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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren in einem Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs zur Detektion eines Objekts in einer Fahrzeugumgebung, sowie ein derartiges Fahrerassistenzsystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein ultraschallbasiertes Parkhilfesystem, wie es z. B. zum Vermessen von Parklücken eingesetzt wird.
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In den Bereich der Fahrerassistenzsysteme fallen beispielsweise Parkassistenten, die in einem Raum seitlich neben dem Fahrschlauch eines Fahrzeugs Objekte detektieren, um eine Parklücke zu finden (PSL, ”Parking Space Localization”). Dieser oder andere Assistenten führen darüber hinaus eine Objektdetektion durch, um eine Führung oder Bedienbarkeit des Fahrzeugs zu erleichtern, Unfälle zu vermeiden, etc. Hierbei sollen Objekte wie bspw. andere (geparkte) Fahrzeuge, immobile Bauwerke wie z. B. Bordsteinkanten, Mauern, Zäune, Gebäude, Bewuchs, aber auch Menschen detektiert werden, die sich soeben durch eine potentielle Parklücke bewegen. Nach erfolgreicher Detektion wird der Fahrer über die detektierten Objekte informiert, bspw. durch eine akustische oder optische Anzeige. Aktive Assistenz(sub)systeme greifen basierend auf der Detektion auch unterstützend in die Fahrzeugführung ein, etwa durch Beschleunigen, Bremsen, oder Lenken.
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Bei einem ultraschallbasierten System ist meist eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren in einem Front- und/oder Heckbereich angebracht. Insbesondere befindet sich meist mindestens ein Sensor seitlich oder schräg zur Fahrtrichtung etwa an einem vorderen Kotflügel des Fahrzeugs. Dieser Sensor vermisst den Raum neben der Fahrspur, indem während der Vorbeifahrt in gewissen Zeitabständen Messsignale ausgesendet werden, beispielsweise in Form pulsförmiger Energieausstrahlungen. Aus der Laufzeit des von einem Objekt in der Fahrzeugumgebung reflektierten Signals kann der Abstand zwischen Objekt und Sensor und damit zum Fahrzeug bestimmt werden.
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Um neben einem Objektabstand auch eine Richtung zum Objekt bestimmen zu können, sollte der Sensor in genau einem (engen) Raumwinkelbereich eine besonders große Empfindlichkeit aufweisen, d. h. der Sensor sollte eine ausgeprägte Richtcharakteristik aufweisen. Allerdings müssen bei ausgeprägter Richtcharakteristik entsprechend häufiger Messimpulse ausgesendet werden, um seitlich neben der Fahrspur befindliche Objekte zuverlässig detektieren zu können. Die maximale Pulshäufigkeit ist wiederum insbesondere bei der Verwendung von Ultraschall durch die vergleichsweise geringe Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu elektromagnetischer Strahlung wie etwa Radar oder Infrarot begrenzt. Somit ist bei hoher Ortsauflösung aufgrund enger Richtcharakteristik bei höherer Geschwindigkeit eine zuverlässige Detektion nicht mehr gewährleistet.
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Eine geringer ausgeprägte Richtcharakteristik mit einem größeren Öffnungswinkel und/oder mehreren über den Raumwinkel verteilten Winkelbereichen mit vergleichsweise hoher Empfindlichkeit (d. h., mehreren ”Keulen” oder ”Fingern”) geht meist mit einer allgemein verringerten Empfindlichkeit, d. h. Reichweite einher. Auch kann bei diffuser oder mehrfingriger Richtcharakteristik die Richtung zum Objekt nicht mehr mit der gewünschten hohen Genauigkeit bestimmt werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit sind dann komplexe Konfigurationen erforderlich, beispielsweise müssen parallele Messungen mit mehreren Sensoren vorgesehen werden, wobei ggf. neben Ultraschall andere Strahlungen wie Radar oder Infrarot verwendet werden. Dies führt zu hohen Kosten für derartige Assistenzsysteme.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren in einem Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs zur Detektion eines Objekts in einer Fahrzeugumgebung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Aussenden mindestens eines Messimpulses durch einen Sender; Empfangen einer Reflektion des Messimpulses durch mindestens einen Empfänger; Bestimmen einer Dopplerverschiebung zwischen dem ausgesendeten Messimpuls und der empfangenen Reflektion in einer Auswertungseinheit; und Bestimmen einer Richtung zum Objekt basierend auf der bestimmten Dopplerverschiebung.
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Zur Bestimmung der Dopplerverschiebung kann eine Verschiebung einer Impulssignalfrequenz, eine Verschiebung einer Impulsform, und/oder eine Verschiebung eines zeitlichen Abstandes zwischen zwei Messimpulsen ermittelt werden. Bei einer bestimmten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Bestimmung der Dopplerverschiebung mindestens zwei der genannten Verschiebungen ermittelt.
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Zur Bestimmung der Dopplerverschiebung kann eine Zeitdifferenz bei einer Periodendauer innerhalb der Signalfrequenz eines Messimpulses (d. h. eine Zeitdifferenz bei einer Periodendauer der Trägerfrequenz innerhalb eines trägermodulierten Impulses), eine Zeitdifferenz bei einer Impulsbreite und/oder eine Zeitdifferenz bei einem Impulsabstand erfasst werden.
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Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die folgenden weiteren Schritte: Bestimmen eines Abstandes zum Objekt basierend auf der empfangenen Reflektion in der Auswertungseinheit; und Bestimmen einer räumlichen Position des Objekts in der Fahrzeugumgebung basierend auf Abstand und Richtung.
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Die Auswertungseinheit kann abgesetzt vom Sender und dem einen Empfänger oder den mehreren Empfängern angeordnet sein. In diesem Falle können Zeitreferenzinformationen zwischen einer die Auswertungseinheit optional aufnehmenden Verarbeitungskompinente (z. B. ECU) einerseits und dem Sender bzw. dem oder den Empfänger/n andererseits ausgetauscht werden. Zur Übertragung von Sendeinformationen vom Sender an die Auswertungseinheit und zur Übertragung von Empfangsinformationen vom Empfänger an die Auswertungseinheit kann eine nichtlineare Kodierung verwendet werden.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm zur Durchführung eines der hierin beschriebenen Verfahren vorgeschlagen, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei der Computereinrichtung kann es sich beispielsweise um eine zentrale oder verteilte Hardware handeln, auf der ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs implementiert ist. Das Computerprogramm kann mehrere Teile umfassen, von denen beispielsweise ein Teil auf einem Sender und/oder Empfänger bzw. Sensor implementiert ist, und ein anderer Teil in einer Steuer- und/oder Auswertungseinheit, etwa einer ECU („Electronic Control Unit”). Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer entfernbaren CD-ROM, DVD oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung zum Herunterladen bereitgestellt werden, z. B. über ein Datennetzwerk wie etwa das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Fahrerassistenzsystem in einem Fahrzeug zur Detektion eines Objekts in einer Fahrzeugumgebung vorgeschlagen, welches die folgenden Komponenten aufweist: einen Sender zum Aussenden mindestens eines Messimpulses; mindestens einen Empfänger zum Empfangen einer Reflektion des Messimpulses; eine Auswertungseinheit zum Bestimmen einer Dopplerverschiebung zwischen dem ausgesendeten Messimpuls und der empfangenen Reflektion; und eine Komponente zum Bestimmen einer Richtung zum Objekt basierend auf der bestimmten Dopplerverschiebung.
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Der Sender und der oder die Empfänger können beispielsweise ultraschallbasiert arbeiten. Das hier skizzierte Verfahren bzw. das Fahrerassistenzsystem können insbesondere zur Ausmessung einer Parklücke, zur passiven oder aktiven Unterstützung beim Einparken in eine Parklücke, und/oder zur Unfallvermeidung bzw. -verhütung vorgesehen sein.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung eines kostengünstigen Fahrerassistenzsystems, welches zuverlässig eine räumliche Detektion von Objekten in der Fahrzeugumgebung. Ein derartiges System kann beispielsweise rein ultraschallbasiert arbeiten, so dass lediglich kostengünstige Ultraschallsensoren erforderlich sind. Eine räumliche Zuordnung des Objekts nach Richtung und Abstand wird ermöglicht, obwohl nur eine geringe Anzahl an Empfängern erforderlich ist; bspw. genügt ein Sender und ein Empfänger, also etwa ein üblicher Ultraschallsensor etwa auf piezoelektrischer Basis.
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Für das Verfahren sind keine Sensoren mit besonders ausgeprägter Richtcharakteristik erforderlich; es können Sensoren mit einem größeren Öffnungswinkel und/oder mehreren Winkelbereichen (d. h. mehreren ”Keulen” bzw. ”Fingern”) hoher Empfindlichkeit verwendet werden.
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Eine besonders hohe Pulshäufigkeit ist zur Vermessung der Umgebung nicht erforderlich, was die Verwendung von Komponenten bekannter ultraschallbasierter Systeme ermöglicht.
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Das Verfahren erfasst Richtungen zu Objekten insbesondere auch bei höheren Geschwindigkeiten zuverlässig und ermöglicht so vorteilhaft die Detektion von Objekten und bspw. auch eine Vermessung von Parklücken bei einer Vorbeifahrt.
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Die Auswertung der Messungen kann in einer von der Sensorik abgesetzten Auswertungseinheit erfolgen. Eine solche Auswertungseinheit kann beispielsweise in einer bereits existierenden Steuereinheit für ein Fahrerassistenzsystem, d. h. etwa eine ECU implementiert werden. An eine derartige Auswertungseinheit können mehrere Sensoren, d. h. mehrere Empfänger und/oder Sender angeschlossen werden. Somit kann der Aufwand für das Vorsehen weitere Baugruppen bzw. Verkabelungen oder Anschlüsse, oder auch die Implementierung weiterer Software, Firmware, etc. minimiert werden.
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Die ausgesendeten Messimpulse können gleichzeitig für die Distanz- und Richtungsbestimmung zu Objekten verwendet werden. Weitere oder zusätzliche Messimpulse für die Distanzmessung sind also nicht erforderlich.
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Ein Ultraschallsensor verfügt unter Umständen bereits über eine eigene Zeitreferenz (einen eigenen Taktgeber), bspw. wenn er zur drahtlosen Anbindung vorgesehen ist. Diese Zeitreferenz kann das erfindungsgemäße Verfahren (wieder)verwendet werden.
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Der bei einer abgesetzten Auswertung erforderliche Datenverkehr zwischen Sendern/Empfängern einerseits und der Auswertungseinheit andererseits kann minimiert werden. So ist für die Erfindung von vorneherein keine besonders hohe Pulshäufigkeit erforderlich. Weiterhin kann etwa eine nichtlineare Kodierung verwendet werden, mittels der eine dem Zweck der Detektion angepasste Datenrepräsentation gewählt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand der beigefügten Figuren eingehender beschrieben. Hierbei zeigt:
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1 ein Beispielszenario für eine Fahrzeugumgebung;
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2 funktionale Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems;
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3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Arbeitsweise des Fahrerassistenzsystems aus 2;
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4 eine schematische Darstellung einer ausgesandten Messimpulsfolge;
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5 eine schematische Darstellung mehrerer Echos der Messimpulsfolge aus 4;
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6 eine Veranschaulichung vom Fahrerassistenzsystem vorgenommener Richtungsrekonstruktionen basierend auf ermittelten Dopplerverschiebungen;
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7 funktionale Komponenten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems; und
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8 eine schematische Darstellung einer nichtlinearen Datenkodierung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt schematisch eine Beispielsituation, anhand derer nachfolgend die Erfindung weiter erläutert wird. Ein Fahrzeug 100 bewegt sich in einer durch einen Pfeil 102 angedeuteten Fahrtrichtung entlang von Objekten 104–110. Bei den Objekten 104 und 110 handelt es sich beispielsweise um geparkte Fahrzeuge, bei Objekt 108 um einen Bewuchs und bei dem Objekt 106 um eine Person, die sich momentan von einer Bordsteinkante 112 in eine Parklücke 114 hineinbewegt.
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Seitlich am Fahrzeug 100 ist ein Ultraschallempfänger 116 angebracht, dessen Richtcharakteristik 118 in der Figur mit einer durchgezogenen Linie angedeutet ist. Die Richtcharakteristik 118 verfügt über drei Keulen oder Finger 120, 122 und 124 mit besonders hoher Empfindlichkeit. Bei der Charakteristik 118 handelt es sich somit um eine typische Charakteristik mit Hauptkeule 122 und Nebenkeulen 120, 124, wie dies dem Fachmann bekannt ist.
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Bei dem Empfänger 116 kann es sich etwa um einen Sensor bzw. Elektro-Akustik-Wandler handeln, der elektrische Signale in akustische (Ultraschall-)Signale wandelt und umgekehrt (die Richtcharakteristik 118 kann sich sowohl auf die Aussendung von Signalen als auch die Empfindlichkeit beziehen, mit der Reflektionen empfangen werden). Die ausgesandten Signale bzw. Messimpulse breiten sich mit Schallgeschwindigkeit aus und werden an den Objekten 104, 106 und 108 reflektiert. Die reflektierten Signale bzw. Reflektionen bzw. Echos 126, 128 und 130 sind als Pfeile ebenfalls in 1 angedeutet.
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Die Erfindung basiert nicht auf der Verwendung von Empfängern oder Sensoren mit der in 1 dargestellten Richtcharakteristik 118. Die Erfindung beruht überhaupt nicht auf irgendeiner bestimmten Richtcharakteristik. Das in 1 dargestellte Szenario dient lediglich zur Erläuterung von Eigenschaften und Vorteilen der Erfindung. Aus diesem Grund ist die Beispielsituation in 1 so konstruiert, dass die Echos 126, 128 und 130 der Objekte 104, 106 und 108 mit den Keulen 120, 122 und 124 der Richtcharakteristik 118 zusammenfallen. Somit werden die Echos dieser drei Objekte mit besonderer Empfindlichkeit registriert. Darüber hinaus sind alle drei Objekte in etwa gleich weit vom Empfänger 116 entfernt, wie dies durch die gestrichelten Linien 132 und 134 angedeutet ist, die Linien konstanter Abstände vom Empfänger 116 sind. Somit treffen alle Echos 126, 128, und 130 in etwa zur gleichen Zeit beim Empfänger 116 ein.
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Ein herkömmliches Assistenzsystem kann also basierend auf den empfangenen Echos nur darauf schließen, dass sich in einem Abstandsbereich wie durch die Linien 132, 134 begrenzt mindestens ein Objekt befindet. In welchem Winkel sich das Objekt oder die Objekte befinden, kann ohne zusätzliche Messungen und/oder Sensoren nicht festgestellt werden.
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Alternativ könnte als Ersatz des Empfängers 116 ein Empfänger mit einer deutlich stärker fokussierten Richtcharakteristik vorgesehen werden, die bspw. nur die Keule 122 aufweist. Dann würden in dem durch die 1 festgehaltenen Moment nur das Objekt 106 erfasst, und dessen Raumwinkel (entsprechend der Keule 122) könnte genau angegeben werden. Allerdings würde mit diesem Messimpuls keines der Objekte 104 oder 108 detektiert. Für eine sowohl richtungsgenaue als auch zuverlässige Objektdetektion wäre somit eine hohe Pulshäufigkeit erforderlich, um bei der Vorbeifahrt an den Objekten 108, 106, 104 diese nacheinander detektieren zu können. Die maximale Pulshäufigkeit ist aber durch die Schalllaufzeiten begrenzt, was dazu führt, dass ein solches alternatives System auch nur bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten verlässliche Resultate liefert.
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2 veranschaulicht in Form eines Blockschaltbildes funktionale Komponenten eines erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems 200. Nachfolgend wird zu Zwecken der Diskussion angenommen, das Fahrerassistenzsystem 200 sei im Fahrzeug 100 aus 1 eingebaut. Eine zentrale Steuer- und Auswertungseinheit 201 ist auf einer Hardwarekomponente wie bspw. einer ECU implementiert. Auf die Steuer- und Auswertungseinheit 201 wird nachfolgend häufig verkürzt als ”ECU 201” Bezug genommen. An die ECU 201 ist ein Sender-/Empfängerpaar 202/116 bestehend aus einem Ultraschallsender 202 und dem bereits in 1 dargestellten Empfänger 116 angeschlossen, sowie gegebenenfalls weitere Sender- und/oder Empfänger, von denen beispielhaft nur ein Sender/Empfänger-Paar 204 angedeutet ist. Jeder Sender und/oder Empfänger 202/116 bzw. 204 kann etwa durch einen Ultraschallsensor repräsentiert werden.
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Die ECU 201 verfügt über eine interne Steuereinheit 206, eine Auswertungseinheit 208, eine Zeitreferenz 210, sowie eine Zeitmesseinheit 212. Weiterhin liegt eine Repräsentationseinheit 214 sowie eine Ansteuereinheit 216 vor. Die ECU 201 ist hier an ein Fahrerinformationssystem 218, eine Quersteuerkomponente (Lenkungssteuerung) 220, eine Bremsansteuerung 222, sowie eine Motorsteuerung 224 angeschlossen.
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Eine Funktionsweise der ECU 201 wird nachfolgend anhand des Flussdiagramms in 3 beschrieben. Im Grundsatz (302) dient die ECU 201 wie in 2 gezeigt zur Detektion der Richtung zu einem Objekt in einer Umgebung des Fahrzeugs 100.
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In Schritt 304 wird durch den Sender 202 eine Folge von Messimpulsen 400 ausgesendet, die in 4 veranschaulicht ist. In der Darstellung der 4 ist eine Signalstärke 402 über der Zeit 404 aufgetragen. Die Folge von Messimpulsen 400 umfasst eine Folge von einem oder mehreren Einzelimpulsen, von denen in 4 zwei Impulse 406, 408 dargestellt sind. Die Impulse haben jeweils eine Impulsbreite 410 und folgen aufeinander in einem zeitlichen Abstand 412. Die Impulse basieren auf einem impulsmodulierten Signalträger, dessen Trägerfrequenz 414 im dargestellten Fall nicht konstant ist. Die in 4 skizzierte Impulsfolge 400 wird durch den Sender 202 in den Raum ausgestrahlt, wie dies durch die in 1 wiedergegebene Richtcharakteristik 118 veranschaulicht wird.
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Das Aussenden der Impulsfolge 400 durch den Sender 202 wird durch die zentrale Steuereinheit 206 gesteuert. 'Zentral' bedeutet hier, dass der Sender 202, ggf. auch Empfänger 116 sowie die weiteren Sensoren 204 nicht über eigene, lokale Zeitreferenzen verfügen müssen, sondern das Aussenden der Impulse und ggf. auch die Detektion der Echos basierend auf der zentralen Zeitreferenz 210 der ECU 201 erfolgen. Dies vereinfacht die Bestimmung einer Dopplerverschiebung in den Echos. Jedoch kann eine solche Bestimmung auch bei Systemen erfolgen, bei denen die Sensoren Impulse basierend auf eigenen Zeitreferenzen senden bzw. empfangen. Bei der Zeitreferenz 210 handelt es sich um einen Taktgeber wie bspw. einen Schwingquarz oder ein vergleichbares, schwingungsfähiges System.
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In Schritt 306 wird durch den Empfänger 116 eine Reflektion der Messimpulsfolge 400 empfangen. Weitere an die ECU 201 angeschlossene Empfänger wie derjenige im Sensor 204 können ebenfalls ein Echo der Impulsfolge 400 detektieren. Die Verarbeitung dieser weiteren Echos erfolgt sinngemäß in gleicher Weise, deshalb wird nachfolgend nur die Verarbeitung des durch den Empfänger 116 detektierten Echos beschrieben. Das Echosignal wird im Empfänger 116 in ein elektrisches Signal gewandelt und an die zentrale Steuereinheit 206 weitergeleitet. Hier wird das Signal beispielsweise digitalisiert (A/D-Wandlung) und zur späteren Auswertung durch die Auswertungseinheit 208 zwischengespeichert. Durch Zwischenspeicherung oder in sonstiger Weise stellt die Steuereinheit 206 der Auswertungseinheit 208 auch Angaben betreffend den durch den Sender 202 ausgesendeten Messimpuls 400 bereit.
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Die von der Steuereinheit 206 der Auswertungseinheit 208 bereitgestellten Angaben beinhalten auch den gesendeten/empfangenen Impulsen jeweils zugeordnete Zeitstempel, die auf der Zeitreferenz 210 basieren, wodurch eine Übereinstimmung bei Offset und Quantisierung einfach erzielt werden kann. Eine Drift wird in der Regel zumindest während der Signallaufzeiten vernachlässigbar sein.
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In Schritt 308 bestimmt die Auswertungseinheit 208 eine Dopplerverschiebung zwischen dem ausgesendeten Messimpulsfolge 400 aus 4 und einer empfangenen Reflektion 500, von der Beispiele in 5 dargestellt sind. In 5 ist in gleicher Weise wie in 4 eine Signalstärke 502 über einem zeitlichen Ablauf 504 dargestellt, und zwar für die Echos 130, 128 und 126, wie sie gemäß dem Beispielszenario in 1 von den Objekten 108, 106 und 104 in Richtung auf den Empfänger 116 im vorbeifahrenden Fahrzeug 100 reflektiert werden. Wie aus 5 ersichtlich, ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Relativgeschwindigkeit zwischen jedem der Objekte und dem Fahrzeug unterschiedliche Dopplerverschiebungen. Diese sind zur Verdeutlichung nicht in Relation zu dem ausgesandten Messimpuls sondern relativ zueinander in der 5 skizziert.
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So verschieben sich in dem in 1 gezeigten Beispiel die Echofrequenzen aufgrund der vergleichsweise hohen Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug 100 und dem in Fahrtrichtung befindlichen Objekt 104 (Echo 126) zu höheren Werten. Die Frequenzen des Echos 128 bleiben im Verhältnis zum ausgesandten Impuls im Wesentlichen konstant, weil sich das Objekt 106 seitlich zum vorbeifahrenden Fahrzeug 100 befindet, die Relativgeschwindigkeit somit nahe Null ist. Die Frequenzen im Echo 130 verschieben sich zu niedrigeren Werten (bzw. die Periodendauern verschieben sich zu höheren Werten), weil das Objekt 108 hinter dem Fahrzeug 100 zurückbleibt, d. h. sich das Fahrzeug 100 von dem Objekt 108 entfernt. Wie aus 5 ersichtlich ergibt sich eine entsprechende Verschiebung (Stauchung, Streckung) des zeitlichen Abstandes 506 im Vergleich zum zeitlichen Impulsabstand 412, ebenso eine Verschiebung (Stauchung, Streckung) 508 der Signal- bzw. Impulsform im Vergleich zur Impulsbreite 410, sowie eine Verschiebung (zu höheren bzw. niedrigeren Frequenzen) 510 der Frequenz der Echos im Vergleich zur Signalfrequenz 414 der ausgesandten Signale aus 4.
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Die Auswertungskomponente 208 stellt Angaben zur bestimmten Dopplerverschiebung der Repräsentationseinheit 214 bereit. In Schritt 310 bestimmt die Repräsentationseinheit 214 aus der von der Auswertungseinheit 208 bestimmten Dopplerverschiebung bzw. den Dopplerverschiebungen eine Richtung zum detektierten Objekt bzw. den detektieren Objekten. Auf eine Richtung zu einem reflektierenden Objekt kann aus einer gemessenen Dopplerverschiebung geschlossen werden, sofern die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 in Bezug auf einen Fahrweg bekannt ist und unter der Annahme, dass das detektierte Objekt in Bezug auf den Fahrweg ruht. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit kann bspw. über Radsensoren gemessen werden.
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Die Auswertungskomponente 208 hat (aus der vom Empfänger 116 empfangen Überlagerung der drei in 5 gezeigten Kurven) auf das Vorhandensein von drei Dopplerverschiebungen geschlossen. Demzufolge müssen drei Objekte vorhanden sein, deren Echos jeweils messbar in bestimmter Weise gestaucht (Objekt 104), kaum beeinflusst (Objekt 106) bzw. messbar in bestimmter Weise gestreckt sind (Objekt 108). Die entsprechend von der Repräsentationseinheit 214 vorgenommene räumliche Rekonstruktion ist in 6 veranschaulicht, wobei hier die Situation aus 1 zur Verdeutlichung unterlegt ist.
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Aus einer ersten bestimmten Dopplerverschiebung p1 (zu höheren Frequenzen bzw. kürzeren Perioden; Echo 126) wird eine Richtung R1 zum Empfänger bestimmt; in dieser Richtung R1 liegt das Objekt 104. Aus dem Vorhandensein eines Echos ohne Dopplerverschiebung p2 ≈ 0 (Echo 128) wird eine seitliche Richtung R2 bestimmt; in dieser Richtung befindet sich das Objekt 106. Aus einer dritten bestimmten Dopplerverschiebung p3 (zu kleineren Frequenzen bzw. längeren Perioden; Echo 130) wird eine Richtung R3 bestimmt; in dieser Richtung liegt das Objekt 108. Auf diese Weise stellt das System fest, dass mehrere Objekte in unterschiedlichen Richtungen (unabhängig von Abstandswerten) vorliegen. Zur Erhöhung der Winkelauflösung kann die Repräsentationseinheit auf Angaben zur Richtcharakteristik 118 (vgl. 1) zusätzlich heranziehen.
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In Schritt 312 bestimmt die Auswertungseinheit 308 (oder eine andere Einheit der ECU 201) einen Abstand zu jedem der reflektierenden Objekte basierend auf den empfangenen Reflektionen. Diese Bestimmung basiert auf der Laufzeit des Signals, die einfach festgestellt werden kann, wenn für das Senden wie das Empfangen der Impulse die gemeinsame Zeitreferenz 210 verwendet wird.
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Die Repräsentationseinheit 214 erstellt sodann in Schritt 314 basierend auf Richtung und Abstand der detektierten Objekte ein Repräsentation der in der Umgebung des Fahrzeugs detektierten Objekte in einer Form, wie sie für die weitere Verarbeitung zweckmäßig ist. Beispielsweise kann eine Kartenansicht bzw. Darstellung aus der Vogelperspektive generiert werden, die zur Ausgabe auf eine Anzeigeeinheit des Informationssystems 218 bestimmt ist. Die Repräsentationseinheit 214 kann entsprechende Informationen zur Fahrzeugumgebung auch an die Ansteuereinheit 216 weitergeben, die basierend auf diesen Informationen eine aktive Querführung (Lenkungssteuerung 220) und/oder aktive Längsführung (Bremssteuerung 222 bzw. Motorsteuerung 224) vornimmt.
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In Schritt 316 endet das Verfahren. Bei einem kontinuierlich arbeitendem System wird jedoch nach Schritt 314 zurück zum Schritt 304 verzweigt, bis bspw. eine Parklücke gefunden ist. Bei dem in 3 dargestellten Ablauf 300 wird eine sequentielle Bestimmung von Richtung und Abstand vorgenommen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Mehrzahl von Schritten parallel durchgeführt werden. Insbesondere kann eine Bestimmung von Richtung und Abstand unabhängig voneinander erfolgen, d. h. die Schritte 308 und 310 könnten parallel zum Schritt 312 abgearbeitet werden.
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Die Bestimmung der Dopplerverschiebung in der Auswertungseinheit 208 kann im einfachsten Fall auf nur einer der Verschiebungen 506, 508 und 510 (vgl. 5) dargestellt basieren. So kann beispielsweise lediglich eine Verschiebung der Impulsabstände 506 gegenüber derjenigen 412 der ausgesendeten Messsignalfolge 400 gemessen werden. Zur permanenten oder anlassbezogenen Erhöhung der Genauigkeit, beispielsweise bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten und/oder Relativgeschwindigkeiten, können zwei der drei Verschiebungen 506, 508 und 510 herangezogen werden. So kann beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel sowohl der Impulsabstand 506 als auch die Verschiebung der Signalfrequenz des Echoimpulses 510 gemessen werden. Andere Paarungen sind ebenfalls möglich. Bei einem nochmals weiteren Ausführungsbeispiel werden alle drei Verschiebungen 506, 508 und 510 gemessen und hierüber auf die tatsächlich vorhandene Dopplerverschiebung zurückgeschlossen.
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Zur Bestimmung der Dopplerverschiebung kann eine Frequenzauswertung, beispielsweise basierend auf einer schnellen Fourier-Transformation (FFT, ”Fast Fourier Transformation”) durchgeführt werden. In der ECU 201 (vgl. 2) könnte alternativ oder zusätzlich zur Zeitreferenz 210 und/oder der Zeitmessvorrichtung 212 ein Frequenzwandler wie z. B. ein Spannungs-Frequenz-Wandler betrieben werden. Allerdings gilt etwa mit Bezug auf die Dopplerverschiebung 510 der Signalfrequenz der Messimpulse, dass bei üblichen Elektro-Akustik-Wandlern vergleichsweise starke Schwankungen der Signalfrequenz innerhalb der Impulsbreite 410 auftreten (dies ist in der 4 bei den Impulsen 406 und 408 angedeutet). Diese Schwankungen sind größer als die typischerweise auftretenden Dopplerverschiebungen, so dass eine Bestimmung der Dopplerverschiebung auf Basis einer Frequenzauswertung aufwändig ist.
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Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird daher eine Auswertung auf Basis von korrelativen Zeitmessungen vorgeschlagen. Hierbei wird beispielsweise eine Periodendauer der Trägerfrequenz 414 und 510 oder eine Periodendauer des Impulsabstandes 412 und 506 gemessen. Solche Zeitmessungen lassen sich bei den heute üblichen hochgetakteten Systemen mit großer Präzision durchführen und leicht in sequentiellen Architekturen verarbeiten. Hierfür ist in dem Ausführungsbeispiel der 2 die Zeitmessvorrichtung 212 vorgesehen. Mithilfe der auf der hochgetakteten Zeitreferenz 210 aufsetzenden Zeitmessvorrichtung 212 kann somit die Auswertungseinheit 208 mit hoher Genauigkeit die Signalverläufe der Echos 130, 128 bzw. 126 (5) quantisieren bzw. vermessen, und die entsprechenden Dopplerverschiebungen gegenüber der Messimpulsfolge 400 (4) bestimmen.
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In 7 wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrerassistenzsystems 700 schematisch dargestellt. Auch hier liegt eine Verarbeitungskomponente 702 (nachfolgend 'ECU 702') abgesetzt von einer Mehrzahl Sensoren vor, von denen beispielhaft Sensoren 704 und 706 angedeutet sind. Der Sensor 704 verfügt über einen Sender 708 und einen Empfänger 710 sowie eine eigene lokale Zeitreferenz (Taktgeber, ”Clock”) 712 sowie eine darauf aufsetzende Zeitmesseinrichtung (nicht gezeigt). In gleicher Weise verfügt der Sensor 706 verfügt über einen Sender 716, Empfänger 718, Zeitreferenz 720, sowie Zeitmesseinrichtung (nicht gezeigt).
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Die ECU 702 umfasst eine Auswertungseinheit 724, optional eine Zeitreferenz 726, sowie eine Repräsentationseinheit 728 sowie Ansteuereinheit 730. Angeschlossen an die ECU 702 sind ein Fahrerinformationssystem 732 sowie eine Lenkungssteuerung 734, eine Bremssteuerung 736 sowie eine Motorsteuerung 738. Die Sensoren 704, 706 kommunizieren mit der ECU 702 über Verbindungen 740 bzw. 742, die beispielsweise über ein Bussystem wie CAN, FlexRay, oder andere kabelgestützte Systeme verlaufen können, oder bei denen es sich um drahtlose Verbindungen handeln kann, die bspw. auf Systemen wie WLAN, DECT, HiperLAN, Bluetooth, oder ZigBee aufsetzen.
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Ein Verfahren zur Richtungs- und gegebenenfalls Distanzbestimmung von Objekten in einer Fahrzeugumgebung läuft sinngemäß so ab wie im Flussdiagramm 300 der 3 für das Ausführungsbeispiel der 2 geschildert. Allerdings senden und empfangen die Sensoren 704 und 706 Messimpulse jeweils basierend auf ihrer eigenen Zeitreferenz 712 bzw. 720. Im allgemeinen wird die Zeitreferenz 712 des Sensors 704 sich von der Zeitreferenz 720 des Sensors 706 nach Offset und Drift unterscheiden, d. h. es bestehen teilweise nicht vernachlässigbare Abweichungen. Dies ist bei der Dopplerverschiebungs-Bestimmung zu berücksichtigen.
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Zunächst wird jedoch der einfache Fall betrachtet, dass z. B. der Sensor 704 nur Reflektionen eigener Messimpulsfolgen auswertet. In diesem Fall basiert das Aussenden einer Messimpulsfolge vom Sender 708 wie das Empfangen der Echos durch den Empfänger 710 auf der gemeinsamen Zeitbasis 712. In diesem Fall kann (wenn die Drift der Zeitreferenz 712 während der Echolaufzeiten vernachlässigbar ist) eine Dopplerverschiebung im Echo lokal durch eine (in 7 nicht eingezeichnete) Auswertungseinheit im Sensor 704 bestimmt werden. Das Ergebnis wird dann über die Verbindung 740 an die ECU 702 übermittelt und wird dort in der oben beschriebenen Weise zur Erstellung einer Repräsentation der Fahrzeugumgebung zur Anzeige und gegebenenfalls für eine aktive Längs- und/oder Querführung verwendet.
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Ist allerdings die Drift der Zeitreferenz 712 bereits während der Signallaufzeit nicht vernachlässigbar, kann durch den Sensor 704 nur eine vorläufige Dopplerverschiebung bestimmt werden, die in der Auswertungseinheit 724 der ECU 702 korrigiert werden muss. Das gleiche wird in der Regel für den Fall gelten, dass zu Empfang der Echos mehrere Sensoren verwendet werden. Wird bspw. ein vom Sender 708 ausgesendetes Messimpulssignal sowohl vom Empfänger 710 als auch vom Empfänger 718 detektiert, wird eine Dopplerverschiebungsbestimmung im Sensor 706 basierend auf der lokalen Zeitreferenz 720 im allgemeinen ungenau sein, weil die Zeitreferenzen 712 und 720, selbst bei zu einem bestimmten Zeitpunkt gleichem Offset, zueinander driften, bspw. aus Kostengründen. Somit ist bei Messungen durch mehrere Sensoren ein Austausch von Synchronisationsinformationen mit der ECU erforderlich.
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Ist die Drift der lokalen Zeitreferenzen in den Sensoren während der Echolaufzeiten vernachlässigbar, so ist es bezogen auf das Beispiel in 7 denkbar, dass durch von der ECU 702 über die Verbindungen 740 und 742 übertragene Synchronisationsinformationen die Zeitreferenzen 712 und 720 in den Sensoren 704 und 706 auf einen gemeinsamen Offset synchronisiert werden. Alternativ kann von der sendenden Einheit, beispielsweise Sensor 704, eine Angabe betreffend den Zustand der Zeitreferenz 712 zum Zeitpunkt des Aussendens eines Messimpulses an die ECU 702 übermittelt werden. Die empfangende Einheit, beispielsweise Sensor 706, übermittelt eine Angabe betreffend den Zustand der Zeitreferenz 720 zum Zeitpunkt des Empfangens des Echos. Hieraus kann die ECU 702 die Dopplerverschiebung ermitteln.
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Als eine nochmals weitere Alternative ist es denkbar, dass eine der lokalen Zeitreferenzen als Basis verwendet wird. So kann etwa die Sensoreinheit 704 Synchronisationsinformationen an die weiteren, an der Messung beteiligten Sensoren über ein gemeinsames Bussystem übermitteln. Die abgesetzten Sensoren können sich dann auf die Zeitreferenz 712 aufsynchronisieren, beispielsweise mittels eines dem Fachmann bekannten PLL(”Phase-Locked Loop”)-Algorithmus. Als Basis kann auch die Zeitreferenz 726 der ECU 702 verwendet werden.
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In dem Fall, dass eine empfangende Sensoreinheit das Übersprechen eines ausgesandten Signals nach entsprechender Laufzeit direkt messen kann, kann die empfangende Sensoreinheit den Versatz der Zeitreferenzen der sendenden Einheit und der empfangenden Einheit direkt aus dem übergesprochenen Sendesignal bestimmen. Wird also bspw. die Zeitreferenz des sendenden Sensors als Basis für eine Messung verwendet, kann auf eine weitere Zeitreferenz in der Verarbeitungsvorrichtung verzichtet werden. Wird allerdings als Verarbeitungsvorrichtung eine ECU verwendet kann die dort im Regelfall ohnehin vorhandene, genaue Zeitreferenz verwendet werden.
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Ist die Drift zwischen den Zeitreferenzen einer sendenden Sensoreinheit (bspw. Sensor 704) und einer empfangenden Einheit (bspw. Sensor 706), oder die Drift der Zeitreferenz des sendenden Sensors, so groß, dass sie bereits während der Echolaufzeiten nicht vernachlässigbar ist, so kann eine Angabe für den Zustand der Zeitreferenz während des Aussendens und eine Angabe für den Zustand der Zeitreferenz während des Zeitpunkts des Echoempfangs, ggf. zusätzlich zur vom empfangenden Sensor lokal bestimmten, vorläufigen Dopplerverschiebung, als Synchronisationsinformation an die übergeordnete Verarbeitungsvorrichtung (ECU 702) übermittelt werden. Diese kann dann aus der vorläufigen Dopplerverschiebung und den erhaltenen Synchronisationsinformationen einen endgültigen Wert für die Dopplerverschiebung des Echos ermitteln.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen somit die kostengünstige Verwendung von Zeit- oder Frequenzreferenzen geringer Langzeitstabilität, wobei die für die Bestimmung von Dopplerverschiebungen erforderliche Präzision durch entsprechend oft wiederholte Übertragung von Synchronisationsinformationen zu den Sensoren, und/oder die die Übertragung des jeweils aktuellen Status der Zeit- bzw. Frequenzreferenz zusätzlich zu den die Dopplerverschiebung betreffenden Angaben zur zentralen Verarbeitungseinheit erzielt wird.
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8 zeigt eine Kodierkennlinie einer Größe 802, beispielsweise einer in einem Sensor gemessenen Echolaufzeit oder einer in einem Sensor lokal ermittelten vorläufigen Dopplerverschiebung. Die Achse 804 bezeichnet dabei gemessene bzw. ermittelte Werte, die Achse 806 eine die gemessenen bzw. ermittelten Werte repräsentierende Angabe, die dann etwa über eine Kommunikationsverbindung 740, 742 an die ECU 702 übermittelt werden. Die Darstellung in 8 illustriert, dass beispielsweise für größere gemessene Werte 804 eine gröbere Quantisierung verwendet wird als für kleinere Werte. Die digitale Übertragung der Daten erfolgt somit derart, dass kleinere gemessene bzw. ermittelte Werte mit besserer Auflösung und höhere gemessene bzw. ermittelte Werte mit geringerer Auflösung quantisiert und übertragen werden. Hierdurch kann der Umfang der zu kommunizierenden Daten reduziert werden. Eine nichtlineare Kodierung wie in 8 gezeigt kann sich auch auf negative gemessene bzw. ermittelte Werte beziehen, beispielsweise einer Dopplerverschiebung. Hierzu könnte das Diagramm der 8 am Nullpunkt gespiegelt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt; vielmehr sind innerhalb des durch die anhängigen Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
