen Graphen aus dem sich für die Amplitudendifferenz d2 ein Zielwinkel, nämlich z. B. der Zielwinkel b = b1 ablesen lässt. Im Falle, dass sich der Zielwinkel nicht eindeutig ermitteln lässt, können auch weitere Entscheidungskriterien miteinbezogen werden. Dies ist z. B. insbesondere dann der Fall, wenn nicht entschieden werden kann, ob sich das Objekt 5b bei b = +b1 oder b = –b1 befindet.
Die eingesetzten Frequenzen f1 und f2 sollten nicht zu hoch sein, da mit zunehmender Frequenz normalerweise auch die Dämpfung des Ultraschalls zunimmt. Dies ist z. B. in Luft der Fall. Die frequenzabhängige Energiedissipation kann gegebenenfalls auch bei der Bestimmung von d1 und d2 in der Recheneinrichtung 10 berücksichtigt werden.
Vorzugsweise sind die für das Verfahren eingesetzten Abstrahlcharakteristiken 12 und 13 des Ultraschallsensors 3 so ausgebildet, dass die Amplitudendifferenz für alle Zielwinkel b im Wertebereich von b = –90° bis b = +90° einen anderen Wert besitzt.
Das Bestimmungsverfahren für den Zielwinkel b kann auch nacheinander mit je einem geeigneten Paar von Frequenzen f1 und f2 durchgeführt werden, wenn der Ultraschallsensor 3 mehr als zwei Resonanzfrequenzen aufweist. Damit lässt sich dann gegebenenfalls der Messfehler für den zu bestimmenden Zielwinkel b minimieren.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die z. B. hinsichtlich ihrer Frequenz verschiedenen Modi mit den zwei verschiedenen Abstrahlcharakteristiken 12 und 13 zeitlich nacheinander ausgeführt. Eine gleichzeitige Durchführung beider Modi ist jedoch auch denkbar. Werden die beiden Modi nacheinander ausgeführt, können sich Komplikationen bzgl. der Bestimmung des Zielwinkels b ergeben, wenn sich das Objekt und/oder der Ultraschallsensor 3 bewegt bzw. bewegen. Wenn sich das zu detektierende Objekt bewegt, könnte eine zusätzliche Bestimmung des Abstands über z. B. eine Signal-Laufzeitmessung durchgeführt werden. Man würde die Bewegung des Objekts anhand des Laufzeitunterschieds feststellen können und in den Auswertealgorithmus in der Recheneinrichtung 10 einen geschwindigkeitsabhängigen Kompensationsfaktor einfügen. Ruht das Objekt und bewegt sich der Kraftwagen 1 mit dem Ultraschallsensor 3, stellt dies kein Problem dar, wenn z. B. über Odometrie zusätzlich die Position und/oder der Lenkeinschlag und/oder die Geschwindigkeit des Kraftwagens 1 ständig ermittelt werden und diese Daten bei der Bestimmung des Zielwinkels b in der Recheneinrichtung 10 mitberücksichtigt werden.
Das Bestimmungsverfahren für den Zielwinkel b wurde anhand der Ausführungsbeispiele der 1 und 2 der Anschaulichkeit und Einfachheit wegen im zweidimensionalen Raum erläutert. Alle Ausführungen sind analog auch für den dreidimensionalen Raum zu verstehen. Insbesondere ist der Zielwinkel b im Dreidimensionalen als Raumwinkel zu verstehen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Zielwinkels (b) eines Objekt (5a, 5b) mittels eines Ultraschallsensors (3), wobei der Zielwinkel (b) ein Winkel zwischen einer durch den Ultraschallsensor (3) und das Objekt (5a, 5b) verlaufenden Verbindungslinie (6a, 6b) und einer durch den Ultraschallsensor (3) verlaufenden Referenzlinie (7) ist, mit den Schritten: – Senden eines ersten Sendesignals (8a) mit einer vorgegebenen ersten Abstrahlcharakteristik (12, 13) durch den Ultraschallsensor (3) und Empfangen eines ersten Reflexionssignals (9a), welches das vom Objekt (5a, 5b) reflektierte erste Sendesignal (8a) ist, – Senden eines zweiten Sendesignals (8b) mit einer vorgegebenen und von der ersten unterschiedlichen zweiten Abstrahlcharakteristik (12, 13) durch den Ultraschallsensor (3) und Empfangen eines zweiten Reflexionssignals (9b), welches das vom Objekt (5a, 5b) reflektierte zweite Sendesignal (8b) ist, und – Bestimmen des Zielwinkels (b) in Abhängigkeit vom ersten (9a) und zweiten Reflexionssignal (9b), dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen den jeweiligen Amplituden des ersten (9a) und zweiten Reflexionssignals (9b) als Vergleichsgröße berechnet wird und abhängig von der Vergleichsgröße der Zielwinkel (b) bestimmt wird, wobei der Vergleichsgröße mittels zumindest einer vorgegebenen Kennlinie und/oder Funktion und/oder Gleichung ein Zielwinkel (b) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der unterschiedlichen Abstrahlcharakteristiken (12, 13) das erste Sendesignal (8a) mit einer ersten Frequenz gesendet wird und das zweite Sendesignal (8b) mit einer unterschiedlichen zweiten Frequenz gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Frequenzen um einen Faktor aus einem Wertebereich von 1,1 bis 2,1, insbesondere von 1,2 bis 1,7, voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Abstrahlcharakteristik (12, 13) des Ultraschallsensors (3) bezüglich einer Hauptabstrahlrichtung des Ultraschallsensors (3) unsymmetrisch ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Zielwinkels (b) eine aus dem ersten (9a) und/oder dem zweiten Reflektionssignal (9b) bestimmte relative Geschwindigkeit zwischen dem Ultraschallsensor (3) und dem Objekt (5a, 5b) berücksichtigt wird.
Fahrerassistenzeinrichtung (2) für ein Fahrzeug (1), mit – einem Ultraschallsensor (3), der dazu ausgebildet ist, ein erstes Sendesignal (8a) mit einer vorgegebenen ersten Abstrahlcharakteristik (12, 13) zu senden und ein erstes Reflexionssignal (9a), welches das vom Objekt (5a, 5b) reflektierte erste Sendesignal (8a) ist, zu empfangen, und ein zweites Sendesignal (8b) mit einer vorgegebenen und von der ersten unterschiedlichen zweiten Abstrahlcharakteristik (12, 13) zu senden und ein zweites Reflexionssignal (9b), welches das vom Objekt (5a, 5b) reflektierte zweite Sendesignal (8b) ist, zu empfangen; – einer Recheneinrichtung (10), die dazu ausgelegt ist, einen Zielwinkel (b) in Abhängigkeit vom ersten (9a) und zweiten Reflexionssignal (9b) zu bestimmen, wobei der Zielwinkel (b) ein Winkel zwischen einer durch den Ultraschallsensor (3) und das Objekt (5a, 5b) verlaufenden Verbindungslinie (6a, 6b) und einer durch den Ultraschallsensor (3) verlaufenden Referenzlinie (7) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (10) dazu ausgelegt ist, eine Differenz der jeweiligen Amplituden des ersten (9a) und zweiten Reflexionssignals (9b) als Vergleichsgröße zu berechnen, und abhängig von der Vergleichsgröße den Zielwinkel (b) zu bestimmen, wobei der Vergleichsgröße mittels zumindest einer vorgegebenen Kennlinie und/oder Funktion und/oder Gleichung ein Zielwinkel (b) zugeordnet wird.
Fahrerassistenzeinrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsensor (3) dazu ausgebildet ist, zur Erzeugung der unterschiedlichen Abstrahlcharakteristiken (12, 13) das erste Sendesignal (8a) mit einer ersten Frequenz zu senden und das zweite Sendesignal (8b) mit einer unterschiedlichen zweiten Frequenz zu senden.
Fahrerassistenzeinrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Frequenzen um einen Faktor aus einem Wertebereich von 1,1 bis 2,1, insbesondere von 1,2 bis 1,7, voneinander unterscheiden.
Fahrerassistenzeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Abstrahlcharakteristik (12, 13) des Ultraschallsensors (3) bezüglich einer Hauptabstrahlrichtung des Ultraschallsensors (3) unsymmetrisch ist.
Fahrerassistenzeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (10) dazu ausgelegt ist, zur Bestimmung des Zielwinkels (b), eine aus dem ersten (9a) und/oder dem zweiten Reflektionssignal (9b) bestimmte relative Geschwindigkeit zwischen dem Ultraschallsensor (3) und dem Objekt (5a, 5b) zu berücksichtigen.
Fahrzeug mit einer Fahrerassistenzeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 10.