DE102012015967A1

DE102012015967A1 - Verfahren zum Dekodieren eines von einem Ultraschallsensor eines Kraftfahrzeugs empfangenen Empfangssignals, Fahrerassistenzeinrichtung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012015967A1
Application number: DE201210015967
Authority: DE
Inventors: Michael Hallek; Dietmar Grüdl; Anton Lill
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2012-08-11
Filing date: 2012-08-11
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-08-12
Also published as: DE102012015967B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dekodieren eines von einem Ultraschallsensor (3, 5) eines Kraftfahrzeugs (1) empfangenen Empfangssignals (UE), bei welchem ein Sendesignal (US) des Ultraschallsensors (3, 5) kodiert ausgesendet wird und zur Dekodierung das Empfangssignal (UE) mit einem Referenzsignal (UR) korreliert wird, wobei vor dem Korrelieren des Empfangssignals (UE) mit dem Referenzsignal (UR) eine Frequenzverschiebung (fD) des Empfangssignals (UE) gegenüber dem Sendesignal (US) bestimmt wird und das Empfangssignal (UE) mit dem um die ermittelte Frequenzverschiebung (fD) in seiner Frequenz (f) verschobenen Sendesignal (US) als Referenzsignal (UR) korreliert wird, wobei zur Bestimmung der Frequenzverschiebung (fD) des Empfangssignals (UE) selbiges Empfangssignal (UE) einer Fourier-Transformation unterzogen wird und die Frequenzverschiebung (fD) anhand eines Ergebnisses der Fourier-Transformation bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dekodieren eines von einem Ultraschallsensor eines Kraftfahrzeugs empfangenen Empfangssignals, bei welchem ein Sendesignal des Ultraschallsensors kodiert ausgesendet wird und zur Dekodierung des Empfangssignals selbiges Empfangssignal mit einem Referenzsignal korreliert wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Fahrerassistenzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wie auch ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrerassistenzeinrichtung.
Ultraschallsensoren für Kraftfahrzeuge sind bereits Stand der Technik. Sie werden üblicherweise zum Unterstützen des Fahrers beim Rangieren des Kraftfahrzeugs eingesetzt, nämlich insbesondere beim Einparken des Kraftfahrzeugs in eine Parklücke sowie beim Ausparken aus der Parklücke. Die Ultraschallsensoren sind dabei Bestandteil einer Fahrerassistenzeinrichtung, welche als Parkassistenzsystem oder aber als Parkhilfe bezeichnet wird. Mit Hilfe der Ultraschallsensoren können Abstände zwischen dem Kraftfahrzeug und in seiner Umgebung befindlichen Hindernissen gemessen werden. Die Ultraschallsensoren arbeiten nach dem Echolaufzeitprinzip: Die Abstandsmessung erfolgt in der Ultraschalltechnologie mittels eines Echolaufzeitverfahrens bzw. Echolotverfahrens. Der Ultraschallsensor sendet dabei ein Sendesignal – Ultraschall – und empfängt ein Empfangssignal, welches das von einem fahrzeugexternen reflektierte Sendesignal ist. Es werden also Ultraschallwellen ausgesendet, von einem Objekt reflektiert und wieder empfangen. In Abhängigkeit von der gemessenen Laufzeit der Ultraschallwellen wird dann der Abstand zwischen dem Objekt und dem Kraftfahrzeug bestimmt.
Es ist außerdem Stand der Technik, das Sendesignal eines Ultraschallsensors zu modulieren bzw. zu kodieren, so dass dem Sendesignal ein vorbestimmtes, spezifisches Codewort aufgeprägt wird und mit dem Sendesignal somit dieses spezifische Codewort bzw. eine Kennung übertragen wird. Dieses Sendesignal kann dann von anderen Störsignalen bzw. von Schallsignalen anderer Sensoren des eigenen Kraftfahrzeugs und auch von Schallsignalen anderer Kraftfahrzeuge unterschieden werden. Auf der einen Seite kann somit das empfangene Signal von Ultraschallsignalen anderer Kraftfahrzeuge unterschieden werden; andererseits wird somit auch ein gleichzeitiger Betrieb mehrerer Ultraschallsensoren ein und desselben Kraftfahrzeugs ermöglicht. In diesem Falle sendet jeder Ultraschallsensor ein Sendesignal mit einer zugeordneten spezifischen Kennung und kann dann das eigene Schallsignal wieder erkennen.
Ein Verfahren zum gleichzeitigen Betreiben mehrerer Ultraschallsensoren ist beispielsweise aus dem Dokument DE 101 06 142 A1 bekannt. Das Sendesignal eines ersten Sensors wird linear frequenz-moduliert, nämlich aufwärts. Es entsteht somit ein linear modulierter Wellenimpuls (Chirp). Das Sendesignal eines zweiten Sensors wird ebenfalls linear frequenz-moduliert, jedoch abwärts, d. h. die Frequenz wird über der Zeit verringert. Das Sendesignal eines dritten Sensors wird ohne eine Frequenzmodulation ausgesendet. Somit können die Sendesignale der Ultraschallsensoren voneinander unterschieden werden, wenn sie von fahrzeugexternen Objekten reflektiert werden.
Auch aus der Druckschrift EP 1 105 749 B1 ist bekannt, dass die Sendesignale unterschiedlicher Ultraschallsensoren mit einer eigenen Kennung versehen und somit voneinander unterschieden werden können. Die jeweilige Kennung der Sendesignale wird zeitlich verändert. Somit können die empfangenen Signale eindeutig den Ultraschallsensoren zugeordnet werden, wenn eine mögliche Störquelle ihre Kennung nicht exakt zeitlich genauso ändert. Somit wird die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers bei der Zuordnung der Schallsignale zu den Ultraschallsensoren reduziert. Die zeitliche Änderung der Kennung kann beispielsweise zufällig erfolgen.
Die Kodierung eines Schallsignals eines Ultraschallsensors ist des Weiteren aus dem Dokument DE 37 01 521 A1 bekannt.
Das Interesse richtet sich vorliegend vorzugsweise auf die Bestimmung der Herkunft des empfangenen Empfangssignals. Wenn das Sendesignal kodiert wird und hierbei dem Sendesignal eine spezifische Kennung bzw. ein Codewort aufgeprägt wird, so muss auch überprüft werden, ob das empfangene Empfangssignal dieselbe Kennung aufweist und somit das von einem Objekt reflektierte Sendesignal ist bzw. ein und demselben Ultraschallsensor zugeordnet werden kann. Nach heutigem Stand der Technik werden die empfangenen Signale mittels Korrelation auf ihre Kodierung überprüft. Das Dekodieren des Empfangssignals sieht also so aus, dass dieses Empfangssignal mit einem Referenzsignal korreliert wird, wobei das Ergebnis der Korrelation ein Maß für die Übereinstimmung zwischen dem empfangenen Ultraschallsignal und dem erwarteten Signal ist. Als Referenzsignal wird üblicherweise das ausgesendete Sendesignal bzw. ein Signal verwendet, welches dem Sendesignal entspricht. Wird eine relativ große Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal erkannt, so wird festgestellt, dass es sich bei dem Empfangssignal um das eigene Signal des Ultraschallsensors handelt. Nur in diesem Falle wird das Empfangssignal weiter verarbeitet und der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt berechnet. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass anhand einer einfachen Korrelation die Bestimmung der Herkunft des Empfangssignals bzw. die Dekodierung des Empfangssignals nicht immer mit größter Genauigkeit möglich ist. Es kann im Stand der Technik nicht immer korrekt festgestellt werden, ob das Empfangssignal tatsächlich von dem Ultraschallsensor stammt oder nicht. Dies ist im Stand der Technik deshalb nicht möglich, weil sich das fahrzeugexterne Objekt häufig relativ zum Kraftfahrzeug bewegt und die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt eine Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals aufgrund des Dopplereffekts verursacht. Bei einer solchen Frequenzverschiebung ändert sich bei dem Empfangssignal zusätzlich noch die Amplitude, weil der Ultraschallsensor außerhalb der Resonanzfrequenz angeregt wird. Diese beiden Veränderungen, nämlich die Veränderung der Frequenz und die der Amplitude, beeinflussen das Korrelationsergebnis negativ, so dass die Übereinstimmung der Signale selbst bei einer gleichen Modulation nicht mehr detektiert werden kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung das Empfangssignal mit großer Genauigkeit – und insbesondere ohne viel Rechenaufwand – dekodiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Fahrerassistenzeinrichtung, wie auch 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.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein von einem Ultraschallsensor eines Kraftfahrzeugs empfangenes Empfangssignal dekodiert und hierbei beispielsweise auf seine Herkunft hin überprüft. Ein Sendesignal des Ultraschallsensors wird kodiert ausgesendet. Beispielsweise wird dem Sendesignal durch eine Modulation ein vorbestimmtes, spezifisches Codewort aufgeprägt. Zur Dekodierung des Empfangssignals wird selbiges Empfangssignal mit einem Referenzsignal korreliert. Vor dem Korrelieren des Empfangssignals mit dem Referenzsignal wird eine Frequenzverschiebung (Dopplerverschiebung) des Empfangssignals gegenüber dem Sendesignal bestimmt, und das Empfangssignal wird mit dem um die ermittelte Frequenzverschiebung in seiner Frequenz verschobenen Sendesignal als Referenzsignal korreliert. Zur Bestimmung der Frequenzverschiebung des Empfangssignals wird dieses Empfangssignal einer Fourier-Transformation unterzogen, und die Frequenzverschiebung wird anhand eines Ergebnisses der Fourier-Transformation bestimmt.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass das Empfangssignal auch bei einer Relativbewegung zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt mit sehr hoher Genauigkeit dekodiert und hierbei z. B. die Herkunft des Empfangssignals bestimmt werden kann. Es kann sehr präzise festgestellt werden, ob das Empfangssignal tatsächlich von dem Ultraschallsensor stammt oder nicht. Auch bei einer Relativbewegung zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt kann somit das Signal des Ultraschallsensors von anderen Störsignalen unterschieden werden. Durch die Transformation des Empfangssignals in den Frequenzbereich und Bestimmung der Frequenzverschiebung des Empfangssignals im Frequenzbereich wird einerseits die Genauigkeit der Dekodierung des Empfangssignals weiterhin erhöht, weil die Frequenzverschiebung im Frequenzbereich präziser als im Zeitbereich ermittelt werden kann. Andererseits wird durch die Bestimmung der Frequenzverschiebung im Frequenzbereich auch der Rechenaufwand bei der Dekodierung des Empfangssignals reduziert. Im Vergleich zur Bestimmung der Frequenzverschiebung im Zeitbereich – etwa anhand der zeitlichen Längen der Signale – ist die Bestimmung im Frequenzbereich nämlich weniger rechenaufwändig. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass durch die genaue Bestimmung der Frequenzverschiebung im Frequenzbereich auch die relative Geschwindigkeit zwischen dem Objekt und dem Kraftfahrzeug besonders präzise ermittelt werden kann. Nicht zuletzt ist im Frequenzbereich auch die Erkennung von mehreren Frequenzanteilen des Empfangssignals und somit die Detektion von mehreren Objekten mit unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten möglich.
Bevorzugt wird anhand des Korrelationsergebnisses festgestellt, ob das Empfangssignal das von einem fahrzeugexternen Objekt reflektierte Sendesignal oder aber ein von einer Störquelle bzw. von einer fremden Quelle ausgesendetes Störsignal ist. Beispielsweise wird das Empfangssignal dann als von dem Ultraschallsensor stammend interpretiert, wenn eine relativ hohe Korrelation bzw. Ähnlichkeit zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal festgestellt wird, also wenn ein Korrelationskoeffizient zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Wird hingegen festgestellt, dass das Empfangssignal und das Referenzsignal unähnlich sind bzw. die Korrelation sehr gering ist, so kann das Empfangssignal als Störsignal ausgeblendet werden und bei der weiteren Verarbeitung unberücksichtigt bleiben. Der genannte Schwellwert kann beispielsweise in einem Wertbereich von 50% bis 100%, insbesondere von 70% bis 100%, liegen. Wird dem Sendesignal ein Codewort – beispielsweise ein binäres Codewert 10110 – aufgeprägt, so ist die Korrelation zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal nur dann entsprechend groß, wenn auch das Empfangssignal dieses Codewort aufweist und somit kein Störsignal ist. Es wird somit insgesamt ermöglicht, zwischen dem eigenen Signal des Ultraschallsensors einerseits und einem Störsignal einer fremden Quelle andererseits zuverlässig zu unterscheiden.
In einer Ausführungsform kann auch anhand der Frequenzverschiebung selbst überprüft werden, ob das Empfangssignal von dem eigenen Ultraschallsensor oder aber von einer fremden Störquelle stammt. Falls die Frequenzverschiebung größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, kann das Empfangssignal als ein von einer fremden Quelle ausgesendetes Störsignal verworfen bzw. ausgeblendet und somit bei der Bestimmung der Abstände zu Objekten nicht berücksichtigt werden. Diese Ausführungsform macht sich die Tatsache zunutze, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt ihre Grenze findet und nicht beliebig hoch sein kann. Entsprechend kann auch die Frequenzverschiebung zwischen den Signalen nicht beliebig groß sein, so dass das Empfangssignal bei einer zu großen Frequenzverschiebung als Störecho verworfen werden kann. Auf diese Weise kann die Herkunft des Empfangssignals weiterhin plausibilisiert werden.
Besonders bevorzugt wird zur Bestimmung der Frequenzverschiebung das Empfangssignal einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) unterzogen. Zur Umrechnung des Empfangssignals in den Frequenzbereich kann also die FFT verwendet werden, welche einerseits besonders schnell ausgeführt und außerdem auch ohne viel Aufwand implementiert werden kann.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn abhängig von der Frequenzverschiebung eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt bestimmt wird, an welchem das Sendesignal reflektiert wurde. Die Bestimmung der Frequenzverschiebung kann somit insgesamt zwei verschiedene Zwecke haben, nämlich einerseits den Zweck der Verschiebung des Sendesignals und somit Berechnung des Referenzsignals und andererseits auch den Zweck der Bestimmung der relativen Geschwindigkeit des Objektes. Anhand der relativen Geschwindigkeit kann dann ermittelt werden, wie schnell sich das Objekt dem Kraftfahrzeug nähert, so dass auch die Gefahr einer Kollision alleine mittels des Ultraschallsensors besser eingeschätzt werden kann. Zur Ermittlung der Kollisionsgefahr kann dabei beispielsweise die sogenannte „time to collision” ermittelt werden, also die Zeit, welche das Objekt zum Erreichen des Kraftfahrzeugs benötigt bzw. welche noch bis zur Kollision mit dem Objekt verbleibt.
Anhand des Ergebnisses der Fourier-Transformation können auch zumindest zwei unterschiedliche Frequenzanteile ein und desselben Empfangssignals detektiert werden. Das Empfangssignal kann nämlich in unterschiedlichen Frequenzbereichen um die Sendefrequenz herum unterschiedliche Signalanteile aufweisen, welche anhand von Signalspitzen im Frequenzbereich bzw. im Spektrum des Empfangssignals detektiert werden können. Zur Detektion dieser Spitzen im Frequenzbereich kann beispielsweise ein Schwellenverlauf definiert werden. Werden zumindest zwei solche Frequenzanteile des Empfangssignals detektiert, so kann zu diesen zumindest zwei Frequenzanteilen jeweils ein Wert für die Frequenzverschiebung bestimmt werden. Dies bedeutet, dass für zumindest zwei Signalanteile des Empfangssignals im Frequenzbereich jeweilige Frequenzverschiebungen bezüglich der Frequenz des Sendesignals ermittelt werden. Auf diese Weise lassen sich zwei verschiedene Objekte detektieren, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bezüglich des Kraftfahrzeugs bewegen.
Und zwar können aus den zumindest zwei Werten der Frequenzverschiebung zumindest zwei Referenzsignale bereitgestellt werden, nämlich durch Verschiebung des Sendesignals in seiner Frequenz um die jeweiligen ermittelten Werte der Frequenzverschiebung. Das Empfangssignal kann dann separat mit den zumindest zwei Referenzsignalen korreliert werden, und es können insgesamt zwei unterschiedliche Korrelationsergebnisse ausgewertet werden. Es kann sich hierbei beispielsweise erweisen, dass beide Frequenzanteile des Empfangssignals von dem eigenen Ultraschallsensor stammen und somit auf tatsächliche Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs zurückzuführen sind. Alternativ kann sich jedoch auch erweisen, dass einer der Frequenzanteile von dem eigenen Sensor stammt, während der andere Frequenzanteil von einer fremden Störquelle stammt.
Anhand der zumindest zwei Frequenzanteile können also zumindest zwei Objekte in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs detektiert werden, und für die zumindest zwei Objekte kann jeweils eine relative Geschwindigkeit bezüglich des Kraftfahrzeugs abhängig von dem jeweiligen Wert der Frequenzverschiebung bestimmt werden. In ein und demselben Messzyklus bzw. zu ein und demselben Sendesignal des Ultraschallsensors können somit insgesamt mindestens zwei Objekte detektiert und die jeweiligen relativen Geschwindigkeiten bestimmt werden. Dies wird durch die Auswertung des Empfangssignals im Frequenzbereich ermöglicht.
Eine erfindungsgemäße Fahrerassistenzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen Ultraschallsensor sowie eine Steuereinrichtung, welche den Ultraschallsensor zum Aussenden eines kodierten Sendesignals ansteuert und zur Dekodierung eines von dem Ultraschallsensor empfangenen Empfangssignals dieses Empfangssignal mit einem Referenzsignal korreliert. Die Steuereinrichtung kann vor dem Korrelieren des Empfangssignals mit dem Referenzsignal eine Frequenzverschiebung des Empfangssignals gegenüber dem Sendesignal bestimmen und das Empfangssignal mit dem um die ermittelte Frequenzverschiebung in seiner Frequenz verschobenen Sendesignal als Referenzsignal korrelieren. Des Weiteren kann die Steuereinrichtung zur Bestimmung der Frequenzverschiebung das Empfangssignal einer Fourier-Transformation unterziehen und die Frequenzverschiebung anhand eines Ergebnisses der Fourier-Transformation bestimmen.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, umfasst 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 schematische Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrerassistenzeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
3 bis 5 Empfangssignale eines Ultraschallsensors im Frequenzbereich für unterschiedliche Szenarien.
Ein in 1 dargestelltes Kraftfahrzeug 1 ist beispielsweise ein Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug 1 beinhaltet eine Fahrerassistenzeinrichtung 2, welche eine Parkhilfe bzw. ein Parkassistenzsystem ist. Die Fahrerassistenzeinrichtung 2 dient zum Unterstützen des Fahrers des Kraftfahrzeugs 1 beim Einparken in eine Parklücke sowie beim Ausparken aus der Parklücke. Die Fahrerassistenzeinrichtung 2 umfasst zu diesem Zwecke eine Vielzahl von Ultraschallsensoren 3, welche an einem vorderen Stoßfänger 4 des Kraftfahrzeugs 1 verteilt angeordnet sind, wie auch eine Vielzahl von Ultraschallsensoren 5, welche an einem hinteren Stoßfänger 6 verteilt angeordnet sind. Alle Ultraschallsensoren 3, 5 sind mit einer Steuereinrichtung 7 der Fahrerassistenzeinrichtung 2 elektrisch gekoppelt. Die Steuereinrichtung 7 kann einen digitalen Signalprozessor bzw. einen Mikrokontroller beinhalten und dient zur Ansteuerung der Ultraschallsensoren 3, 5. Die Steuereinrichtung 7 empfängt auch alle Empfangssignale von den Ultraschallsensoren 3, 5 und bestimmt in Abhängigkeit von diesen Signalen die Abstände zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und in seiner Umgebung befindlichen Hindernissen. In Abhängigkeit von diesen Abständen kann die Steuereinrichtung 7 beispielsweise einen Lautsprecher 8 und/oder eine optische Anzeigeeinrichtung 9 – etwa ein Display – ansteuern. Mit Hilfe des Lautsprechers 8 und/oder der Anzeigeeinrichtung 9 wird der Fahrer über die gemessenen Abstände informiert.
Gegebenenfalls kann die Fahrerassistenzeinrichtung 2 auch ein automatisches oder aber semi-automatisches Parkassistenzsystem sein, mittels welchem eine Parklücke automatisch detektiert und eine geeignete Parkbahn automatisch berechnet wird, entlang welcher das Kraftfahrzeug 1 dann automatisch oder semi-autonom in die Parklücke geführt werden kann. Bei vollautomatischen Parkassistenzsystemen übernimmt die Fahrerassistenzeinrichtung 2 sowohl die Längsführung als auch die Querführung des Kraftfahrzeugs 1, während bei semi-automatischen bzw. halbautonomen Systemen die Fahrerassistenzeinrichtung 2 lediglich die Querführung und somit die Lenkung automatisch übernimmt, während der Fahrer selbst Gas geben und bremsen muss. Es sind auch Systeme bekannt, bei denen der Fahrer sowohl die Längsführung als auch die Querführung selbst übernehmen muss, jedoch Hinweise bezüglich der Lenkung durch die Fahrerassistenzeinrichtung 2 ausgegeben werden.
Die Steuereinrichtung 7 kann die Ultraschallsensoren 3, 5 derart ansteuern, dass die Ultraschallsensoren 3, 5 jeweils ein Sendesignal (Ultraschall) mit einem aufgeprägten, spezifischen bzw. vorbestimmten Codewort aussenden. Dazu werden die Sendesignale moduliert, etwa frequenz-moduliert und/oder amplituden-moduliert. Nachfolgend wird ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform näher erläutert. Wenngleich sich die nachfolgende Beschreibung auf einen einzelnen Ultraschallsensor 3, 5 bezieht, können auch alle anderen Ultraschallsensoren 3, 5 in der gleichen Art und Weise betrieben werden.
Der Ultraschallsensor 3, 5 sendet ein Sendesignal aus, welches auf eine spezifische Art und Weise moduliert ist und somit ein spezifisches Codewort als Kennung aufweist. Dieses Sendesignal wird dann von einem fahrzeugexternen Hindernis bzw. Objekt reflektiert und gelangt wieder zum Ultraschallsensor 3, 5 als Empfangssignal, noch bevor das nächste Sendesignal ausgesendet wird. Der Ultraschallsensor 3, 5 empfängt dieses Empfangssignal. Die Steuereinrichtung 7 überprüft dann, ob dieses Empfangssignal von dem in Rede stehenden Ultraschallsensor 3, 5 stammt bzw. ob das Empfangssignal tatsächlich das von dem Objekt reflektierte Sendesignal ist oder nicht. Wird diese Frage bejaht, so kann das Empfangssignal weiter verarbeitet werden, und es können der Abstand und die relative Geschwindigkeit bestimmt werden. Andernfalls kann das Empfangssignal als Störsignal verworfen werden.
Ein Verfahren zum Dekodieren des Empfangssignals und insbesondere zum Bestimmen der Herkunft des Empfangssignals wird nun unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert. In einem ersten Schritt S1 wird das Sendesignal US ausgesendet, wobei der zeitliche Verlauf des Sendesignals US in einem Speicher elektronisch abgelegt ist. Ein Empfangssignal UE wird in einem zweiten Schritt S2 empfangen. In einem dritten Schritt S3 wird das Empfangssignal UE mittels der Fast-Fuorier-Transformation FFT in den Frequenzbereich umgerechnet. Als Ergebnis der FFT entsteht somit das Empfangssignal UE im Frequenzbereich. Anhand des Spektrums des Empfangssignals UE wird dann in einem nachfolgenden Schritt S4 zumindest eine Frequenzverschiebung fD bzw. Dopplerverschiebung des Empfangssignals UE gegenüber der Sendefrequenz des Sendesignals US ermittelt. Im Allgemeinen können hier mehrere Frequenzanteile des Empfangssignals UE detektiert werden, und zu jedem Frequenzanteil kann dann eine Frequenzverschiebung fD1, ..., fDN bezüglich der Sendefrequenz des Sendesignals US ermittelt werden. Wird lediglich eine einzige Frequenzspitze des Empfangssignals UE detektiert, so wird eine einzige Frequenzverschiebung bezüglich des Sendesignals US ermittelt, nämlich die Frequenzverschiebung fD1. Werden hingegen N solche Frequenzspitzen detektiert, wobei N > 1 ist, so werden entsprechend viele Frequenzverschiebungswerte fD1, ..., fDN bestimmt.
Das abgelegte Sendesignal US wird dann in weiteren Schritten S51 bis S5N frequenzverschoben und in jeweilige Referenzsignale UR1 bis URN umgerechnet. Es werden so viele Referenzsignale UR1 bis URN bereitgestellt, wie es Frequenzverschiebungswerte fD1 bis fDN bzw. Frequenzanteile des Empfangssignals UE gibt. Für jeden Frequenzverschiebungswert fD1 bis fDN wird dabei ein separates Referenzsignal UR1 bis URN berechnet, und zwar durch Frequenzverschiebung des Sendesignals US um den jeweiligen Frequenzverschiebungswert fD1 bis fDN.
Man erhält also mindestens ein Referenzsignal UR1 und gegebenenfalls auch eine Vielzahl von solchen unterschiedlichen Referenzsignalen UR1 bis URN. Zu jedem Referenzsignal UR1 bis URN wird dann in weiteren Schritten S61 bis S6N jeweils eine Korrelation des jeweiligen Referenzsignals UR1 bis URN mit dem Empfangssignal UE berechnet. Die Korrelation kann dabei entweder im Zeitbereich oder aber im Frequenzbereich vorgenommen werden, wie dies in 2 schematisch mit der gestrichelten Linie 10 bezeichnet ist.
Die Referenzsignale UR1 bis URN entsprechen also dem Sendesignal US, welches um den jeweiligen Frequenzverschiebungswert fD1 bis fDN frequenz-verschoben wird.
In den letzten Schritten S71 bis S7N werden dann die jeweiligen Korrelationsergebnisse ausgewertet. Hierbei werden zunächst die jeweiligen Korrelationskoeffizienten mit abgelegten Grenzwerten verglichen, und es wird festgestellt, ob die jeweiligen Frequenzanteile des Empfangssignals UE von dem eigenen Ultraschallsensor 3, 5 stammen oder nicht. Anhand des Empfangssignals UE können also insgesamt N Objekte detektiert werden, nämlich abhängig von dem jeweiligen Korrelationsergebnis. Zu jedem Objekt kann dann anhand der jeweiligen Frequenzverschiebung fD1 bis fDN die jeweilige relative Geschwindigkeit bezüglich des Kraftfahrzeugs 1 ermittelt werden.
In den 3 bis 5 sind beispielhafte Spektren des Empfangssignals UE näher dargestellt. Auf der x-Achse ist die Frequenz f aufgetragen. In den 3 bis 5 ist die Sendefrequenz des Sendesignals US mit f0 bezeichnet.
In 3 ist ein Spektrum des Empfangssignals UE gezeigt, bei welchem lediglich ein einziger relevanter Frequenzanteil bzw. eine Frequenzspitze 11 detektiert wird. Dieser Frequenzanteil 11 des Empfangssignals UE wird dabei im Wesentlichen bei der Sendefrequenz f0 detektiert. Dies bedeutet, dass keine Dopplerverschiebung zwischen dem Empfangssignal UE und dem Sendesignal US vorliegt und somit keine relative Geschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt gegeben ist. Für die Korrelation wird also ein Referenzsignal UR verwendet, welches dem Sendesignal US entspricht. Es findet also keine Frequenzverschiebung des Sendesignals US statt bzw. diese Verschiebung ist gleich Null.
Zur Detektion der Frequenzspitze 11 des Empfangssignals UE im Spektrum kann beispielsweise ein Schwellenverlauf definiert werden. Durch diesen Schwellenverlauf können die in 3 mit 12 bezeichneten und durch eine Bandbreitenbegrenzung des Sensors verursachten Frequenzanteile des Empfangssignals UE herausgefiltert werden.
In 4 ist ein Beispiel dargestellt, in welchem die Frequenzspitze 11 des Empfangsignals UE gegenüber der Sendefrequenz f0 verschoben ist und bei einer Frequenz von f1 detektiert wird. Es wird hier eine Frequenzverschiebung fD = f1 – f0 ermittelt. Mit dieser Frequenzverschiebung fD wird dann das Sendesignal US in seiner Frequenz verschoben, um das Referenzsignal UR bereitzustellen.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 wird neben der ersten Frequenzspitze 11 bei der Frequenz von f1 zusätzlich auch eine weitere Frequenzspitze 13 bei einer Frequenz von f2 detektiert, welche über dem Schwellenverlauf liegt. Auch zu dieser zweiten Frequenzspitze 13 bzw. zu diesem zweiten Frequenzanteil des Empfangssignals UE wird eine Frequenzverschiebung fD2 bezüglich der Sendefrequenz f0 bestimmt. Man erhält also insgesamt zwei Frequenzverschiebungswerte fD1 und fD2, und zwar zu ein und demselben Empfangssignal UE, welches durch den Ultraschallsensor 3, 5 empfangen wird, bevor das nächste Sendesignal US ausgesendet wird. Zu jedem Frequenzverschiebungswert fD1, fD2 wird dann jeweils ein separates Referenzsignal UR1, UR2 durch Frequenzverschiebung des Sendesignals US um die jeweiligen Frequenzverschiebungswerte fD1, fD2 bereitgestellt. Das Empfangssignal UE wird also mit zwei verschiedenen Referenzsignalen UR1, UR2 korreliert. Es kann sich dann erweisen, dass die beiden Frequenzspitzen 11, 13 auf zwei unterschiedliche Objekte zurückzuführen sind, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bezüglich des Kraftfahrzeugs 1 bewegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10106142 A1 [0004]
EP 1105749 B1 [0005]
DE 3701521 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Dekodieren eines von einem Ultraschallsensor (3, 5) eines Kraftfahrzeugs (1) empfangenen Empfangssignals (UE), bei welchem ein Sendesignal (US) des Ultraschallsensors (3, 5) kodiert ausgesendet wird und zur Dekodierung das Empfangssignal (UE) mit einem Referenzsignal (UR) korreliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Korrelieren des Empfangssignals (UE) mit dem Referenzsignal (UR) eine Frequenzverschiebung (fD) des Empfangssignals (UE) gegenüber dem Sendesignal {US) bestimmt wird und das Empfangssignal (UE) mit dem um die ermittelte Frequenzverschiebung (fD) in seiner Frequenz (f) verschobenen Sendesignal (US) als Referenzsignal (UR) korreliert wird, wobei zur Bestimmung der Frequenzverschiebung (fD) des Empfangssignals (UE) selbiges Empfangssignal (UE) einer Fourier-Transformation unterzogen wird und die Frequenzverschiebung (fD) anhand eines Ergebnisses der Fourier-Transformation bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Korrelationsergebnisses festgestellt wird, ob das Empfangssignal (UE) das von einem fahrzeugexternen Objekt reflektierte Sendesignal (US) oder ein von einer Störquelle ausgesendetes Störsignal ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass falls die Frequenzverschiebung (fD) größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, das Empfangssignal (UE) als ein von einer fremden Quelle ausgesendetes Störsignal verworfen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Frequenzverschiebung (fD) das Empfangssignal (UE) einer Fast-Fourier-Transformation unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Frequenzverschiebung (fD) eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug (1) und einem Objekt bestimmt wird, an welchem das Sendesignal (US) reflektiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Ergebnisses der Fourier-Transformation zumindest zwei unterschiedliche Frequenzanteile (11, 13) des Empfangssignals (UE) detektiert werden und zu den zumindest zwei Frequenzanteilen (11, 13) jeweils ein Wert für die Frequenzverschiebung (fD1 bis fDN) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den zumindest zwei Werten der Frequenzverschiebung (fD1 bis fDN) zumindest zwei Referenzsignale (UR1 bis URN) durch Verschiebung des Sendesignals (US) in seiner Frequenz (f) um die jeweiligen Werte der Frequenzverschiebung (fD) bereitgestellt werden und das Empfangssignal (UE) mit den zumindest zwei Referenzsignalen (UR1 bis URN) separat korreliert wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der zumindest zwei Frequenzanteile (11, 13) zumindest zwei Objekte in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) detektiert werden und für die zumindest zwei Objekte jeweils eine relative Geschwindigkeit bezüglich des Kraftfahrzeugs (1) abhängig von dem jeweiligen Wert für die Frequenzverschiebung (fD) bestimmt wird.
Fahrerassistenzeinrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit zumindest einem Ultraschallsensor (3, 5) und mit einer Steuereinrichtung (7), welche dazu ausgelegt ist, den Ultraschallsensor (3, 5) zum Aussenden eines kodierten Sendesignals (US) anzusteuern und zur Dekodierung eines von dem Ultraschallsensor (3, 5) empfangenen Empfangssignals (UE) dieses Empfangssignal (UE) mit einem Referenzsignal (UR) zu korrelieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, vor dem Korrelieren des Empfangssignals (UE) mit dem Referenzsignal (UR) eine Frequenzverschiebung (fD) des Empfangssignals (UE) gegenüber dem Sendesignal (US) zu bestimmen und das Empfangssignal (UE) mit dem um die ermittelte Frequenzverschiebung (fD) in seiner Frequenz (f) verschobenen Sendesignal (US) als Referenzsignal (UR) zu korrelieren, wobei die Steuereinrichtung (7) weiterhin dazu ausgelegt ist, zur Bestimmung der Frequenzverschiebung (fD) des Empfangssignals (UE) selbiges Empfangssignal (UE) einer Fourier-Transformation zu unterziehen und die Frequenzverschiebung (fD) anhand eines Ergebnisses der Fourier-Transformation zu bestimmen.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Fahrerassistenzeinrichtung (2) nach Anspruch 9.