DE102012200743A1

DE102012200743A1 - Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder der Bewegung mindestens eines Objektes in der Umgebung eines Fahrzeuges und/oder zur Informationsübertragung mittels mindestens eines gesendeten akustischen Signals und Umfelderfassungsvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE102012200743A1
Application number: DE102012200743A
Authority: DE
Inventors: Matthias Karl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-07-25
Also published as: US9541642B2; WO2013107563A1; US20150078133A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder der Bewegung mindestens eines Objektes in der Umgebung eines Bewegungshilfsmittels, insbesondere eines Fahrzeuges (10), und/oder zur Informationsübertragung mittels mindestens eines gesendeten akustischen Signals (70), wobei das Zeitverhalten mindestens eines elektrischen Signals (r(τ)) eines Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) während des Sendens des akustischen Signals (70) und/oder während eines dem Senden folgenden Ausschwingens des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) und/oder während des Empfangs des gesendeten und an dem Objekt reflektierten akustischen Signals (70) oder mindestens eines an dem Objekt reflektierten akustischen Signals (70) zumindest während eines geeigneten Bruchteils einer Signalperiode derart ausgewertet wird, das Veränderungen des elektrische Signals (r(τ)) des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) detektiert werden können. Ferner wird eine Umfelderfassungsvorrichtung (51) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Fahrzeug (10) mit der erfindungsgemäßen Umfelderfassungsvorrichtung offenbart.

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder der Bewegung mindestens eines Objektes in der Umgebung eines Bewegungshilfsmittels, insbesondere eines Fahrzeuges, und/oder zur Informationsübertragung mittels mindestens eines gesendeten akustischen Signals, und eine Umfelderfassungsvorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Umfelderfassungsvorrichtung.
Stand der Technik
Zur akustischen Umfelderfassung von Fahrzeugen werden derzeit üblicherweise pulsweise messende Ultraschallsysteme verwendet. Durch eine hohe mechanische Robustheit ist ihr Arbeitsbereich meist auf einen kleinen Signalfrequenzbereich beschränkt. Dabei weisen sie eine hohe Güte auf. Dem Fachmann ist bekannt, dass Systeme mit einer hohen Güte relativ lange Zeit benötigen, bis sich eine Schwingungsamplitude nach einer Anregung wieder abgebaut hat. Die Zeit, die zum Abbau der Anregungen notwendig ist, wird als Ausschwingen bezeichnet. Elektro-Akustik-Wandler von Sensoren, die sowohl zum Aussenden als auch zum anschließenden Empfangen verwendet werden, benötigen ein möglichst kurzes Ausschwingen, um eine Messung auch im Nahfeld mittels einer Pulslaufzeitmessung zu ermöglichen.
Das Ausschwingen beginnt mit dem Ende der Sendepulsgenerierung und endet, wenn die Schwingamplitude deutlich kleiner als die Amplitude potentiell zu empfangender Echos und/oder Signale ist.
Das Ausschwingen kann einerseits von äußeren Einflüssen, wie sie in der 1 dargestellt sind, oder andererseits durch sensorinterne Merkmale wie Beschädigungen des Elektro-Akustik-Wandlers, beispielsweise durch Steinschlag, verändert werden.
In der 1a ist ein Fahrzeug 10 dargestellt, der mindestens einen Sensor 20 aufweist, der von einem dünnen Eisbelag 30 bedeckt ist. In der 1b ist ein Fahrzeug 10 dargestellt, dessen Hecksensoren 40 mit einer Schicht aus Pulverschnee bedeckt sind. Der Eisbelag 30 in 1c erstreckt sich nur über einen Teil der Membran des Wandlers des Sensors 20. In der 1d ist wieder ein Fahrzeug 10 dargestellt, das hinten rechts einen Sensor 20 aufweist, der von einem Schneevorhang 40 abgeschirmt wird. Die 1e zeigt eine Seitenansicht des Fahrzeuges 10 aus der 1d, wobei der in dem Stoßfänger 25 eingebaute und mit dem Schneevorhang 40 im Abstand von ca. 20 mm vor dem Stoßfänger abgeschirmte Sensor 20 wieder zu erkennen ist.
Bei den beschriebenen Sensoren ist bevorzugt, dass sie einer Fertigungsprüfung unterzogen werden und eine Eigenüberwachungsfunktion zur Untersuchung der Funktionstüchtigkeit des durch die Sensoren gebildeten Messsystems während des Betriebs aufweisen. Mittels der Eigenüberwachungsfunktion können die Sensoren, insbesondere beim Vorliegen einer Abnahme der Sensorleistung oder bei Beschädigungen, die beispielsweise in Folge von Fremdstörungen, wie Bedämpfungen durch einen Belag, auftreten können, in einen sicheren Betriebszustand versetzt werden.
Es ist nicht nur wichtig, eine Verbesserung der Sensorleistung im Bereich der Messfähigkeit für Abstände ab 20 cm zu erreichen, sondern auch im Bereich der Objektformenunterscheidung und der Nahmessfähigkeit bei Abständen von 5 cm und darunter, um beispielsweise auch einen Schneevorhang oder einen Belag auf dem Sensor, die, wie in den 1d und 1e dargestellt worden sind, Sensoren überdecken, detektieren zu können.
Bisher werden diese Aspekte nur anhand einer Messung der Ausschwingungsdauer geprüft.
Alternativ könnten diese Aspekte auch mittels einer Frequenzmessung geprüft werden. Beispielsweise wurde mittels einer Frequenzmessung versucht, die bei der Sensorfertigung aufgetretene Fehler im Ausschwingen mittels Bandbreitenabschätzung (Band Width Estimation) zu bestimmen. Dazu wird ein System (Umfelderfassungsvorrichtung) 50 gemäß der 2 betrieben, bei dem eine Frequenzmessung mittels einer Auswerteeinrichtung 55 durchgeführt wird. In der 2 ist schematisch eine Umfelderfassungsvorrichtung 50 dargestellt, mit einer akustischen Einrichtung 60 zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Signalen 70 heutiger Ultraschallsensoren 75.
Ein Sendepulsgenerator 80 erzeugt ein pulsförmiges Sendesignal (nicht dargestellt), indem der Signalgenerator 80 während der Sendepulsdauer ein elektrisches Signal mit der Signalfrequenz f auf den Elektro-Akustik-Wandler (akustische Einrichtung) 60 gibt. Dieser Wandler 60 beginnt in der Frequenz f des Sendepulses zu schwingen und somit einen akustischen Sendepuls 70 auszugeben. Je nach Güte und Resonanzfrequenz f_R des Wandlers 60 und der Frequenzlagen der den Wandler 60 umgebenden frequenzbestimmenden Komponenten werden bei dieser Art der Frequenzmessung Objekte in unterschiedlicher Entfernung durch den Sensor 75 nicht selten erkannt, insbesondere bei Variation der Empfindlichkeitsschwelle. Dem Versuchskonzept lag die Annahme zugrunde, dass allein aus der Schwingungsamplitude der Echos bei verschieden Signalfrequenzen mittels dieser Art der Frequenzmessung hinreichend gute Rückschlüsse auf Sensormerkmale gezogen werden können.
Ungestörte sinusförmige Signale lassen sich durch die wie nachfolgend dargestellte Gleichung (1) beschreiben: r(τ) = A₁·sin(2πf·τ + φ) + A₀ (1)
Im Frequenzbereich werden die Merkmale periodischer Sinussignale mit Hilfe von Filtern bestimmt, während der Gleichanteil A₀ durch Mittelung gewonnen wird. Die wichtigsten Merkmale von Filtern für periodische Signale sind die Filterfrequenz f_h, die Bandbreite B und die Phasenabhängigkeit. Je näher die Frequenz f des zu untersuchenden periodischen Signals an der Filterfrequenz f_h eines Filter ist, desto stärker schwingt ein solches Filter im Vergleich zu den Filtern anderer Filterfrequenz f_h.
Die Bandbreite B = f_O – f_U beschreibt, in welchem Frequenzbereich f_U ≤ f_h < f_O um die Filterfrequenz f_h herum die Signalfrequenz f schwanken darf, ohne dass die Stärke der Schwingung (das heißt die Auslenkungsamplitude des Filters) deutlich abgenommen hat, insbesondere damit die Stärke der Schwingung um nicht mehr als 3 dB abnimmt. Bei einer gegebenen Signalamplitude A nimmt die Stärke der Schwingung mit der Abnahme der ₁ Bandbreite B zu. Dieses Merkmal wird auch durch den als Güte Q = f/B_h bezeichneten Parameter zusammengefasst.
Filter, die unabhängig von der Phasenlage des zu untersuchenden Signals zur Phasenlage des beobachtenden Messsystems sind und deswegen keine Phasenabhängigkeit besitzen, werden als inkohärente Filter bezeichnet. Als kohärente Filter werden hingegen phasenabhängige Filter bezeichnet. Dreht sich die Phase des zu untersuchenden Signals gegenüber der des Messsystems bei kohärenten Filtern um 90°, so ändert sich der Schwingungszustand dieser Filter von maximaler Auslenkung in Resonanz zu Ruhe beziehungsweise umgekehrt.
Je kleiner die Bandbreite des Filters ist, desto länger dauert es jedoch, bis das Filter eingeschwungen ist. Dieses Phänomen kann man auch als Unschärfe der Frequenzdetektion bezeichnen. Um mittels eines Filters eine Frequenz sicher detektieren zu können, ist die Zeit bis zum Erreichen des eingeschwungenen Zustands des Filters abzuwarten, die üblicher Weise mehr als eine Periode dauert.
Die zur Bestimmung der Kenngrößen φ, f und A₁ erforderliche Zeit kann verringert werden, wenn der Gradient der Schwingungsintensitäten mittels einer Bank von Filtern mit zueinander leicht versetzten Filterfrequenzen f_h ausgewertet wird.
Nachteilig an allen Frequenzmessungen ist, dass sie mehrere Perioden benötigen, bis Veränderungen im Signal erkannt werden. Nachteilig sind insbesondere Frequenzmessungen, die eine Anregung mit Signalformen verschiedener Trägerfrequenzen erfordern, wie beispielsweise bei der zuvor erläuterten Bandbreitenabschätzung.
Aus der 1e kann eine wichtige Anforderung erkannt werden, und zwar die Nahmessfähigkeit eines Ultraschallsensors. Nahestehende Objekte, oder sogar Vorhänge vor dem Wandler, die nicht die Resonanzeigenschaften des Wandlers massiv beeinflussen, können mittels einer Frequenzmessung nicht erkannt werden, da die Echos einerseits bereits während des Ausschwingens des Wandlers zum Wandler zurück kommen und andererseits das Signal am Wandler durch solche Objekte nur so geringfügig verändert wird, dass diese Veränderungen allein mittels einer Form der laufzeitabhängigen Verstärkung, wie diese aus dem Dokument WO 2010/076061 A1 bekannt ist, nicht hinreichend frei gelegt werden.
Auch durch eine Pulsdauermodulation, die beispielsweise aus dem Dokument EP 2 251 710 A2 bekannt ist, kann ein Belag insbesondere aus Eis oder Matsch, der zum Beispiel 1mm vor dem Wandler ist, mittels einer Frequenzmessung nicht immer hinreichend erkannt werden. In dem Dokument EP 2 251 710 A2 werden ein System und ein Verfahren beschrieben, die sich darauf beziehen, Ultraschallimpulse unterschiedlicher Impulsdauer (Pulsdauermodulation) und Impulsstärke auszusenden, um verschieden weit vom Sensorsystem entfernte Teilbereiche zu überwachen.
Aus dem Dokument WO-2011009786 A1 ist eine Intrapulsanalyse bekannt, die zur Umfelderfassung eingesetzt wird. Dabei werden akustische Wechselsignale verwendet, die sich somit als Periodendauerfolge mit zeitveränderlicher Signalstärke beschreiben lassen. Die Intrapulsanalyse umfasst die Bestimmung einer Messfolge von Periodendauern eines empfangenen akustischen Signals, die ähnlich einem Fingerabdruck jeweils ein Charakteristikum sowohl für den ausgesandten Sendepuls als auch für den Übertragungsweg zu einer Empfangseinrichtung ist. Kennt eine Auswerteeinrichtung den für ein Übertragungsszenarium charakteristischen Fingerabdruck, der vorzugsweise durch eine Folge von Referenzperiodendauern repräsentiert wird, so kann empfängerseitig detektiert werden, welches Szenario bei einem empfangenen akustischen Signals vorlag.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder der Bewegung mindestens eines Objektes in der Umgebung eines Bewegungshilfsmittels, insbesondere eines Fahrzeuges, und/oder zur Informationsübertragung mittels mindestens eines gesendeten akustischen Signals, bereitgestellt, bei dem das Zeitverhalten mindestens eines elektrischen Signals eines Elektro-Akustik-Wandlers während des Sendens des akustischen Signals und/oder während eines dem Senden folgenden Ausschwingens des Elektro-Akustik-Wandlers und/oder während des Empfangs des gesendeten und an dem Objekt reflektierten akustischen Signals oder mindestens eines an dem Objekt reflektierten akustischen Signals zumindest während eines geeigneten Bruchteils einer Signalperiode derart ausgewertet wird, dass Veränderungen des elektrische Signals des Elektro-Akustik-Wandlers detektiert werden können.
Erfindungsgemäß wird ferner eine Umfelderfassungsvorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt, die mindestens einen Elektro-Akustik-Wandler umfasst und die eine Auswertevorrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, das Zeitverhalten mindestens eines zeitkontinuierlichen oder mittels einer Abtastungsvorrichtung zeitmäßig diskretisierten elektrischen Signals des Elektro-Akustik-Wandlers während des Sendens eines akustischen Signals und/oder während eines dem Senden folgenden Ausschwingens des Elektro-Akustik-Wandlers und/oder während des Empfangs des gesendeten und an mindestens einem Objekt in der Umgebung eines Bewegungshilfsmittels, insbesondere eines Fahrzeuges, reflektierten akustischen Signals oder mindestens eines an dem Objekt reflektierten akustischen Signals derart auszuwerten, dass Veränderungen des elektrischen Signals des Elektro-Akustik-Wandlers detektiert werden können.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Erfindungsgemäß wird insbesondere ein Verfahren geschaffen zur Bestimmung der Position und/oder der Bewegung von Objekten in der Umgebung von Bewegungshilfsmitteln wie Krankenfahrstühlen, Segways, Fahrräder, Elektroautos und andere Fahrzeuge wie Autos, Busse und Lastkraftwagen mittels von ausgesendeten akustischen Signalen, wobei das Zeitverhalten der Signale auf dem, insbesondere sendenden, Elektro-Akustik-Wandler ausgewertet wird.
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Umfelderfassungsvorrichtung bereitgestellt, mit deren Hilfe Veränderungen im Signalverlauf von schmalbandigen Signalen, die zur Umfelddetektion verwendet werden, sowohl während des Ausschwingens, optional auch während des Aussendens eines Sendepulses und insbesondere auch während des Empfangs von Signalen und Echos, schnell detektiert werden können. Aus der Art der Signalveränderungen wird erfindungsgemäß auf den Zustand des Sensors, insbesondere des Wandlers geschlussfolgert, der beispielsweise durch Schäden wie Steinschlag, Unfall, einen falschen, insbesondere einen lockeren und/oder oder schiefen Verbau, oder auch durch Sensorfertigungsfehler beeinträchtigt wird. Ferner wird auf den Zustand der Sendesignaleinkopplungschaltung und der Empfangssignalauskopplungschaltung und auf die die Funktionsbereitschaft der Sensoren beeinträchtigende Merkmale, wie insbesondere Beläge vor dem Sensor, geschlussfolgert.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Signalanalyse im Zeitbereich genügt bei einer zeitkontinuierlichen Signalauswertung mit vernachlässigbarer Störung sogar weniger als 1/4 der Signalperiode, um Veränderungen des elektrischen Signals des Elektro-Akustik-Wandlers detektieren zu können.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Detektion von Veränderungen des elektrisches Signals des Elektro-Akustik-Wandlers mindestens eine charakteristische Signalkenngröße, insbesondere mindestens eine minimale und/oder maximale Signalstärke und/oder mindestens ein Maximum zwischen einem minimalen und einem maximalen Signalstärkenwert und/oder mindestens ein Mittelwert, wie beispielsweise ein Mittelwert bezüglich des Spannungsnullpunktes, ausgewertet. Auch kann mindestens ein vergleichbarer Signalstärkenkennwert und/oder mindestens ein Zeitpunkt des Auftretens eines Nulldurchganges und/oder des Auftretens einer minimalen Signalstärke (minimaler Peak) und/oder einer maximalen Signalsstärke (maximaler Peak) zumindest während des geeigneten Bruchteils der Signalperiode oder zumindest während einer Signalperiode bestimmt und mit mindestens einem entsprechenden Erwartungswert und/oder bei einer wiederholten Bestimmung der charakteristischen Signalkenngröße mit mindestens einer entsprechenden vorhergehend bestimmten charakteristischen Signalkenngröße verglichen werden.
Mittels der erfindungsgemäßen Zeitanalyse zumindest während einer Signalperiode können erheblich mehr Informationen aus dem Signal, wie insbesondere die Dauer jeder Halbperiode, die Peakhöhe jeder Halbperiode und die zeitliche Lage des Peaks innerhalb jeder Halbperiode gewonnen werden, als mit einer gewöhnlichen Frequenzmessung, die nur dann verlässliche Werte liefert, wenn sich das zu untersuchende System in einem stationären Zustand befindet.
Je mehr charakteristische Signalkenngrößen bereits zu Beginn der Schätzung bekannt sind, desto rascher gelingt eine Bestimmung der noch offenen Signalkenngrößen mittels der erfindungsgemäßen Signalanalyse im Zeitbereich.
Bei störungsfreien Sinussignalen sind mittels der erfindungsgemäßen Signalanalyse im Zeitbereich maximal 3/4 der Periodendauer zur Bestimmung aller Signalkenngrößen erforderlich.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere der Signalverlauf des elektrischen Signals des Elektro-Akustik-Wandlers mittels einer vorzugsweise äquidistanten Abtastung vorzugsweise nach einem Nulldurchgang zeitmäßig diskretisiert und mindestens eine charakteristische Kenngröße anhand der mittels der Abtastung bestimmten Signalstärkewerte bestimmt.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest ein aus einem empfangenen, an dem Objekt reflektierten akustischen Signal erzeugtes elektrisches Signal des Elektro-Akustik-Wandlers vor der Auswertung seines Zeitverhaltens mittels eines von der Laufzeit des empfangenen akustischen Signals abhängigen Verstärkung verstärkt. Insbesondere werden zur Bestimmung der Position und/oder der Bewegung des Objektes mehrere pulsdauermodulierte akustische Signale gesendet.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine räumliche Anordnung der Objekte in der Umgebung des Bewegungshilfsmittels, insbesondere des Fahrzeuges, mittels des bezüglich seines Zeitverhaltens ausgewerteten elektrischen Signals des Elektro-Akustik-Wandlers bestimmt. Insbesondere wird der Fahrer des Bewegungshilfsmittels über die bestimmte räumliche Anordnung der Objekte informiert und/oder durch ein für die bestimmte räumliche Anordnung der Objekte geeignetes Eingreifen in die Bewegungshilfsmitteldynamik, insbesondere in die Fahrzeugdynamik, unterstützt.
Anders ausgedrückt, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die räumliche Anordnung von Objekten in der Umgebung der Bewegungshilfsmittels, insbesondere die räumliche Anordnung der Objekte zu anderen Fahrzeugen, zu Bauwerken, wie zum Beispiel zu Bordsteinmauern oder Gebäuden, zu Bewuchs, zu Menschen und Tieren bestimmt, um den Fahrer zu informieren oder/und um in das Fahrgeschehen durch beispielsweise Lenken, Beschleunigen oder Bremsen unterstützend einzugreifen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die von der erfindungsgemäßen Umfelderfassungsvorrichtung umfasste Auswertevorrichtung dazu ausgebildet, das elektrische Signal des Elektro-Akustik-Wandlers einer Bestimmungsvorrichtung als Eingangsignal bereitzustellen, die dazu ausgebildet ist, mindestens eine charakteristische Signalkenngröße des elektrischen Signals des Elektro-Akustik-Wandlers zu bestimmen oder wiederholt zu bestimmen. Die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung umfasst ferner eine Bewertungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die charakteristische Signalkenngröße mit mindestens einem entsprechenden, gespeicherten Erwartungswert und/oder bei einer wiederholten Bestimmung der charakteristischen Kenngröße mit mindestens einer entsprechenden, gespeicherten, vorhergehend bestimmten charakteristischen Signalkenngröße zur Detektion von Veränderungen des elektrischen Signals des Elektro-Akustik-Wandlers zu vergleichen und optional einer nachfolgenden Nachbearbeitung bereitzustellen.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung basiert auf signalverlaufsabhängiger Abtastung der Signale. Insbesondere während des Sendens und während des Ausschwingens ist ein solches an sich recht störungsanfälliges Verfahren zuverlässig anwendbar, da in diesen Fällen das Rauschen gegenüber der Signalstärke vernachlässigt werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Auswertevorrichtung einen ersten Kondensator, der dazu ausgerichtet ist, einen Gleichspannungsanteil des elektrischen Signals des Elektro-Akustik-Wandlers herauszufiltern und das gefilterte elektrische Signal der Bestimmungsvorrichtung als Eingangssignal bereitzustellen.
Da akustische Signale naturgemäß keinen Gleichspannungsanteil haben, wird eingangsseitig mittels des ersten Kondensators der Gleichanteil des elektrischen Signals des Elektro-Akustik-Wandlers in einfacher Weise ausgeschlossen.
Bei einer besonders einfach realisierbaren Ausführungsform der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Bestimmungsvorrichtung einen ersten Schwellenwertschalter, der dazu ausgelegt ist, den Pegelwechsel des Eingangssignals in ein erstes zeitkontinuierliches Binärsignal umzuwandeln und einer nachfolgenden Zeitmessungseinrichtung bereitzustellen. Insbesondere umfasst die Bestimmungsvorrichtung ein Differenzierglied, das dazu ausgelegt ist, das Eingangsignal derart mittels einer Phasenverschiebung zu verzögern, dass ein Pegelwechsel eines entsprechenden Ausgangssignals des Differenziergliedes genau dann stattfindet, wenn das Eingangsignal eine maximale oder eine minimale Signalstärke aufweist. Ferner umfasst die Bestimmungsvorrichtung einen zweiten Schwellenwertschalter, der dazu ausgelegt ist, den Pegelwechsel des Ausgangssignals und dadurch die Zeitpunkte des Auftretens der maximalen und der minimalen Signalstärke des Eingangssignals in ein zweites Binärsignal umzuwandeln und der Zeitmessungseinrichtung bereitzustellen. Die Zeitmesseinrichtung ist dazu ausgebildet, die Zeitpunkte des Auftretens der Pegelwechsel des Eingangsignals und dadurch die Zeitpunkte des Auftretens der Nulldurchgänge des Eingangssignals und/oder die Zeitpunkte des Auftretens der Pegelwechsel des Ausgangsignals und dadurch die Zeitpunkte des Auftretens der minimalen und der maximalen Signalstärke des Eingangssignals mittels des ersten und/oder des zweiten Binärsignals zu vermessen und der nachfolgen Bewertungsvorrichtung bereitzustellen.
Die so aus dem Signalverlauf gewonnenen Zeitpunkte werden insbesondere dazu genutzt, charakteristische Kenngrößen wie insbesondere Kenngrößen der Signalstärke zu gewinnen. In einer bevorzugten Ausführung wird anhand dieser Zeitpunkte zumindest eine Abtastvorrichtung zur Gewinnung charakteristischer Werte der Signalstärke gesteuert. In einer bevorzugten Ausführung werden diese Werte mittels mindestens eines Analog-Digitalwandlers in einem Rechner erfindungsgemäß weiter verarbeitet.
Bei einer weiteren einfach realisierbaren und dadurch besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Bestimmungsvorrichtung einen ersten Umschalter, der mittels des zweiten Schwellenwertschalters oder mittels eines durch den zweiten Schwellenwertschalter gesteuerten Monoflops von einer ersten Umschaltposition in einer zweite Umschaltposition umschaltbar ist. Ferner ist der Umschalter dazu ausgerichtet, in seiner ersten Umschaltposition das Eingangssignal einem zweiten Kondensator zu übergeben und beim Vorliegen der mittels des zweiten Schwellenwertschalters erkannten Zeitpunkte des Auftretens der minimalen und/oder der maximalen Signalstärke des Eingangssignals auf seine zweite Umschaltposition umzuschalten. Ferner ist der zweite Kondensator dazu ausgerichtet, seine gespeicherte Momentanspannung über den ersten in seiner zweiten Umschaltposition umgeschalteten Umschalter und über einen mittels des ersten Schwellenwertschalters in Abhängigkeit der Pegelstellung des Eingangssignals umschaltbaren zweiten Umschalter einem ersten Speicher für die minimalen Signalstärke des Eingangssignals oder einem zweiten Speicher für die maximale Signalstärke des Eingangssignals je nach vorliegenden Pegelstellung des Eingangssignals entsprechend zu übergeben.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Umfelderfassungsvorrichtung bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In der Zeichnungen ist:
1a bis 1e jeweils ein Fahrzeug mit mindestens einem Ultraschallsensor nach dem Stand der Technik, wobei der Sensoren durch Eis oder Schnee bedeckt ist,
2 eine Umfelderfassungsvorrichtung mit einem Ultraschallsensor und einer Auswerteeinheit nach dem Stand der Technik,
3a und 3b jeweils einen Ausschnitt aus einem sinusförmigen Signal,
4 einen Ausschnitt eines mittels einer erfindungsgemäßen signalverlaufsunabhängigen zeitlich äquidistanten Abtastung abgetasteten sinusförmigen Signals, zusammen mit den entsprechenden Abtastpunkten gemäß einer ersten Ausführungsform,
5 ein schematisches Blockschaltbild einer Umfelderfassungsvorrichtung nach einer zweiten auf signalverlaufsabhängiger Abtastung basierenden Ausführungsform der Erfindung, und
6 ein schematisches Blockschaltbild einer Umfelderfassungsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie dazu schon erwähnt, lassen sich ungestörte sinusförmige Signale durch die Gleichung (1) beschreiben: r(τ) = A₁·sin(2πf·τ + φ) + A₀ (1)
In den 3a und 3b sind jeweils Auszüge aus einem sinusförmigen Signal r(τ) jeweils dargestellt.
Sind die für ein sinusförmiges Signal r(τ) markanten Kenngrößen wie Nulldurchgänge
und Peaks, das heißt Wendepunkte r_max(τ_max), r_min(τ_min), bestimmbar, genügt bei der Anwendung einer erfindungsgemäßen Signalanalyse im Zeitbereich die Zeit von 1/2 bis 3/4 einer Signalperiode eines mit dem Mittelwert A behafteten unbekannten ₀ sinusförmigen Signals zur Bestimmung der das Signal charakterisierenden Kenngrößen. Das ist aus den Gleichungen (2) und (3) erkennbar:
Zur Bestimmung der Größen f und τ ist die Geradengleichung auf die Gleichung (4) anzuwenden:
Durch die Anwendung von Schätzern über Positionsinformationen r(τ_x) und Gradienteninformationen ṙ(τ_x) kann die Zeit zur Bestimmung der Kenngrößen der Sinusfunktion noch weiter verringert werden. Der größte Gradient ist bei mittelwertfreien Sinussignalen bekanntlich im Nullpunkt. Der Nulldurchgang selber entspricht bekanntlich bereits der Phaseninformation φ bezüglich eines Beobachtungspunktes. Verfolgt man von dort aus die Signaländerung mittels von mindestens einem idealen Gradientenschätzer ṙ(τ_x), so können dort, besonders leicht bei ungestörten Signalen, bereits nach nur einigen wenigen Winkelgraden einer Periodendauer die noch offenen Kenngrößen f und A₁ berechnet werden.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass je mehr Kenngrößen A₀, φ, f und A₁ bereits zu Beginn der Schätzung bekannt sind, desto rascher gelingt eine Bestimmung der noch offenen Kenngrößen.
Bei störungsfreien Sinussignalen sind im Zeitbereich maximal ¾ der Periodendauer zur Bestimmung aller Größen nach dem zuvor genannten Verfahren erforderlich.
Für eine hohe Genauigkeit ist dazu jedoch eine entsprechend hohe Abtastfrequenz F >> f, am Besten sogar eine zeitkontinuierliche Signalverarbeitung, erforderlich.
Je größer eine additive Störung bzw. ein additives Rauschen ist, desto länger muss der Einfluss des Rauschens durch Mittelung über mehrfach in mehreren aufeinander folgenden Signalperioden bestimmte Kenngrößen unterdrückt werden.
Bei zeitkontinuierlicher Signalauswertung mit vernachlässigbarer Störung genügt sogar weniger als ¼ Periode, insbesondere wenn Kenngrößen wie der Mittelwert A₀ bekannt sind. So genügt beispielsweise ein Bruchteil einer Periode, um aus dem Signalverlauf nach dem Nulldurchgang auf die Amplitude A₁ und auf die Frequenz f zu schlussfolgern.
Die Gewinnung dieser Merkmale eines Signals kann erfindungsgemäß bevorzugt mittels mindestens einer signalverlaufsunabhängigen insbesondere zeitlich äquidistanten Abtastung realisiert werden. Alternativ können diese Merkmale eines Signals auch erfindungsgemäß mittels signalverlaufsabhängiger Abtastung oder aber mittels einer Mischform aus signalverlaufsabhängiger und signalverlaufsunabhängiger Abtastung realisiert werden.
In der 4 sind die Abtastpunkte eines Signals r(τ) dargestellt, das vorwiegend gemäß einem auf signalverlaufsunabhängiger zeitlich äquidistanter Abtastung basierendem Verfahren abgetastet wird, nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Ist beispielsweise der Nulldurchgang bei τ = 0 und werden daraufhin die beiden Abtastwerte mit der Abtastfrequenz F gewonnen, gelten für die so gewonnenen Abtastwerte r(F^–1) und r(2·F^–1) die Gleichungen (5) und (6): r(1·F^–1) = A₁·sin(2πf·1·F^–1) + A₀ (5) r(2·F^–1) = A₁·sin(2πf·1·F^–1) + A₀ (6)
Nach dem Umstellen der Gleichung (5) ergeben sich die Gleichungen (7) und (8):
Nach dem Einsetzen der Gleichungen (7) und (8) in die Gleichung (6) ergibt sich der Ausdruck der Amplitude A₁, der durch die Gleichung (9) erläutert wird:
Im Folgenden wird die Relation (10) verwendet:
Nach dem Einsetzen der Relation (10) in der Gleichung (9) ergibt sich die Gleichung (11):
Nach dem Umformen der Gleichung (11) ergibt sich die Gleichung (12):
Aus der Gleichung (12) ergibt sich den Ausdruck für die Amplitude A₁, der durch die Relation (13) dargestellt ist:
Der Ausdruck der Frequenz f, der sich nach dem Umformen der Gleichung (8) ergibt, wird durch die Relation (14) erläutert:
Dieses anhand von 4 dargestellte Verfahren basiert auf signalverlaufsunabhängiger zeitlich äquidistanter Abtastung. Die so gewonnenen Auszüge aus dem Signalverlauf werden bevorzugt erfindungsgemäß insbesondere mit digitalen Rechnern gemäß den vorgenannten Regeln weiterverarbeitet.
5 zeigt hingegen ein schematisches Blockschaltbild einer signalverlaufsgesteuerter Umfelderfassungsvorrichtung 51 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Umfelderfassungsvorrichtung 51 zur raschen Bestimmung von markanten charakteristischern Kenngrößen, wie Peaksignalstärken und Zeitpunkte des Auftretens von Peaks und Nulldurchgängen, ausgebildet ist
Mittels der in der 5 dargestellten Umfelderfassungsvorrichtung 51 kann das erfindungsgemäße Verfahren zur raschen Bewertung von Signalen im Zeitbereich in einfacher Weise durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Umfelderfassungsvorrichtung 51 nach der ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Elektro-Akustik-Wandler 60 und eine Auswertevorrichtung 56, die dazu ausgebildet ist, das elektrische Signal r(τ) des Elektro-Akustik-Wandlers 60 einer Bestimmungsvorrichtung 57 als Eingangsignal bereitzustellen. Die Bestimmungsvorrichtung 57 ist dazu ausgebildet, charakteristische Signalkenngrößen des elektrischen Signals der Elektro-Akustik-Wandlers 60 zu bestimmen oder wiederholt zu bestimmen.
Die Auswertevorrichtung 56 umfasst ferner eine Bewertungseinrichtung 58, die dazu ausgebildet ist, die bestimmten charakteristischen Signalkenngröße bezüglich der Veränderungen gegenüber von entsprechenden, gespeicherten Erwartungswerten und/oder bezüglich der bei der wiederholten Bestimmung auftretenden Veränderungen der charakteristischen Signalkenngrößen zur Bestimmung des elektrischen Signals des Elektro-Akustik-Wandlers 60 auszuwerten und insbesondere einer nachfolgenden Nachbearbeitungseinrichtung (Nutzungseinrichtung) 59 bereitzustellen. Dabei ist die Bewertungsvorrichtung 58 an mindestens einem Ausgang mit einem Eingang der nachfolgenden Nachbearbeitungseinrichtung (Nutzungseinrichtung) 59 elektrisch verbunden.
Da akustische Signale naturgemäß keinen Gleichspannungsanteil haben, wird eingangsseitig mittels eines ersten, von der Auswertevorrichtung 56 umfassten Serienkondensators 90 der Gleichanteil der Signals r(τ) des Elektro-Akustik-Wandlers 60 ausgeschlossen. Der erste Kondensator 90 ist zwischen dem Ausgang des Elektro-Akustik-Wandlers 60 und einem Eingang der nachfolgenden Bestimmungsvorrichtung 57 geschaltet. Dem Fachmann ist bekannt, dass es neben dieser gebräuchlichen Form der Gleichspannungsunterdrückung auch weitere, hier nicht separat gezeigte Formen der Gleichspannungsunterdrückung gibt, ebenso wie es auch Verfahren gibt, mittels derer gleichspannungsbehaftete Signale geeignet ausgewertet werden. Bei solchen Verfahren werden beispielsweise die in den Gleichungen (2) und (3) angegebenen Relationen verwendet.
Die Bestimmungsvorrichtung 57 umfasst einen ersten Schwellenwertschalter (Pegelwechsel) 100, dessen Eingang mit dem Eingang der Bestimmungsvorrichtung elektrisch verbunden ist. Der erste Schwellwertschalter 100 ist an seinem Ausgang mit einem ersten Eingang einer von der Bestimmungsvorrichtung 57 umfassten Zeitmessungseinrichtung 130 elektrisch verbunden und wandelt das Eingangssignal U_e in ein zeitkontinuierliches binäres Signal U_a um, den er der Zeitmesseinrichtung 130 übergibt.
Die Zeitmessungseinrichtung 130 ist dazu ausgebildet, mittels des von dem ersten Schwellenwertschalters 100 erzeugten binären Signals U_e die Zeitpunkte für die Pegelwechsel des Eingangssignals U_e zu vermessen und in Beziehung mit anderen Signalen zu bringen. Die Zeitmessung 130 ist an einem Ausgang mit einem entsprechenden Eingang der Bewertungseinrichtung 58 verbunden und ist weiter dazu ausgebildet, die gemessenen Zeitpunkte der Bewertungseinrichtung 58 zu übergeben.
Die Bestimmungsvorrichtung 57 umfasst ferner einen Differenzierglied 110, das in diesem Beispiel einen Kondensator 111 und einen Widerstand 112 aufweist. Der Kondensator 111 ist an einem ersten Ende mit dem Eingang des ersten Schwellenwertschalters 100 und an einem zweiten Ende mit einem ersten Ende des Widerstandes 112 und mit dem Eingang eines von der Bestimmungsvorrichtung 57 umfassten zweiten Schwellenwertschalters 120 verbunden. Der Widerstand 111 ist zwischen dem zweiten Ende des Kondensators 111 und Masse geschaltet.
Das geeignet ausgelegte Differenzierglied 110 verzögert das Eingangssignal U_e mit einer Phasendrehung von ca. 90°, so dass am Ausgang des Differenziergliedes 110 ein Pegelwechsel stattfindet, wenn das Eingangssignal U_e einen Peakwert aufweist. Mittels des zweiten Schwellwertschalters (Peakdetektion) 120 wird ein solcher Pegelwechsel in ein Binärsignal U_a umgewandelt und der Zeitmessungseinrichtung 130 zur Verfügung gestellt.
Die Zeitmessungseinrichtung 130 ist ferner an einem zweiten Eingang mit dem Ausgang des zweiten Schwellenwertschalters 120 verbunden und dazu ausgebildet, die Zeitpunkte zu vermessen, an denen die Peaks und/oder an denen die Nullpunkte auftreten, und die vermessenen Zeitpunkte an die Bewertungseinrichtung 58 weiter zu übergeben. Die Bewertungseinrichtung 58 ist dazu ausgebildet, die Beziehungen der Messwerte und/oder sogar die Folgen der Messwerte anhand von abgespeicherten Referenzwerten oder/und anhand der zeitlichen Beziehungen der Messwerte zueinander zu untersuchen, um den Zustand der Umfelderfassungsvorrichtung (Messsystem) 51 zu bestimmen und nachfolgenden Nutzungseinrichtungen (Nutzern) 59 zur Verfügung zu stellen.
Viele der erfindungsgemäß zu bestimmenden und von den Bedingungen auf und vor dem Wandler abhängenden veränderlichen Kenngrößen des Signal lassen sich insbesondere bei schmalbandigen Signalen allein aus den vermessenen Zeitpunkten gewinnen. Diese, aus dem Signalverlauf abgeleiteten Zeitpunkte, die erfindungsgemäß bevorzugt mittels digitalem Rechner weiter verarbeitet werden, können jedoch auch zur Gewinnung charakteristischer Kenngrößen der Signalstärke bevorzugt durch Abtasten des Signal genutzt werden.
Dazu umfasst die Bestimmungsvorrichtung 57 fernerbeispielsweise einen Monoflop 140, einen ersten Umschalter 150, einen zweiten Umschalter 151 und einen zweiten Kondensator 152.
Das Eingangssignal, das unter anderem am Eingang U_e des Schwellenwertschalters 100 anliegt, wird auch über den durch den Monoflop 140 gesteuerten ersten Umschalters 150 auf den zweiten Kondensator (Abtastkondensator) 152 gegeben.
Dabei ist der Eingang des ersten Schwellenwertschalters 100 mittels des ersten Umschalters 150 mit einem erste Ende des zweiten Kondensators 152 elektrisch koppelbar, der an einem zweiten Ende mit Masse verbunden ist. Der Monoflop 140 ist an seinem Eingang mit dem Ausgang des zweiten Schwellenwertschalters 120 elektrisch verbunden und steuert über seinen Ausgang den ersten Umschalter 150.
Die Bestimmungsvorrichtung umfasst auch einen Speicher 160 zum Speichern von maximalen Peakwerten des Eingangssignals U_e und einen Speicher 161 zum Speichern von minimalen Peakwerten des Eingangssignals U_e.
Der zweite Kondensator 152 wird dabei so ausgelegt, dass seine Momentanspannung stets nahezu der momentane Eingangsspannung U_e entspricht. Ein Peakzeitpunkt, der durch den zweiten Schwellenwertschalter 120 erkannt wird, wird durch den Monoflop 140 in einen kurzen Impuls umgewandelt, durch den die auf dem zweiten Kondensator 152 gespeicherten Momentanspannung über den mittels des ersten Schwellenwertschalters 100 gesteuerten zweiten Umschalter 152, in den entsprechenden nachfolgenden Speicher 160, 161 zum Speichern des entsprechenden Peakwert übergeben wird. Je nach Stellung des Pegels des Ausgangssignals U_a von 100 wird der zweite Umschalter 152 derart mittels des ersten Schwellenwertschalters 100 gesteuert, dass wenn die Momentanspannung des zweiten Kondensators 152 dem maximalen Peakwert des Eingangssignals U_a entspricht, diese Momentanspannung dem Speicher 160 zum Speichern von maximalen Peakwerte übergeben wird, und wenn die Momentanspannung des zweiten Kondensators 152 dem minimalen Peakwert des Eingangssignals U_a entspricht, diese Momentanspannung dem Speicher 161 zum Speichern von minimalen Peakwerten 161 übergeben wird.
Der zweite Kondensator 152 ist mittels des ersten Umschalters 150 und mittels des zweiten Umschalters 151 mit einem Eingang eines der zwei Speicher 160, 161 jeweils elektrisch koppelbar. Der zweite Umschalter 151 wird über den Ausgang des ersten Schwellenwertschalters 100 gesteuert. Die Ausgänge der Speicher 160, 161 sind jeweils mit einem entsprechenden Eingang der Bewertungseinrichtung 58 elektrisch gekoppelt.
Zur Vermeidung von hohen Stromstößen beim Abtasten ist der Abtastkondensator 152 hinreichend klein auszulegen und/oder die Stromstoßhöhe mittels einem Vorwiderstand zu begrenzen.
Alternativ kann dem Abtastkondensator 152 auch direkt eine von dem zweiten Schwellenwertschalter 120 gesteuerte Abtast- und Halteschaltung 151 mit anschließender Analog-Digital-Wandlung (nicht dargestellt) folgen, um dem Grundgedanke der Erfindung, die Peakwerte zu gewinnen und auszuwerten, gerecht zu werden. Die Verwendung der von dem zweiten Schwellenwertschalter 120 gesteuerten Abtast- und Halteschaltung 151 führt nicht wie bei einer üblichen Abtastung zu zeitlich äquidistanten Zeitpunkten. Auch die so gewonnenen Peakwerte werden der nachfolgenden Bewertungseinrichtung 58 und der nachfolgenden Nutzungseinrichtung 59 zur Verfügung gestellt.
Nachfolgende Nutzer 59 können Einrichtungen sein, die den Fahrzeugführer informieren, dass beispielsweise die akustische Umfelderfassungsvorrichtung (Sensorsystem) 51 nur abgeschwächt genutzt werden kann oder nicht zur Verfügung steht beziehungsweise zu reinigen ist oder dass einzelne Komponenten wie Wandler 60, Leitungen, Auswertevorrichtung 56 auszutauschen sind. Wird die rasche Auswertung der Zeitsignale zur Auswertung empfangener Signale systemfremder Ultraschallsignale (wie beispielsweise bei einer Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation) und/oder zur Auswertung der Echos der ausgesandten Schallsignale verwendet, so können anhand der Signalauswertung auch Informationen an den Fahrzeugführer weitergeleitet werden, die den Fahrzeugführer in der Bedienung des Fahrzeugs unterstützen oder Einrichtungen aktiviert werden, die beschleunigend/bremsend und/oder die Fahrtrichtung verändernd auf das Fahrzeug einwirken, solange der Fahrzeugführer dies durch seine Bedienhandlungen initiiert und keine gegenläufigen Bedienhandlungen ergreift.
Vorzugsweise sollte die rasche Bewertung der Signale des Wandlers 60 schaltungstechnisch im Sensor selbst untergebracht sein, damit auf diese Weise eine Eigenüberwachung des Sensors während des Ausschwingens des Signals und/oder während des Sendens und/oder während des sonstigen Betriebs, wie zum Beispiel während des Empfangs erreicht wird.
Alternativ kann das Verfahren jedoch auch außerhalb des Sensors wie zum Beispiel zur Bewertung von Sensoren in einer Werkstatt oder am Ende der Sensorfertigung und/oder beim Vergleich verschiedener Systeme wie beispielsweise durch „Stiftung Warentest“ oder bei der Wettbewerberanalyse verwendet werden.
In der 6 wird eine solche Umfelderfassungsvorrichtung 51 nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Umfelderfassungsvorrichtung 51 nach der dritten Ausführungsform der Erfindung ist erfindungsgemäß zur raschen Bestimmung von markanten charakteristischen Kenngrößen (Merkmalen) wie Peaksignalstärken und Zeitpunkte des Auftretens von Peaks und Nulldurchgängen eines akustischen Wandlers durch eine Signalauswertung im Zeitbereich ausgebildet.
In der 6 ist links ein üblicher Wandler 60 gemäß der 2 dargestellt, der akustische Signale aussendet. Der Wandler 60 wird zur Aussendung von akustischen Signalen insbesondere mittels eines üblichen Sendepulsgenerators 80 angesteuert. Die Messsignale des Wandlers 60 können mittels einer üblichen Auswerteeinrichtung 55 analysiert werden.
Mittels eines ersten Mikrofons 61, das auf „leise“ eingestellt ist, und mittels eines zweiten Mikrofons 62, der auf „laut“ eingestellt ist, werden die von dem üblichen Wandler 60 gesendeten akustischen Signale durch die Nutzung von unterschiedlichen Ausbreitungscharakteristiken in verschiedenen Stärken abgegriffen und der nachfolgenden Auswertevorrichtung 56 zur Verfügung gestellt. Dabei ist Auswertevorrichtung 56 gemäß der 5 dazu ausgebildet, die Signale der Mikrofone 61, 62 mittels einer erfindungsgemäßen zeitkontinuierlichen Signalauswertung zu analysieren.
Insbesondere kann die Auswertevorrichtung 56 dazu ausgebildet sein, die Signale der Mikrofone 61, 62 anhand einer mittels einer Abtastung gemäß der Darstellung in der 4 erzeugten Zeitdiskretisierung auszuwerten.
Abschließend sei noch einmal verdeutlicht, dass mittels der hier beschriebenen Zeitanalyse während jeder Signalperiode erheblich mehr Informationen aus dem Signal, wie die Dauer und die Peakhöhe jeder Halbperiode und die zeitliche Lage des Peaks innerhalb einer Halbperiode gewonnen werden, als mit einer gewöhnlichen Frequenzmessung, die nur dann verlässliche Werte liefert, wenn sich das zu untersuchende System in einem stationären Zustand befindet.
Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 1 bis 6 Bezug genommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/076061 A1 [0018]
EP 2251710 A2 [0019, 0019]
WO 2011009786 A1 [0020]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder der Bewegung mindestens eines Objektes in der Umgebung eines Bewegungshilfsmittels, insbesondere eines Fahrzeuges (10), und/oder zur Informationsübertragung mittels mindestens eines gesendeten akustischen Signals (70), dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitverhalten mindestens eines elektrischen Signals (r(τ)) eines Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) während des Sendens des akustischen Signals (70) und/oder während eines dem Senden folgenden Ausschwingens des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) und/oder während des Empfangs des gesendeten und an dem Objekt reflektierten akustischen Signals (70) oder mindestens eines an dem Objekt reflektierten akustischen Signals (70) zumindest während eines geeigneten Bruchteils einer Signalperiode derart ausgewertet wird, das Veränderungen des elektrische Signals (r(τ)) des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) detektiert werden können.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion von Veränderungen des elektrisches Signals (r(τ)) des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62), mindestens eine charakteristische Signalkenngröße, insbesondere mindestens eine minimale (r_min) Signalstärke und/oder eine maximale Signalstärke (r_max) und/oder mindestens ein Maximum zwischen einem minimalen und einem maximalen Signalstärkenbetrag und/oder mindestens ein Signalstärkemittelwert (A₀) und/oder mindestens ein Zeitpunkt des Auftretens eines Nulldurchganges (τ_p, τ_n) und/oder des Auftretens einer minimalen und/oder maximalen Signalsstärke (τ_min, τ_max) zumindest während des geeigneten Bruchteils der Signalperiode bestimmt und mit mindestens einem entsprechenden Erwartungswert und/oder bei einer wiederholten Bestimmung der charakteristischen Signalkenngröße mit mindestens einer entsprechenden vorhergehend bestimmten charakteristischen Signalkenngröße verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalverlauf des elektrischen Signals (r(τ)) des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) mittels einer insbesondere äquidistanten Abtastung (F^–1, 2·F^–1) zeitmäßig diskretisiert wird und mindestens eine charakteristische Signalkenngröße anhand der mittels der Abtastung (F^–1, 2·F^–1) bestimmten Signalstärkewerte (r(F^–1), r(2·(F^–1)) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein aus einem empfangenen, an dem Objekt reflektierten akustischen Signal (70) erzeugtes elektrisches Signal (r(τ)) des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) vor der Auswertung seines Zeitverhaltens mittels einer von der Laufzeit des empfangenen akustischen Signals abhängigen Verstärkung verstärkt wird und/oder das zur Bestimmung der Position und/oder der Bewegung des Objektes mehrere pulsdauermodulierte akustische Signale (70) gesendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine räumliche Anordnung der Objekte in der Umgebung des Bewegungshilfsmittels, insbesondere eines Fahrzeuges (10), mittels des bestimmten elektrischen Signals (r(τ)) des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) bestimmt wird und der Fahrer des Bewegungshilfsmittels über die bestimmte räumliche Anordnung der Objekte informiert wird und/oder durch ein für die bestimmte räumliche Anordnung der Objekte geeignetes Eingreifen in die Bewegungshilfsmitteldynamik, insbesondere in die Fahrzeugdynamik (10), unterstützt wird.
Umfelderfassungsvorrichtung (51) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfelderfassungsvorrichtung (51) mindestens einen Elektro-Akustik-Wandler (60, 61, 62) umfasst und eine Auswertevorrichtung (56) umfasst, die dazu ausgebildet ist, das Zeitverhalten mindestens eines zeitkontinuierlichen oder mit einem mittels einer Abtastvorrichtung zeitmäßig diskretisierten elektrischen Signals (r(τ)) des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) während des Sendens eines akustischen Signals (r(τ)) und/oder während eines dem Senden folgenden Ausschwingens des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) und/oder während des Empfangs des gesendeten und an mindestens einem Objekt in der Umgebung eines Bewegungshilfsmittels, insbesondere eines Fahrzeuges (10), reflektierten akustischen Signals (70) oder mindestens eines an dem Objekt reflektierten akustischen Signals (r(τ)) derart auszuwerten, dass Veränderungen des elektrischen Signals (r(τ)) des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) detektiert werden können.
Umfelderfassungsvorrichtung (51) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass, die Auswertevorrichtung (56) dazu ausgebildet ist, das elektrische Signal (r(τ)) des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) einer Bestimmungsvorrichtung (57) als Eingangsignal bereitzustellen, die dazu ausgebildet ist, mindestens eine charakteristische Signalkenngröße des elektrischen Signals (r(τ)) der Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) zu bestimmen oder wiederholt zu bestimmen, und eine Bewertungseinrichtung (58) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die charakteristische Signalkenngröße mit mindestens einer entsprechenden Erwartungswert und/oder bei einer wiederholten Bestimmung der charakteristischen Signalkenngröße mit mindestens einer entsprechenden vorhergehend bestimmten charakteristischen Signalkenngröße zur Detektion von Veränderungen des elektrischen Signals (r(τ)) des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) zu vergleichen und insbesondere einer nachfolgenden Nachbearbeitung (59) bereitzustellen.
Umfelderfassungsvorrichtung (51) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung (56) einen ersten Kondensator (90) umfasst, der dazu ausgerichtet ist, einen Gleichspannungsanteil des elektrischen Signals (r(τ)) des Elektro-Akustik-Wandlers (60, 61, 62) herauszufiltern und das gefilterte elektrische Signal der Bestimmungsvorrichtung (57) als Eingangssignal (U_e) bereitzustellen.
Umfelderfassungsvorrichtung (51) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungsvorrichtung (57) einen ersten Schwellenwertschalter (100) umfasst, der dazu ausgerichtet ist, den Pegelwechsel des Eingangssignals (U_e) in ein erstes zeitkontinuierliches Binärsignal (U_a) umzuwandeln und einer nachfolgenden Zeitmessungseinrichtung (130) bereitzustellen und/oder die Bestimmungsvorrichtung (57) ein Differenzierglied (110) umfasst, das dazu ausgerichtet ist, das Eingangsignal (U_e) derart mittels einer Phasenverschiebung zu verzögern, dass ein Pegelwechsel eines entsprechenden Ausgangssignals (U_a) des Differenziergliedes (130) genau dann stattfindet, wenn das Eingangsignal (U_e) eine maximale oder eine minimale Signalstärke aufweist, und/oder die Bestimmungsvorrichtung (57) einen zweiten Schwellenwertschalter (120) umfasst, der dazu ausgerichtet ist, den Pegelwechsel des Ausgangssignals (U_a) und dadurch die Zeitpunkte des Auftretens der maximalen und der minimalen Signalstärke des Eingangssignals (U_e) in ein zweites Binärsignal (U_a) umzuwandeln und der Zeitmessungseinrichtung (130) bereitzustellen, wobei die Zeitmessungseinrichtung (130) dazu ausgebildet ist, die Zeitpunkte des Auftretens der Pegelwechsel des Eingangsignals (U_e) und dadurch die Zeitpunkte des Auftretens der Nulldurchgänge des Eingangssignals (U_e) und/oder die Zeitpunkte des Auftretens der Pegelwechsel des Ausgangsignals (U_a) und dadurch die Zeitpunkte des Auftretens der minimalen und der maximalen Signalstärke des Eingangssignals (U_a) mittels des ersten und/oder des zweiten Binärsignals (U_a) zu vermessen und der nachfolgen Bewertungsvorrichtung (58) bereitzustellen.
Umfelderfassungsvorrichtung (51) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungsvorrichtung (57) einen ersten Umschalter (150) umfasst, der mittels des zweiten Schwellenwertschalters (120) oder mittels eines durch den zweiten Schwellenwertschalter (120) gesteuerten Monoflops (140) von einer ersten Umschaltposition in eine zweite Umschaltposition umschaltbar und dazu ausgerichtet ist, in seiner ersten Umschaltposition das Eingangssignal (U_e) einem zweiten Kondensator (152) zu übergeben und beim Vorliegen der mittels des zweiten Schwellenwertschalters (120) erkannten Zeitpunkte des Auftretens der minimalen und/oder der maximalen Signalstärke des Eingangssignals (U_e) auf seine zweite Umschaltposition umzuschalten, wobei der zweite Kondensator (152) dazu ausgerichtet ist, seine gespeicherte Momentanspannung über den ersten in seine zweite Umschaltposition umgeschalteten Umschalter (150) und über einen mittels des ersten Schwellenwertschalters (100) in Abhängigkeit der Pegelstellung des Eingangssignals (U_e) umschaltbaren zweiten Umschalter (151) einem ersten Speicher (161) für die minimale Signalstärke des Eingangssignals (U_e) oder einem zweiten Speicher (160) für die maximalen Signalstärke des Eingangssignals (U_e) je nach vorliegenden Pegelstellung des Eingangssignals (U_e) entsprechend zu übergeben.
Fahrzeug (10) mit einer Umfelderfassungsvorrichtung (51) nach einem der Ansprüche 6 bis 10.