DE102011120447B4 - Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs, Fahrerassistenzeinrichtung und Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors (3 bis 6) eines Kraftfahrzeugs (1), mit den Schritten:
- Aussenden eines Sendesignals (s(t)) durch den Ultraschallsensor (3 bis 6), wobei das Sendesignal (s(t)) derart in seiner Phase moduliert wird, dass es Phasensprünge (10) aufweist,
- Empfangen eines Empfangssignals (x(t)) durch den Ultraschallsensor (3 bis 6), welches das von einem fahrzeugexternen Objekt reflektierte Sendesignal (s(t)) ist, gekennzeichnet durch
- Errechnen einer zeitlichen Ableitungsfunktion (Δφ(t)) aus dem Empfangssignal (x(t)) oder einem daraus gewonnenen Signal (Δφ(t)) mittels einer Recheneinrichtung (8) des Kraftfahrzeugs (1),
- Auffinden von Signalspitzen (12) in der Ableitungsfunktion (Δφ'(t)), welche in einem vorgegebenen Wertebereich liegen, und
- Auswerten der Signalspitzen (12) durch die Recheneinrichtung (8).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs durch Aussenden eines Sendesignals mittels des Ultraschallsensors, wobei das Sendesignal derart in seiner Phase moduliert wird, dass es Phasensprünge aufweist, sowie durch Empfangen eines Empfangssignals durch den Ultraschallsensor, welches das von einem fahrzeugexternen Objekt bzw. Hindernis reflektierte Sendesignal ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Fahrerassistenzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrerassistenzeinrichtung.
• Fahrerassistenzeinrichtungen mit Ultraschallsensoren sind Stand der Technik. Eine solche Fahrerassistenzeinrichtung ist z. B. die so genannte Parkhilfe, welche zum Unterstützen des Fahrers beim Einparken in eine Parklücke bzw. beim Ausparken aus der Parklücke dient. Ein Ultraschallsensor sendet Sendesignale aus, die Ultraschallsignale sind. Das Sendesignal wird an einem in der Umgebung des Kraftfahrzeugs befindlichen Objekt reflektiert und gelangt wieder zum Ultraschallsensor, nämlich als Echo. Das Echo wird durch den Ultraschallsensor als Empfangssignal empfangen und dann mittels einer Recheneinrichtung - etwa in Form eines digitalen Signalprozessors - verarbeitet. Die Recheneinrichtung berechnet beispielsweise die Laufzeit des Ultraschalls und bestimmt in Abhängigkeit von der Laufzeit den Abstand zwischen dem Objekt und dem Kraftfahrzeug. Die Ultraschallsensoren arbeiten also nach dem Echolaufzeitprinzip.
• Aus dem Dokument DE 10 2005 033 462 A1 ist bekannt, das Sendesignal eines Ultraschallsensors zu modulieren. Um die Messwiederholrate zu optimieren, werden die nacheinander ausgesendeten Sendesignale des Ultraschallsensors unterschiedlich moduliert. Beispielsweise erfolgt die Kodierung mittels Frequenzsprüngen oder aber Phasensprüngen. Die Empfangssignale unteschiedlicher Messperioden können auf diese Art und Weise voneinander unterschieden werden.
• Ein Verfahren zum Aufbereiten und Verarbeiten eines Empfangssignals eines Ultraschallsensors ist aus der Druckschrift WO 2009/108786 A1 bekannt.
• Die Druckschrift DE 101 06 142 A1 beschreibt eine Lösung, wie eine Vielzahl von Ultraschallsensoren gleichzeitig bzw. parallel betrieben werden können. Um dies zu ermöglichen, werden die jeweiligen Sendesignale der Ultraschallsensoren jeweils unterschiedlich frequenzmoduliert, wobei eine analoge Frequenzmodulation mit einem moderaten Hub bevorzugt wird. Unstetigkeiten in dem Phasengang des Sendesignals sind nicht erwünscht.
• Es ist also bereits Stand der Technik, das Sendesignal in seiner Phase zu modulieren, nämlich derart, dass das Sendesignal Phasensprünge aufweist ( DE 10 2005 033 462 A1 ). Es handelt sich hier um eine digitale Phasenmodulation, die auch unter der Bezeichnung „Phasenumtastverfahren“ (PSK-Modulation) bekannt ist. Der Phasengang eines derartigen Sendesignals besitzt Unstetigkeiten. Es ist somit möglich, dem Sendesignal ein spezifisches, vorbestimmtes Codewort aufzuprägen, sodass das Empfangssignal des Ultraschallsensors von anderen Signalen - sei es Sendesignalen anderer Ultraschallsensoren, sei es von Störsignalen - unterschieden werden kann. Eine besondere Herausforderung besteht jedoch darin, die Phasensprünge in dem Empfangssignal wieder zu erkennen und auszuwerten. Das Empfangssignal ist nämlich in der Regel relativ stark mit Rauschen überlagert, sodass die Detektion der Phasensprünge im Empfangssignal mit einem relativ großen Aufwand verbunden ist.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung die Phasensprünge im Empfangssignal ohne viel Aufwand aufgefunden werden können.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Fahrerassistenzeinrichtung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche der Beschreibung und der Figuren.
• Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs ausgelegt. Es wird ein Sendesignal durch den Ultraschallsensor ausgesendet, wobei das Sendesignal derart in seiner Phase moduliert wird, dass es Phasensprünge aufweist. Es erfolgt also die PSK-Modulation des Sendesignals. Dann wird ein Empfangssignal durch den Ultraschallsensor empfangen, welches das von einem fahrzeugexternen Objekt reflektierte Sendesignal ist. Aus dem Empfangssignal oder einem daraus gewonnenen Signal wird mittels einer Recheneinrichtung des Kraftfahrzeugs eine zeitliche, mathematische Ableitungsfunktion errechnet. In der Ableitungsfunktion werden Signalspitzen aufgefunden, welche in einem vorgegebenen Wertebereich liegen und welche die Phasensprünge repräsentieren. Die Signalspitzen werden mittels der Recheneinrichtung ausgewertet.
• Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass zum Auffinden der Phasensprünge in dem Empfangssignal zunächst eine zeitliche Ableitung aus dem Empfangssignal oder dem daraus gewonnenen Signal berechnet und dann in dieser Ableitung nach Signalspitzen gesucht wird, welche die Phasensprünge repräsentieren. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass eine zeitliche Ableitungsfunktion aus dem Empfangssignal oder aus dem daraus gewonnenen Signal eine Vielzahl von Signalspitzen aufweist, die auf die Phasensprünge im Sendesignal zurückzuführen sind. Diese Signalspitzen können nun ohne viel Aufwand - etwa mittels eines Spitzendetektors - detektiert und ausgewertet werden. Die Detektion der Phasensprünge im Empfangssignal kann somit ohne viel Aufwand vorgenommen werden.
• Die Signalspitzen können also mithilfe eines Spitzenwertdetektors detektiert werden. Dies kann beispielsweise so erfolgen, dass überprüft wird, ob die Amplitude des Empfangssignals größer als ein vorgegebener Grenzwert ist. Ist dies der Fall, so handelt es sich um eine Signalspitze, die als ein Phasensprung interpretiert werden kann.
• Wie bereits ausgeführt, wird die zeitliche Ableitungsfunktion aus dem Empfangssignal oder aber aus einem daraus gewonnenen Signal berechnet. Bevor die zeitliche Ableitung berechnet wird, kann das Empfangssignal in vorteilhafter Weise aufbereitet werden. Es erweist sich nämlich als besonders vorteilhaft, wenn die Ableitungsfunktion aus einem Signal berechnet wird, welches durch die so genannte „Zeigerrückdrehung“ aus dem Empfangssignal gewonnen wird. Dabei wird das Empfangssignal mit einer komplexen e-Funktion multipliziert. Besonders bevorzugt ist es, wenn aus dem Empfangssignal x(t) folgendes Signal berechnet wird, aus welchem dann die zeitliche Ableitung errechnet wird: $$\mathrm{\Delta }\phi \left(t\right)=\left|x\left(t\right)\right|e^{i\left(\text{arctan}2\left(\frac{\text{Im}\left(\text{x}\left(\text{t}\right)\right)}{\text{Re}\left(\text{x}\left(\text{t}\right)\right)}\right)-2\mathrm{\Pi }fs\cdot \mathrm{\Delta }t\right)}$$

  

  wobei x(t) das Sendesignal, f_s die Frequenz des Sendesignals (Trägerfrequenz) und Δt ein Zeitintervall bezeichnen.
• Durch die Multiplikation des Empfangssignals mit der komplexen e-Funktion erfolgt die oben genannte „Zeigerrückdrehung“. Somit wird aus dem Empfangssignal ein Signal Δφ(t) bereitgestellt, welches die Form eines Rechtecksignals mit einer Vielzahl von Einbrüchen aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass diese Einbrüche auf die Phasensprünge im Sendesignal zurückzuführen sind bzw. die Phasensprünge des Empfangssignals repräsentieren. Wird nun aus einem derartigen, aus dem Empfangssignal gewonnenen Signal Δφ(t) die zeitliche Ableitungsfunktion berechnet, so bekommt man ein Signal mit einer Vielzahl von Signalspitzen, die ohne viel Aufwand mittels eines Spitzendetektors detektiert und ausgewertet werden können.
• Besonders bevorzugt beinhaltet das Auswerten der Signalspitzen, dass die Anzahl der Signalspitzen und/oder ein zeitlicher Abstand zwischen zwei benachbarten Signalspitzen ausgewertet wird/werden. Einerseits kann somit die Anzahl der Signalspitzen und somit die Anzahl der Phasensprünge bestimmt und ausgewertet werden; andererseits können auch die Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten Signalspitzen bzw. Phasensprüngen im Empfangssignal bestimmt und ausgewertet werden. Auf diesem Wege gelingt es, beispielsweise die Dopplerverschiebung bzw. die Dopplerfrequenz zu ermitteln, wie auch ein dem Sendesignal durch die Phasenmodulation aufgeprägtes Codewort wieder zu extrahieren.
• Also ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Signalspitzen hinsichtlich einer Dopplerverschiebung zwischen dem Empfangssignal und dem Sendesignal ausgewertet werden. Dies bedeutet, dass anhand der Signalspitzen bzw. der Phasensprünge die Dopplerfrequenz und somit auch die relative Geschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und dem in seiner Umgebung befindlichen Objekt bestimmt werden können. Die Bestimmung der Dopplerverschiebung kann zum Beispiel so aussehen, dass der zeitliche Abstand zwischen zwei benachbarten Signalspitzen der zeitlichen Ableitungsfunktion aus dem Empfangssignal mit einem zeitlichen Abstand zwischen zwei benachbarten Phasensprüngen im Sendesignal verglichen wird. Die Dopplerverschiebung kann dann aus einer Differenz zwischen den beiden Abständen berechnet werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die relative Geschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und dem fahrzeugexternen Objekt mit geringem technischen Aufwand bestimmt werden kann.
• Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest zwei Ultraschallsensoren des Kraftfahrzeugs jeweilige Sendesignale gleichzeitig aussenden, denen jeweils ein unterschiedliches Codewort - etwa ein binäres Codewort - durch die Phasenmodulation aufgeprägt wird. Anhand der Signalspitzen in der zeitlichen Ableitungsfunktion kann dann das dem Empfangssignal zugeordnete Codewort ermittelt und das Empfangssignal selbst einem der Ultraschallsensoren zugeordnet werden. Somit sind parallele Messungen mit mindestens zwei Ultraschallsensoren möglich, bei denen die Ultraschallsensoren die Sendesignale gleichzeitig - oder zumindest überlappend - aussenden. Die jeweiligen Sendesignale können nämlich jeweils mit einem anderen Codewort versehen werden, und zwar mithilfe der Phasenmodulation. Aus jedem Empfangssignal kann dann durch die Auswertung der jeweiligen Signalspitzen das Codewort extrahiert werden, sodass dieses Empfangssignal einem bestimmten Ultraschallsensor zugeordnet werden kann. Bei der Ermittlung des Codeworts aus dem Empfangssignal kann beispielsweise das Muster der Signalspitzen mit dem Muster der Phasensprünge im Sendesignal verglichen werden. Das jeweilige Codewort kann also in Abhängigkeit von der Anzahl der Signalspitzen und/oder von den Abständen zwischen jeweils zwei benachbarten Signalspitzen bestimmt werden.
• Bevor die Signalspitzen in der zeitlichen Ableitungsfunktion aufgefunden werden, kann diese Ableitungsfunktion mit einer Rechteckfunktion korreliert werden. Die Signalspitzen können dann in einer durch diese Korrelation entstandenen Korrelationsfunktion bzw. einem Korrelationssignal aufgefunden werden. Durch diese Korrelation können die Signalspitzen „sichtbar“ gemacht und vom Rauschen abgehoben werden. Hierdurch wird das Auffinden der Signalspitzen ohne viel Aufwand ermöglicht.
• Besonders bevorzugt ist es, wenn die zeitliche Länge der Rechteckfunktion in Abhängigkeit von der zeitlichen Länge eines Einbruchs in dem Empfangssignal bzw. dem daraus gewonnenen Signal bestimmt wird. Wie bereits ausgeführt, weist das Empfangssignal nach der „Zeigerrückdrehung“ die Form eines Rechtecksignal mit einer Vielzahl von Signaleinbrüchen auf, welche durch die Phasensprünge im Sendesignal verursacht sind. Die zeitliche Länge eines solchen Signaleinbruchs ist somit grundsätzlich bekannt und kann zur Bestimmung der zeitlichen Länge der Rechteckfunktion herangezogen werden. Beispielsweise wird die Ableitungsfunktion mit einer solchen Rechteckfunktion korreliert, deren zeitliche Länge gleich der Länge eines Signaleinbruchs ist. Somit sind die Signalspitzen in der Korrelationsfunktion auch bei einem relativ starken Rauschen besonders einfach zu detektieren.
• Eine erfindungsgemäße Fahrerassistenzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug weist zumindest einen Ultraschallsensor sowie eine Recheneinrichtung auf. Der Ultraschallsensor ist zum Aussenden eines in seiner Phase modulierten Sendesignals mit Phasensprüngen und zum Empfangen eines Empfangssignals ausgebildet. Die Recheneinrichtung verarbeitet das Empfangssignal. Die Recheneinrichtung kann aus dem Empfangssignal oder einem daraus gewonnenen Signal eine zeitliche Ableitungsfunktion berechnen und in der Ableitungsfunktion Signalspitzen auffinden und auswerten, die in einem vorgegebenen Wertebereich liegen, insbesondere größer als ein vorbestimmter Grenzwert sind.
• Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug beinhaltet eine erfindungsgemäße Fahrerassistenzeinrichtung.
• Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Fahrerassistenzeinrichtung sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
• Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 in schematischer Darstellung einen vorderen Bereich eines Kraftfahrzeugs mit einer Fahrerassistenzeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
• 2 einen zeitlichen Verlauf eines in seiner Phase modulierten Sendesignals eines Ultraschallsensors;
• 3 einen zeitlichen Verlauf eines aus einem Empfangssignal des Ultraschallsensors durch die Zeigerrückdrehung gewonnen Signals; und
• 4 einen zeitlichen Verlauf eines Korrelationssignals, welches durch die Korrelation einer Ableitungsfunktion des Signals gemäß 3 mit einem Rechtecksignal gewonnen wird.
• Ein in 1 dargestelltes Kraftfahrzeug 1 kann beispielsweise ein Personenkraftwagen sein. Das Kraftfahrzeug 1 beinhaltet eine Fahrerassistenzeinrichtung 2, die im Ausführungsbeispiel als ein Parkhilfesystem ausgebildet ist. Die Fahrerassistenzeinrichtung 2 dient also zum Unterstützen des Fahrers beim Einparken bzw. beim Ausparken des Kraftfahrzeugs 1. Die Fahrerassistenzeinrichtung 2 weist eine Vielzahl von Ultraschallsensoren 3 bis 6 auf, die an einem vorderen Stoßfänger 7 des Kraftfahrzeugs 1 verteilt angeordnet sind. Die Anzahl sowie die Anordnung der Ultraschallsensoren 3 bis 6 sind in 1 lediglich beispielhaft dargestellt. Diese Anzahl sowie die Anordnung der Ultraschallsensoren 3 bis 6 können je nach Ausführungsform unterschiedlich sein. Es können auch Ultraschallsensoren an einem in 1 nicht näher dargestellten hinteren Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 vorgesehen sein, und das nachstehend beschriebene Verfahren kann auch auf die hinteren Ultraschallsensoren angewandt werden. Die Erfindung ist also nicht auf eine bestimmte Anzahl oder aber eine bestimmte Anordnung von Ultraschallsensoren beschränkt.
• Zur Fahrerassistenzeinrichtung 2 gehört auch eine elektronische Recheneinrichtung 8, welche beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen digitalen Signalprozessor beinhalten kann. Die Recheneinrichtung 8 stellt eine Steuereinrichtung dar, die mit den Ultraschallsensoren 3 bis 6 elektrisch gekoppelt ist und zur Ansteuerung der Ultraschallsensoren 3 bis 6 dient. Die Recheneinrichtung 8 empfängt auch Empfangssignale der Ultraschallsensoren 3 bis 6, welche in Form von elektrischen Signalen von den Ultraschallsensoren 3 bis 6 an die Recheneinrichtung 8 übertragen werden. Die Recheneinrichtung 8 berechnet beispielsweise anhand dieser Empfangssignale die Abstände zwischen dem Kraftfahrzeug 1 einerseits und den in seiner Umgebung befindlichen Hindernissen andererseits. Diese Abstände können dann mithilfe einer Ausgabeeinrichtung 9 ausgegeben werden, sodass der Fahrer über die gemessenen Abstände informiert wird. Die Ausgabeeinrichtung 9 kann die Abstände beispielsweise mithilfe eines Displays und/oder mittels eines Lautsprechers ausgeben.
• Ein Verfahren zum Betreiben eines einzelnen Ultraschallsensors 3 bis 6 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 näher erläutert:
• Ein Ultraschallsensor 3 bis 6 kann ein Sendesignal s(t) aussenden, wie es in 2 dargestellt ist. Auf der x-Achse ist dabei die Zeit t aufgetragen. Das Sendesignal s(t) ist phasenmoduliert, wobei vorliegend die PSK-Modulation (Phase Shift Keying) verwendet wird. Somit weist der Phasengang des Sendesignal s(t) eine vorbestimmte Anzahl von Phasensprüngen 10 auf. Die Phasensprünge 10 können beispielsweise in einem Wertebereich von 30° bis 180° liegen. Beispielsweise betragen die Phasensprünge 10 180°. Dies bedeutet, dass bei jedem Phasensprung 10 das Sendesignal s(t) jeweils um 180° in seiner Phase verschoben wird. Auf diesem Wege kann dem Sendesignal s(t) ein vorbestimmtes Codewort aufgeprägt werden, welches spezifisch für den konkreten Ultraschallsensor 3 bis 6 ist. Jedem Ultraschallsensor 3 bis 6 kann beispielsweise ein eigenes, spezifisches Codewort zugeordnet werden, mit welchem das jeweilige Sendesignal s(t) versehen wird. Es kann sich dabei um ein binäres Codewort handeln.
• Ein derartiges Sendesignal s(t), wie es in 2 dargestellt ist und im Prinzip einen in seiner Phase modulierten Sinusimpuls darstellt, wird von dem Ultraschallsensor 3 bis 6 ausgesendet. Das Sendesignal s(t) reflektiert dann an einem in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 befindlichen Hindernis und wird wieder von dem Ultraschallsensor empfangen, und zwar als ein Empfangsecho bzw. als ein Empfangssignal x(t). Dieses Empfangssignal x(t) wird dann als elektrisches Signal an die Recheneinrichtung 8 übermittelt und mittels der Recheneinrichtung 8 verarbeitet, Zunächst erfolgt eine Analog-Digital-Wandlung des Empfangssignals x(t), so dass die Recheneinrichtung 8 ein digitales bzw. abgetastetes Empfangssignal x(t) verarbeiten kann.
• Anschließend erfolgt eine Zeigerrückdrehung des Empfangssignals x(t): Unter einer Zeigerrückdrehung wird vorliegend die Rückdrehung der Phase des Empfangssignals x(t) mit der Geschwindigkeit gleich der Frequenz des Sendesignals s(t) verstanden. Dabei wird der Zeiger des Empfangssignals x(t) auf dem Zeigerdiagramm mit der Phasengeschwindigkeit des Sendesignals s(t) oder aber mit einem ganzzahligen Vielfachen dieser Phasengeschwindigkeit zurückgedreht. Diese Zeigerrückdrehung des Empfangssignals x(t) erfolgt durch die Multiplikation des Empfangssignals x(t) mit einer komplexen e-Funktion gemäß der folgenden Gleichung: $$\mathrm{\Delta }\phi \left(t\right)=\left|x\left(t\right)\right|e^{i\left(\text{arctan}2\left(\frac{\text{Im}\left(\text{x}\left(\text{t}\right)\right)}{\text{Re}\left(\text{x}\left(\text{t}\right)\right)}\right)-2\mathrm{\Pi }fs\cdot \mathrm{\Delta }t\right)}$$

  
• Dabei bezeichnen x(t) das Empfangssignal, f_s die Frequenz des Sendesignals s(t) und Δt ein bestimmtes Zeitintervall des Empfangssignals.
• Das zurückgedrehte Signal Δφ(t) ist beispielhaft in 3 dargestellt. Wie aus 3 hervorgeht, weist dieses Signal Δφ(t) grundsätzlich die Form eines Rechtecksignals auf, welches eine Vielzahl von Signaleinbrüchen 11 aufweist. Diese Signaleinbrüche 11 sind auf die Phasesprünge 10 zurückzuführen, sodass die Position der Signaleinbrüche 11 im Signal Δφ(t) grundsätzlich der Position der Phasensprünge 10 im Sendesignal s(t) entspricht. An denselben Stellen, wo das Signal Δφ(t) die Signaleinbrüche 11 besitzt, weist das Empfangssignal x (t) die Phasensprünge auf. Durch die Detektion der Signaleinbrüche 11 können also die Phasensprünge im Empfangssignal x(t) erkannt und ausgewertet werden, sodass das Empfangssignal x(t) dekodiert und gegebenenfalls auch eine Dopplerverschiebung berechnet werden kann.
• Um den Rechenaufwand bei der Detektion der Phasensprünge im Empfangssignal x(t) auf ein Minimum zu reduzieren, wird aus dem Signal Δφ(t) zunächst eine mathematische, zeitliche Ableitungsfunktion Δφ(t) berechnet, welche anschließend mit einer Rechteckfunktion rect(t) korreliert wird. Die Ableitungsfunktion Δφ'(t) wird dabei mit einer Rechteckfunktion rect(t) korreliert, deren zeitliche Länge zumindest der Länge des Signaleinbruchs 11 oder aber genau dieser Länge entspricht. Das Ergebnis dieser Korrelation ist in 4 dargestellt. Wie aus 4 hervorgeht, können die Signaleinbrüche 11 gemäß 3 bzw. die Phasensprünge durch zeitliche Ableitung und anschließende Korrelation mit dem Rechtecksignal rect(t) sichtbar gemacht und vom Rauschen abgehoben werden. Das in 4 dargestellte Korrelationssignal bzw. die Korrelationsfunktion Δφ'(t)*rect(t) besitzt eine Vielzahl von Signalspitzen 12, die im Wesentlichen in derselben Position wie die Signaleinbrüche 11 gemäß 3 liegen. Die Signalspitzen 12 repräsentieren also die Phasensprünge des Empfangssignals x(t) und können ohne viel Aufwand detektiert werden, etwa mittels eines Spitzenwertdetektors. Dabei wird untersucht, an welchen Stellen die Amplitude der Korrelationsfunktion Δφ'(t)*rect(t) größer als ein vorgegebener Grenzwert ist. Somit können die Signalspitzen 12 detektiert und anschließend ausgewertet werden.
• Werden die Signalspitzen 12 detektiert, so erfolgt eine Auswertung der Signalspitzen 12: Dabei kann die Anzahl der Signalspitzen 12, also die Anzahl der Phasensprünge im Empfangssignal x(t), wie auch die zeitlichen Abstände T zwischen jeweils zwei benachbarten Signalspitzen 12 ermittelt werden. Aus den zeitlichen Abständen T wird dann eine Dopplerverschiebung bzw. eine Dopplerfrequenz berechnet, d. h. die Frequenzverschiebung zwischen dem Sendesignal s(t) und dem Empfangssignal x(t). Ist die Dopplerfrequenz bekannt, so kann die relative Geschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem in seiner Umgebung befindlichen Hindernis berechnet werden. Außerdem wird auch überprüft, zu welchem Ultraschallsensor 3 bis 6 das empfangene Empfangssignal x(t) gehört bzw. von welchem der Ultraschallsensoren 3 bis 6 ausgesendet worden ist. Dazu wird aus dem Korrelationssignal das Codewort extrahiert. Dies wird anhand der Anzahl der Signalspitzen 12 sowie in Abhängigkeit von den zeitlichen Abständen T vorgenommen. Mit anderen Worten wird das Muster der Signalspitzen 12 - also die Anzahl und die zeitlichen Abstände T - mit dem Muster der Phasensprünge im Sendesignal s(t) verglichen. Somit können die Empfangssignale x(t), welche von unterschiedlichen Ultraschallsensoren 3 bis 6 ausgesendet worden sind, voneinander unterschieden werden, und das Empfangssignal x(t) kann einem bestimmten Ultraschallsensor 3 bis 6 zugeordnet werden.
• Zusammenfassend wird also ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem das Sendesignal s(t) mit dem Phasenumtastverfahren (PSK) so moduliert wird, dass es Phasensprünge 10 aufweist, um beim gleichzeitigen Senden mit mehreren Ultraschallsensoren 3 bis 6 die empfangenen Echos bzw. die Empfangssignale x(t) den jeweiligen Ultraschallsensoren 3 bis 6 zuordnen zu können. Diese Phasensprünge 10 verursachen beim rückgedrehten Empfangssignal Δφ(t) einen Einbruch 11 der Echoamplitude. Diese Einbrüche 11 können durch zeitliche Ableitung und anschießende Korrelation mit dem Rechtecksignal rect(t) sichtbar gemacht und vom Rauschen abgehoben werden. Das dadurch entstehende Korrelationssignal wird durch einen Spitzewertdetektor auf Teller und Spitzen 12 untersucht, mit denen nun die Positionen der Phasensprünge 10 im Sendesignal s(t) rekonstruiert werden können. Die Anzahl und der zeitliche Abstand T der rekonstruierten Phasensprünge geben Aussage über das Codewort sowie die Dopplerverschiebung des Empfangssignals x(t).

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors (3 bis 6) eines Kraftfahrzeugs (1), mit den Schritten: - Aussenden eines Sendesignals (s(t)) durch den Ultraschallsensor (3 bis 6), wobei das Sendesignal (s(t)) derart in seiner Phase moduliert wird, dass es Phasensprünge (10) aufweist, - Empfangen eines Empfangssignals (x(t)) durch den Ultraschallsensor (3 bis 6), welches das von einem fahrzeugexternen Objekt reflektierte Sendesignal (s(t)) ist, gekennzeichnet durch - Errechnen einer zeitlichen Ableitungsfunktion (Δφ(t)) aus dem Empfangssignal (x(t)) oder einem daraus gewonnenen Signal (Δφ(t)) mittels einer Recheneinrichtung (8) des Kraftfahrzeugs (1), - Auffinden von Signalspitzen (12) in der Ableitungsfunktion (Δφ'(t)), welche in einem vorgegebenen Wertebereich liegen, und - Auswerten der Signalspitzen (12) durch die Recheneinrichtung (8).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitungsfunktion (Δφ'(t)) aus einem Signal (Δφ(t)) berechnet wird, welches durch eine Multiplikation des Empfangssignals (x(t)) mit einer komplexen e-Funktion gewonnen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten der Signalspitzen (12) umfasst, dass die Anzahl der Signalspitzen (12) und/oder ein zeitlicher Abstand (T) zwischen zwei benachbarten Signalspitzen (12) ausgewertet wird/werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalspitzen (12) hinsichtlich einer Dopplerverschiebung zwischen dem Empfangssignal (x(t)) und dem Sendesignal (s(t)) ausgewertet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch zumindest zwei Ultraschallsensoren (3 bis 6) des Kraftfahrzeugs (1) jeweilige Sendesignale (s(t)) gleichzeitig ausgesendet werden, denen jeweils ein unterschiedliches Codewort durch die Phasenmodulation aufgeprägt wird, wobei anhand der Signalspitzen (12) in der Ableitungsfunktion (Δφ'(t)) das dem Empfangssignal (x(t)) zugeordnete Codewort ermittelt und das Empfangssignal (x(t)) einem der Ultraschallsensoren (3 bis 6) zugeordnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitungsfunktion (Δφ'(t)) mit einer Rechteckfunktion (rect(t)) korreliert wird und die Signalspitzen (12) in einer durch diese Korrelation entstandenen Korrelationsfunktion (Δφ(t)*rect(t)) aufgefunden werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Länge der Rechteckfunktion (rect(t)) in Abhängigkeit von der zeitlichen Länge eines Einbruchs (11) in dem Empfangssignal (x(t)) oder dem daraus gewonnenen Signal (Δφ(t)) bestimmt wird.
8. Fahrerassistenzeinrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit zumindest einem Ultraschallsensor (3 bis 6), welcher zum Aussenden eines in seiner Phase modulierten Sendesignals (s(t)) mit Phasensprüngen (10) und zum Empfangen eines Empfangssignals (x(t)) ausgebildet ist, und mit einer Recheneinrichtung (8) zum Verarbeiten des Empfangssignals (x(t)), dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (8) dazu ausgelegt ist, aus dem Empfangssignal (x(t)) oder einem daraus gewonnenen Signal (Δφ(t)) eine zeitliche Ableitungsfunktion (Δφ'(t)) zu berechnen, und in der Ableitungsfunktion (Δφ'(t)) Signalspitzen (12) aufzufinden und auszuwerten, welche in einem vorgegebenen Wertebereich liegen.
9. Kraftfahrzeug (1) mit einer Fahrerassistenzeinrichtung (2) nach Anspruch 8.

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