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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Größe und der Position von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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In Fahrzeugen werden verschiedene Fahrassistenzsysteme eingesetzt, um den Fahrer bei der Durchführung verschiedener Fahrmanöver zu unterstützen. Diese Fahrassistenzsysteme umfassen beispielsweise Einparkhilfen, welche selbständig Parklücken erkennen und das Fahrzeug in die Parklücke führen können. Ein weiteres Beispiel sind Rückfahrassistenten, die den Fahrweg während des Rückwärtsfahrens auf Hindernisse überprüfen. Den genannten Systemen gemeinsam ist das Erfordernis, mithilfe verschiedener Sensoren ein möglichst genaues Abbild der Umgebung zu erfassen. Üblicherweise kommen dafür Ultraschallsensoren zum Einsatz. Dabei wird von einem Ultraschallsender ein Signal ausgesendet, dieses Ultraschallsignal wird von einem Hindernis reflektiert und von einem Empfänger am Fahrzeug wieder registriert. Aus der Zeit, die zwischen Aussenden und Empfangen des Signals vergangen ist, und der bekannten Schallgeschwindigkeit kann der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Reflektor berechnet werden. Es ist jedoch nicht möglich, auf diese Weise Informationen über die Ausdehnung des Hindernisses zu erhalten.
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Aus der
DE 10 2004 050 794 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umfelderfassung mittels Ultraschallwellen bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Ultraschallsender, welcher aus mehreren einzelnen Ultraschallgebern aufgebaut ist, sowie mehrere, von diesem beabstandet angeordnete Empfänger. Der Sender strahlt Ultraschallwellen mit zwei verschiedenen Sendefrequenzen aus, wobei die Frequenzen so gewählt sind, dass zum einen eine gerichtete Abstrahlung erfolgt, zum anderen, dass durch nichtlineare Ausbreitungseffekte in der Luftumgebung eine Ultraschallwelle mit einer Frequenz, die genau der Differenz der beiden abgestrahlten Wellen entspricht, entsteht. Die entstandene Ultraschallwelle mit der niedrigeren Frequenz weist eine geringere Richtwirkung auf, besitzt jedoch eine deutlich erhöhte Reichweite aufgrund geringerer Dämpfung. Bei einem vorhandenen Hindernis wird die Welle mit der Differenzfrequenz reflektiert und von den beabstandet vom Sender angeordneten Empfängern nachgewiesen. Um nicht nur den Raum unmittelbar vor dem Sender nach Hindernissen abzusuchen, kann der Sender verschwenkbar montiert sein oder alternativ über eine phasenverschobene Ansteuerung der einzelnen Ultraschallgeber eine geänderte Abstrahlrichtung erzielt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der Größe und der Position von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs vorgeschlagen, bei dem mindestens ein gerichtetes Ultraschallsignal, mindestens zwei verschiedene Frequenzen umfassend, von einem Sender erzeugt wird, und Echos des Ultraschallsignals von einem Empfänger detektiert werden, wobei durch Verschwenken der Abstrahlrichtung die Umgebung des Fahrzeugs überstrichen wird und aus den empfangenen Echos des Ultraschallsignals Position und Größe der die Ultraschall-Signale reflektierenden Objekte bestimmt werden, wobei der Empfänger in einem Abstand von weniger als zehn Wellenlängen des empfangenen Ultraschallechos vom Sender angeordnet ist oder mit diesem bauteilidentisch ist und ein direktes Echo des Ultraschallsignals bei einer Frequenz, die der Differenz der beiden ausgesendeten Frequenzen entspricht, empfängt Die Wellenlängenangabe bezieht sich auf die kürzeste empfangene Wellenlänge für den Fall, dass durch den Sender mehr als zwei Frequenzen ausgesendet werden und damit mehr als eine Differenzfrequenz entsteht. Bei einem Abstand zwischen Sender und Empfänger von weniger als zehn Wellenlängen ist bei der üblichen Messauflösung eines Ultraschallsensors im Bereich von zwei Wellenlängen und einem Reflektorabstand von mehr als 50 Wellenlängen kein Unterschied zu einer bauteilidentischen Anordnung von Sender und Empfänger feststellbar.
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Das Ultraschallsignal wird bei einer vergleichsweise hohen Frequenz im Bereich von 100 bis 300 kHz abgestrahlt. Mit zunehmender Frequenz verstärkt sich die Richtwirkung des abgestrahlten Ultraschallsignals. Gleichzeitig nimmt die Dämpfung des Ultraschallsignals in der Luft zu und das Ausbreitungsverhalten der Ultraschallwelle entspricht mehr und mehr dem von Licht. Das hat zur Folge, dass ein an einem Reflektor reflektiertes Ultraschallsignal nicht in die Richtung des Senders zurückreflektiert wird, sondern dem Gesetz Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel folgend, in eine andere Richtung reflektiert wird. Dieses Reflexionsverhalten und die mit der Frequenz exponentiell zunehmende Dämpfung führen dazu, dass eine normale Messung der Laufzeit des Signals bei hohen Frequenzen nur schwer möglich ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst das Signal mindestens zwei verschiedene Frequenzen. Bei hohen Schall-Intensitäten, wie sie durch den Ultraschallsender erreicht werden, treten bei der Ausbreitung in der Luft und bei der Reflexion an einem Reflektor nichtlineare Effekte auf. Diese nichtlinearen Effekte in der Wellenausbreitung führen zu einer Kreuzmodulation des Signals mit den beiden Frequenzen. Dabei entstehen weitere Frequenzkomponenten des Signals bei Frequenzen, die der Summe sowie der Differenz der beiden ausgesendeten Frequenzen entsprechen. Die Signalkomponente bei der Summenfrequenz wird in den weiteren Beschreibungen vernachlässigt, da die Dämpfung bei der Summenfrequenz so groß wird, dass am Empfänger kein nennenswerter Anteil dieser Signalkomponente nachgewiesen werden kann.
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Der in der Luft entstandene Anteil des Signals bei der Differenzfrequenz verhält sich so wie sich ein ursprünglich bei dieser Frequenz ausgesendetes Ultraschallsignal verhalten würde und wird entsprechend durch einen Reflektor teilweise wieder in Richtung des Senders zurückreflektiert. Ein weiterer Anteil des Signals bei der Differenzfrequenz entsteht innerhalb des Reflektors. Die ausgesendeten Schallwellen dringen bei der Reflexion als evaneszente Welle (Bruchteile der Wellenlänge) in den Reflektor ein. Dort kommt es wieder zur Kreuzmodulation des Signals, bei der sowohl ein Summen-, als auch ein Differenzsignal entstehen. Das Signal bei der Summenfrequenz wird wieder aufgrund der hohen Dämpfung vernachlässigt. Das Signal bei der Differenzfrequenz wird vom Reflektor vorwiegend senkrecht zur Flächennormale des Reflektors abgestrahlt. Dadurch kann wieder ein größerer Anteil des Signals den Empfänger erreichen als dies bei lichtartiger Ausbreitung, bei der Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel gilt, der Fall wäre.
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Wird beispielsweise vom Sender ein Signal mit den beiden Frequenzen 200 und 240 kHz ausgesendet, beträgt die Frequenz des Differenzsignals 40 kHz. Eine Komponente des Differenzsignals bei 40 kHz entsteht bereits während der Ausbreitung in der Luft, der Rest des Differenzsignals entsteht innerhalb des Reflektors.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein weiteres Echo des Ultraschallsignals von mindestens einem weiteren Empfänger, der vom Sender in einem Abstand von mehr als zehn Wellenlängen des Ultraschallechos angeordnet ist, bei einer Frequenz, die der Differenz der beiden ausgesendeten Frequenzen entspricht, empfangen.
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Die Daten der weiteren Empfänger werden mit dem Empfänger, der mit dem Sender bauteilidentisch ist oder in einem Abstand von weniger als zehn Wellenlängen des Ultraschallechos vom Sender entfernt angeordnet ist, korreliert. Für die statistische Auswertung stehen mehr Daten zur Verfügung, so dass entweder die Präzision der Messung erhöht, oder bei gleichbleibender Präzision die Messzeit reduziert werden kann.
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Die Richtung, in der das gerichtete Ultraschallsignal ausgesendet wird, wird nach und nach geändert, um zum einen nicht nur direkt vor dem Sender liegende Objekte erfassen zu können und zum anderen, um auch die Größe der Objekte bestimmen zu können. Durch kontinuierliches oder schrittweises Ändern der Richtung, in der die Signale ausgesendet werden, wird bevorzugt die gesamte im Sichtfeld des Senders liegende Umgebung des Fahrzeugs mit dem gerichteten Ultraschallsignal überstrichen. Wurde mit dem Ultraschallsignal die Umgebung des Fahrzeugs einmal vollständig abgetastet, kann mit dem Prozess von vorne begonnen werden.
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Wurde die Umgebung des Fahrzeugs mit dem gerichteten Ultraschallsignal vollständig überstrichen, werden aus den empfangenen Echos die Abstände und die Konturen der reflektierenden Objekte ermittelt. Somit ist neben dem Abstand eines Objekts auch dessen Größe bekannt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden gleichzeitig mindestens zwei Ultraschallsignale in verschiedene Richtungen abgestrahlt, wobei die mindestens zwei Ultraschallsignale über verschiedene Frequenzen und Phasen kodiert sind. Durch die Verwendung mehrerer Ultraschallsignale, die in verschiedene Richtungen abgegeben werden, lässt sich die Zeit, die für ein komplettes Erfassen der Umgebung des Fahrzeugs benötigt wird, reduzieren. Um die empfangenen Echos der Ultraschallsignale der jeweiligen Richtung des ursprünglich ausgesendeten Signals zuordnen zu können, werden die Signale mit unterschiedlichen Frequenzen und/oder bestimmten Phasen zueinander abgestrahlt.
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Das Aussenden der Ultraschallsignale kann dabei gepulst erfolgen. Dabei wird für eine bestimmte eingestellte Richtung des Ultraschallsignals ein einzelner Puls oder eine bestimmte Pulsfolge abgegeben und auf das Eintreffen der Echos gewartet, bis die nächsten Pulse in eine geänderte Richtung abgestrahlt werden. Diese Ausführungsform wird bevorzugt, wenn der Sender mit einem Empfänger bauteilidentisch ausgeführt ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine Ultraschallsignal kontinuierlich ausgesendet und die Empfänger nehmen kontinuierlich eingehende Echos des Ultraschallsignals auf. Da die Echos je nach Laufzeit des Signals zu unterschiedlichen, nicht vorhersehbaren Zeiten beim Empfänger eintreffen, kann nicht über den Zeitpunkt des Eintreffens eines Echos auf die Richtung, in die das ursprüngliche Signal ausgesendet wurde, geschlossen werden. Deswegen ist es bevorzugt, dass die Frequenz und/oder die Phase der ausgesendeten Ultraschallsignale kontinuierlich geändert wird, um diese Zuordnung zu ermöglichen. In dieser Ausführungsform wird der Sender nicht bauteilidentisch mit einem Empfänger ausgeführt, da ansonsten ein gleichzeitiges Senden und Empfangen des Ultraschallsignals erschwert ist.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Umgebung des Fahrzeugs kontinuierlich mit den gerichteten Ultraschallsignalen überstrichen und aus der Differenz zweier aufeinanderfolgenden Aufnahmen wird die Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung eines erfassten Objekts bestimmt.
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Des Weiteren wird eine Vorrichtung zur Bestimmung der Größe und der Position von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Sender zur Erzeugung eines gerichteten Ultraschallsignals, einen Empfänger, Mittel zum Schwenken des gerichteten Ultraschallsignals und, Mittel zur Auswertung von empfangenen Echos des Ultraschallsignals, wobei der eine Sender eingerichtet ist, ein Ultraschallsignal gleichzeitig mit mindestens zwei voneinander verschiedenen Frequenzen gerichtet abzustrahlen, wobei der Empfänger weniger als zehn Wellenlängen des Ultraschallechos vom Ort des Senders entfernt angeordnet ist oder mit diesem bauteilidentisch ist und eingerichtet ist, das direkte Echo des Ultraschallsignals bei einer Frequenz, die der Differenz der beiden abgestrahlten Frequenzen entspricht, aufzunehmen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung zusätzlich mindestens einen weiteren Empfänger, welcher vom Sender mehr als zehn Wellenlängen des Ultraschallechos entfernt angeordnet ist, wobei der mindestens eine weitere Empfänger eingerichtet ist mindestens ein weiteres Echo des Ultraschallsignals bei einer Frequenz, die der Differenz der beiden abgestrahlten Frequenzen entspricht, aufzunehmen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Verschwenken der Abstrahlrichtung des Ultraschallsignals mechanisch. Dazu wird der Sender auf einen Träger drehbar gelagert, und beispielsweise mithilfe eines Motors verschwenkt.
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In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verschwenken der Abstrahlrichtung des Ultraschallsignals rein elektronisch bewerkstelligt. Dabei umfasst der Sender mindestens zwei einzelne Ultraschallgeber, die in unmittelbarer Nähe voneinander montiert sind. Der Abstand der Ultraschallgeber ist bevorzugt kleiner als die Wellenlänge der Ultraschallsignale. Besonders bevorzugt wird ein Abstand der der halben Wellenlänge des Ultraschallsignals entspricht. Als Wellenlänge des abgestrahlten Ultraschallsignals wird die gemittelte Wellenlänge des Ultraschallsignals definiert, da das Ultraschallsignal mehrere Frequenzkomponenten umfasst. Durch Beaufschlagung der einzelnen Ultraschallgeber mit phasenverschobenen Signal-Komponenten lässt sich unter Ausnutzung von Interferenz der einzelnen abgegebenen Wellen untereinander die gewünschte Richtwirkung erzielen. Die Richtung kann dabei durch die Vorgabe der Phasendifferenzen eingestellt werden. Dies kann beispielsweise über mehrere Signalgeneratoren, deren Phasenlage zueinander regelbar ist, realisiert werden.
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Ferner ist es bevorzugt, dass der Sender eingerichtet ist, gleichzeitig mindestens zwei gerichtete Ultraschallsignale in verschiedene Richtungen abzustrahlen, und die Empfänger eingerichtet sind, Echos gleichzeitig von jedem Ultraschallsignal aufzunehmen, wobei die einzelnen Ultraschallsignale über verschiedene Frequenzen und Phasen kodiert sind. Dies lässt sich zum einen durch die Anordnung verschiedener Ultraschallgeber für jedes gerichtetes Ultraschallsignal erzielen, zum anderen kann dies ähnlich wie bei der Erzielung der Richtwirkung über mehrere Ultraschallgeber realisiert werden. Die Ultraschallgeber strahlen gemeinsam alle Frequenzen gleichzeitig aus, jedoch mit relativ zueinander verschobener Phasenlage.
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Die Sender der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind bevorzugt eingerichtet, um Ultraschallwellen mit Frequenzen im Bereich von 100 bis 300 kHz abzugeben. Dieser Frequenzbereich bietet eine gute Richtwirkung der abgestrahlten Ultraschallwelle bei noch akzeptabler Dämpfung.
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Die Empfänger sind bevorzugt für den Empfang von Ultraschallwellen im Frequenzbereich von 20 bis 100 kHz eingerichtet. Besonders bevorzugt wird ein Frequenzbereich von 40 bis 50 kHz. Dadurch ergibt sich für die von den Sendern ausgesendeten Wellen eine bevorzugte Differenzfrequenz in eben diesem Bereich von 40 bis 50 kHz. Der gewählte Frequenzbereich zeichnet sich durch gute Ausbreitungseigenschaften der Ultraschallwelle aus.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Empfänger zusätzlich für den Empfang der Ursprungsfrequenzen im Bereich von 100 bis 300 kHz eingerichtet.
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Je nach realisierter Ausführungsform der Erfindung müssen für die Berechnung der Position und der Größe der reflektierenden Objekte die empfangenen Echos dem korrekten, ursprünglichen Ultraschallsignal zugeordnet werden. Wenn die unterschiedlichen Ultraschallsignale durch verschiedene Frequenzen und/oder Phasen kodiert sind, kann der Aufwand, der für die Zuordnung nötigen Berechnungen die Kapazität eines einfachen Steuergeräts oder Bordcomputers übersteigen. Deswegen ist es bevorzugt, dass die Mittel zur Auswertung der empfangenen Ultraschall-Echos neben Steuergeräten oder einem Bordcomputer auch digitale Signalprozessoren und/oder feldprogrammierbare Gate Arrays umfassen. Die digitalen Signalprozessoren oder feldprogrammierbare Gate Arrays lassen sich auf den jeweiligen Anwendungszweck anpassen und können komplexe Signalverarbeitungsschritte wesentlich schneller und effizienter durchführen als dies ein auf gewöhnlichen Mikroprozessoren basierender Computer alleine könnte.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine präzise Bestimmung der Position und Größe von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs, bei gleichzeitig hoher Reichweite und Geschwindigkeit. Fahrassistenzsystemen des Fahrzeugs stehen dadurch präzisere Daten zur Verfügung, die beispielsweise bei einem Einpark-System ein noch genaueres Vermessen der Parklücke erlauben und dadurch das Ausnutzen kleinerer Parklücken gestatten.
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Die hohe Genauigkeit des Systems wird zum einen durch die Verwendung von Ultraschall bei hohen Frequenzen ermöglicht. Die höheren Frequenzen verbessern die Richtwirkung des ausgesendeten Signals erheblich. Gleichzeitig weist das System eine hohe Reichweite auf, obwohl die Dämpfung der Ultraschallsignale bei hohen Frequenzen erheblich zunimmt. Dies wird dadurch erreicht, dass das ausgesendete Ultraschallsignal mindestens zwei verschiedene Frequenzen umfasst. Unter Ausnutzung nichtlinearer Effekte in der Ausbreitung in Luft und bei der Reflexion am Reflektor entsteht durch Kreuzmodulation ein Ultraschallsignal bei der Differenz der beiden ausgesendeten Frequenzen. Dieses Differenzsignal weist eine deutlich verringerte Signalfrequenz auf und unterliegt nur einer geringen Dämpfung.
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Des Weiteren wird das Erfassen der Umgebung des Fahrzeugs erheblich beschleunigt durch den Einsatz von zwei oder mehreren Ultraschallsignalen, die in verschiedene Richtungen abgestrahlt werden. Bereits durch den Einsatz von zwei Ultraschallsignalen gleichzeitig kann die benötigte Zeit halbiert werden. Durch die Kodierung der Ultraschallsignale über verschiedene Frequenzen und Phasen lassen sich die empfangenen Echos der Ultraschallsignale weiterhin korrekt den ursprünglichen Signalen zuordnen.
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Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die gesamte Umgebung des Fahrzeugs mit dem Ultraschallsignal abgetastet wird, kann aus den empfangenen Echos der Ultraschallsignale nicht nur der Abstand, sondern auch die Größe der Objekte berechnet werden. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Verfahrens können auch die Richtung und Geschwindigkeit bewegter Objekte bestimmt werden, indem zwei aufeinanderfolgende Aufnahmen miteinander verglichen werden.
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Diese Maßnahmen verbessern die Qualität der Daten über die Umgebung des Fahrzeugs erheblich und verbessern dadurch die Sicherheit und Präzision aller Fahrerassistenzsysteme, die auf ein genaues Abbild der Umgebung des Fahrzeugs angewiesen sind.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Anhand der Figuren wird die Erfindung nachfolgend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
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1 die Front eines Fahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 einen schwenkbar montierten Sender,
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3 einen Ultraschallsender, der aus mehreren Einzelsendern aufgebaut ist, und
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4 einen aus mehreren Einzelsendern aufgebauten Ultraschallsender, der mehrere Signale gleichzeitig aussendet.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eingebaut in die Front 2 eines Fahrzeugs dargestellt. An der Front 2 des Fahrzeugs befinden sich ein Sender 10 und ein Empfänger 11. In der gezeigten Ausführungsform ist der Empfänger 11 in unmittelbarer Nähe des Senders 10 untergebracht. Unter „unmittelbarer Nähe“ wird ein Abstand von weniger als zehn Wellenlängen der zu empfangenden Ultraschallsignale verstanden. Aufgrund der Nähe der beiden Bauteile 10, 11 sind diese in einem gemeinsamen Gehäuse 13 untergebracht.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist die Vorrichtung zwei weitere Empfänger 12 auf, die von diesem Gehäuse 13 beabstandet angeordnet sind. Unter „beabstandet“ wird in diesem Zusammenhang ein Abstand größer als zehn Wellenlänge der zu empfangenden Ultraschallsignale verstanden. Auf die zusätzlichen Empfänger 12 kann verzichtet werden, wenn keine hohen Anforderungen an die Präzision der Messergebnisse gestellt werden, oder eine große Beobachtungszeit zur Verfügung steht.
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Der im Gehäuse 13 gemeinsam mit dem Empfänger 11 angeordnete Sender 10 sowie die beiden Empfänger 12 sind mit einem Steuergerät 14 verbunden. Der Sender 10 ist so ausgeführt, dass dieser ein zwei Frequenzen umfassendes Ultraschallsignal 18 gerichtet abgeben kann. Die Ausbreitungsrichtung kann am Sender 10 eingestellt werden und steht dem Steuergerät 14 bei der späteren Signalauswertung zur Verfügung.
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Das Ultraschallsignal 18 unterliegt bei seiner Ausbreitung in der Luft nichtlinearen Effekten, die eine Kreuzmodulation zur Folge haben. Ein Teil der abgestrahlten Leistung des Ultraschallsignals geht in eine Signal-Komponente mit einer Frequenz, die der Differenz der beiden abgestrahlten Frequenzen entspricht, über.
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Das Signal 18 trifft auf das Hindernis 4. Dort treten die verbleibenden Anteile der ursprünglich ausgesendeten Signalfrequenzen als evaneszente Wellen in den Reflektor 4 ein und unterliegen wiederum nichtlinearen Effekten, die zu einer Kreuzmodulation führen. Bei der Kreuzmodulation entsteht wieder eine Signal-Komponente bei einer Frequenz, die der Differenz der beiden ursprünglich abgestrahlten Frequenzen entspricht. Die entstandenen Signal-Komponenten bei der Differenzfrequenz unterliegen im Gegensatz zu den ursprünglich abgestrahlten Komponenten bei den hohen Frequenzen nicht der Einschränkung einer lichtähnlichen Ausbreitung mit Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel, so dass ein Teil des Signals als direktes Echo 26 vom Empfänger 11, der sich in unmittelbarer Nähe zum Sender 10 befindet, empfangen werden kann. Bei einer exakt bekannten Abstrahlrichtung des Signals 18 ließe sich nun aus der Laufzeit des Signals 18 und des direkten Echos 26 die Position exakt bestimmen, an der das Ultraschallsignal 18 das reflektierende Objekt getroffen hat. Aufgrund des Ausbreitungsverhaltens der Ultraschallsignale in der Luft lässt sich jedoch keine beliebig gute Richtwirkung erzielen, des Weiteren ist auch die Messung des Abstands über die Laufzeit der Signale mit einem gewissen Fehler behaftet. Zur Erhöhung der Genauigkeit ist es bevorzugt, mindestens ein weiteres Echo 25 von einem zusätzlichen Empfänger 12 zu detektieren und bei der Auswertung zu berücksichtigen.
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Dieser Messprozess wird für verschiedene Abstrahlrichtungen wiederholt, so dass das Umfeld des Sensors nach und nach mit dem Ultraschallsignal 18 abgetastet wird. Bei dem mit dem Bezugszeichen 18‘ dargestellten Ultraschallsignal wird das reflektierende Objekt gerade noch getroffen. Das mit dem Bezugszeichen 18‘‘ versehene Ultraschallsignal verfehlt das reflektierende Objekt 4 und die zusätzlichen Empfänger 12 sowie der in unmittelbarer Nähe zum Sender 10 angeordnete Empfänger 11 empfangen kein Echo. Auf diese Weise lässt sich die Kontur des reflektierenden Objekts 4 nach und nach abtasten und somit neben seiner Position relativ zum Fahrzeug auch dessen Größe bestimmen.
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Um die für die Zuordnung nötigen Berechnungen durchführen zu können, werden dem Steuergerät 14 bevorzugt digitale Signalprozessoren und/oder feldprogrammierbare Gate Arrays beigestellt. Die digitalen Signalprozessoren oder feldprogrammierbaren Gate Arrays lassen sich auf den jeweiligen Anwendungszweck anpassen und können komplexe Signalverarbeitungsschritte wesentlich schneller und effizienter durchführen als dies ein auf gewöhnlichen Mikroprozessoren basierender Computer alleine könnte.
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2 zeigt einen Sender und Empfänger, bei dem die Mittel zum Verschwenken mechanisch sind.
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Der Sender 10 umfasst in der skizzierten Ausführungsform einen Einzelsender und Empfänger 16, der auf einem Träger 20 montiert ist. Sender 10 und Empfänger 11 sind in dieser Ausführungsform bauteilidentisch. Von dem Einzelsender und Empfänger 16 wird ein gerichtetes Ultraschallsignal 18 abgegeben. Der Einzelsender und Empfänger 16 umfasst Mittel zum Verschwenken 22, mit denen sich der Träger 20 um die Drehachse 23 in die mit den Bezugszeichen 24 versehenen Richtungen verschwenken lässt.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Senders und Empfängers, bei dem die Mittel zum Verschwenken elektronisch ausgeführt sind.
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Der Sender 10 umfasst mehrere Einzelsender 16 sowie getrennte Empfänger 17, die auf einem Träger 20 montiert sind. Die Einzelsender 16 sind dabei in einem Abstand zueinander angeordnet, der kleiner als die Wellenlänge des zu sendenden Ultraschallsignals ist. Bevorzugt wird ein Abstand, der der halben Wellenlänge entspricht. Jeder Einzelsender 16 erhält vom Steuergerät 14 ein eigenes Signal. Weisen die Signale dabei keinen Phasenunterschied zueinander auf, entsteht ein gerichtetes Ultraschallsignal 18 senkrecht zum Träger 20. Wird von dem Steuergerät 14 eine Phasendifferenz zwischen den Signalen eingestellt, kommt es aufgrund von Interferenzen der durch die Einzelsender 16 abgegebenen Ultraschallsignale zu einer Änderung der Abstrahlrichtung und es entsteht ein verschwenktes Ultraschallsignal 19. Die getrennten Empfänger 17 sind in unmittelbarer Nähe zu den Einzelsendern 16 auf dem Träger 20 montiert.
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In einer Ausführungsform sendet jeder Einzelsender 16 beide Frequenzen des Ultraschallsignals gleichzeitig aus. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Einzelsender 16 in zwei Gruppen eingeteilt, von denen eine Gruppe die erste Frequenz und die andere Gruppe die zweite Frequenz des Ultraschallsignals 18 aussendet.
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Die Einzelsender 16 sind in einer Ausführungsform der Erfindung als zweidimensionales Array auf dem Träger 20 ausgeführt. Dabei sind verschiedene Anordnungen möglich, beispielsweise an den Schnittpunkten eines Rasters aus horizontalen und vertikalen Linien oder entlang konzentrischer Kreise.
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4 zeigt einen Sender mit Empfänger, der gleichzeitig mehrere gerichtete Signale in verschiedene Richtungen aussendet.
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Um die für ein vollständiges Abtasten der Umgebung des Fahrzeugs benötigte Zeit zu reduzieren ist es bevorzugt, dass der Sender 10 eingerichtet ist, gleichzeitig mindestens zwei gerichtete Ultraschallsignale 18, 19, 19‘ in verschiedene Richtungen abzustrahlen.
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Der Sender 10 umfasst wieder mehrere Einzelsender 16, die gemeinsam auf einem Träger 20 montiert sind. Die Einzelsender 16 sind in einem Abstand angeordnet, der kleiner als die Wellenlänge des zu sendenden Ultraschallsignals ist. Bevorzugt wird ein Abstand, der der halben Wellenlänge entspricht. Vom Steuergerät 14 erhält jeder Einzelsender 16 ein eigenes Signal. In der dargestellten Ausführungsform umfasst jedes dieser Signale insgesamt sechs verschiedene Frequenzen, von denen jeweils zwei die gleiche Phasenlage aufweisen. Aufgrund von Interferenz entstehen aus den von den Einzelsendern 16 abgegebenen Ultraschallsignalen drei gerichtete Ultraschallsignale 18, 19, 19‘.
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Die einzelnen Ultraschallsignale werden dabei über verschiedene Frequenzen und Phasen kodiert, um eine Zuordnung der empfangenen Ultraschallechos zu den ursprünglichen Ultraschallsignalen 18, 19, 19‘ zu ermöglichen. Die Einzelempfänger 17 sowie die gegebenenfalls zusätzlichen Empfänger sind entsprechend eingerichtet, um Echos der ausgesendeten Ultraschallsignale 18, 19, 19‘ aufzunehmen. Die Einzelempfänger 17 sind wieder in unmittelbarer Nähe zu den Einzelsendern auf dem Träger 20 montiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004050794 A1 [0003]
