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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Umfelderfassung, insbesondere zur Erfassung des Umfeldes eines Kraftfahrzeugs, wobei zur Erfassung mindestens zwei Sensoren eingesetzt werden und jeder Sensor mindestens einen Sender und mindestens einem Empfänger umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung des Verfahrens.
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Verfahren zur Umfelderfassung, insbesondere zur Erfassung des Umfeldes eines Kraftfahrzeugs, haben vielfach in Assistenzsystemen zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeuges Eingang gefunden. Um dem Fahrer zum Beispiel bei Einparkmanövern oder Rangiermanövern in einer engen Umgebung Unterstützung bieten zu können, ist es notwendig, die Umgebung des Kraftfahrzeuges auf Hindernisse zu erfassen. Zur Umfelderfassung werden im Allgemeinen Abstandssensoren eingesetzt, die den Abstand vom Kraftfahrzeug zu Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeuges erfassen. Gleichzeitig wird auch die Richtung des Objektes erfasst, so dass ein Abbild der Umgebung des Kraftfahrzeuges erstellt werden kann und der Fahrer anhand dieses Abbildes beim Fahrmanöver unterstützt werden kann.
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Als Abstandssensoren zur Erfassung der Umgebung des Kraftfahrzeuges werden üblicherweise Sensoren eingesetzt, die nach dem Puls-Echo-Verfahren arbeiten, das heißt ein Signal senden und ein reflektiertes Echo des Signals empfangen und aus der Laufzeit vom Senden des Signals bis zum Empfangen des Echos den Abstand zu einem Objekt bestimmen. Wenn zwei Sensoren das Objekt erfassen, kann aus dem Schnittpunkt der erfassten Abstände der beiden Sensoren auch die Richtung des Objektes festgelegt werden.
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Eine Vorrichtung zur Umfeldüberwachung in einem Kraftfahrzeug ist zum Beispiel in
DE 102 31 362 A1 beschrieben. Mit der Vorrichtung werden Objekte in der Umgebung des Fahrzeuges detektiert und aus diesen Objekten werden relevante Objekte ausgewählt. Relevante Objekte sind dabei die Objekte, die zu einer Kollision mit dem Fahrzeug führen können. Sobald relevante Objekte ausgewählt worden sind, werden nur noch die relevanten Objekte weiterverfolgt, um die Rechenkapazität einer zur Umfeldüberwachung eingesetzten Steuereinheit auf die relevanten Objekte konzentrieren zu können.
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Auch aus
DE 103 26 431 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung von Objekten im Umfeld eines Kraftfahrzeuges bekannt, wobei bei diesem Verfahren Positionsinformationen zu Objekten im Fahrzeugumfeld anhand eines Vergleichs von Eingangswerten mit in einer Speichereinheit hinterlegten Datensätzen hergeleitet werden. Weiterhin geht aus
DE 103 26 341 A1 hervor, dass auf Basis der ermittelten Größen ein abgegrenztes Gebiet festgelegt wird, in dem die zu betrachtenden Objekte liegen, wodurch Rechenleistung eingespart werden soll.
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Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist es, dass durch die weitere Verfolgung nur der erfassten Objekte und die Beschränkung auf die Erfassung der bereits erfassten Objekte weitere Objekte, die zum Beispiel während des Fahrmanövers in den Gefahrenbereich des Kraftfahrzeugs eintreten, nicht detektiert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Umfelderfassung, insbesondere zur Erfassung des Umfeldes eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, wobei zur Erfassung mindestens zwei Sensoren eingesetzt werden, wobei jeder Sensor mindestens einen Sender und mindestens einen Empfänger umfasst, das folgende Schritte umfasst:
- (a) Senden eines Signalpulses von allen Sendern,
- (b) Empfangen von an einem Objekt reflektierten Echos der Signale von dem dem jeweils sendenden Sender zugeordneten Empfänger,
- (c) Senden eines Signals nur von den Sensoren, deren Empfänger ein Objekt erfasst haben.
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Durch die Beschränkung auf das Senden eines Signals nur von den Sensoren, deren Empfänger das Objekt erfasst haben, ist es möglich gezielt die Umgebung in den Bereichen zu umfassen, in denen Objekte detektiert worden sind. Dies ermöglicht es insbesondere, die erfassten Objekte genauer zu verfolgen, da insbesondere beim sequentiellen Senden von Signalen nicht gewartet werden muss, bis alle Sensoren Signale gesendet und die reflektierten Echos empfangen haben sondern nur die Sensoren betrieben werden, die ein Objekt erfasst haben. Hierdurch können in kürzerer Folge Signale von den jeweils entsprechenden Sensoren gesendet werden. Zudem kann der Zeitraum zwischen dem Senden zweier Signale reduziert werden, da unmittelbar nach Empfangen eines Echos die Empfangsbereitschaft des Sensors gestoppt werden und ein neues Signal gesendet werden kann.
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Um die Umgebung zu erfassen, wird in einer Ausführungsform in einem ersten Schritt (a) von allen Sendern gleichzeitig oder sequentiell von allen Sendern nacheinander ein Signalpuls gesendet. Ein gleichzeitiges Senden eines Signalpulses von allen Sendern ist zum Beispiel dann möglich, wenn sich die Signalpulse der einzelnen Sensoren unterscheiden, so dass die jeweiligen Signalpulse den einzelnen Sensoren zugeordnet werden können. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, dass alle Sensoren in unterschiedlichen Frequenzen einen Signalpuls senden. Wenn die Frequenz der Signalpulse gleich ist, ist es notwendig, dass die Sender sequentiell nacheinander ihren Signalpuls senden. Um zu vermeiden, dass ein Sensor ein Echo eines Signals eines benachbarten Sensors erfasst, ist es hierbei notwendig, zwischen dem Senden der Signale von zwei benachbarten Sensoren jeweils den Zeitraum abzuwarten, der benötigt wird, bis das Signal soweit abgeklungen ist, dass keine Echos des zuvor gesendeten Signals mehr empfangen werden können. Da die Signalstärke mit zunehmender Entfernung vom Sensor abnimmt, ist es hier auch möglich, zum Beispiel eine Schwelle vorzusehen, bis zu deren Erreichen ein Echo noch erfasst wird. Sobald das empfangene Echo schwächer ist als die Schwelle, werden die empfangenen Daten verworfen. Hierdurch lässt sich eine vorgegebene Entfernung zum Sensor einstellen, innerhalb der Objekte detektiert werden können.
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Sensoren, die erfindungsgemäß zur Erfassung der Umgebung eingesetzt werden können, sind solche, die nach dem Puls-Echo-Verfahren arbeiten. Das bedeutet, dass die Sensoren ein Signal senden und dass von einem Objekt reflektierte Echo empfangen und aus der Laufzeit des Signals vom Senden des Signalpulses bis zum Empfangen des Echos die Entfernung bestimmt wird. Geeignete Sensoren, die nach dem Puls-Echo-Verfahren arbeiten, sind zum Beispiel Ultraschallsensoren, Radarsensoren oder Magnetfeldsensoren. Insbesondere eignet sich das Verfahren für den Einsatz bei Sensoren, die in vergleichsweise langsamen Messmedien messen, beispielsweise Ultraschallsensoren.
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Der Sender und der Empfänger der eingesetzten Sensoren können jeweils separate Bauteile sein. Bevorzugt ist es jedoch, wenn Sender und Empfänger eines Sensors bauteilidentisch sind. In diesem Fall wirkt der Sensor zunächst als Sender, indem dieser ein Signal sendet. Nach Abgabe des Signals wirkt der Sensor dann als Empfänger. Bei einem Ultraschallsensor, bei dem das Ultraschallsignal durch ein Piezoelement erzeugt wird, wird zum Beispiel mittels des Piezoelementes eine Membran in Schwingungen versetzt und hierdurch ein Ultraschallsignal gesendet. Nach dem Senden des Signals schwingt die Membran aus, wobei das Ausschwingen durch Einsatz eines geeigneten Dämpfungsmaterials beschleunigt werden kann. Sobald die Membran ausgeschwungen ist, ist diese bereit, eingehende Echos des Signals zu empfangen. Durch eingehende Echos wird die Membran in Schwingungen versetzt, die an das Piezoelement übertragen werden. Mittels des Piezoelementes werden die Schallsignale in eine Spannung umgewandelt.
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Da durch das Senden eines Signales nur von den Sensoren, deren Empfänger ein Objekt erfasst haben, nur die Bereiche um das Kraftfahrzeug überwacht werden, in denen ein Objekt detektiert worden ist, besteht die Möglichkeit, dass in den Bereichen, die während der Durchführung des Schrittes (c) nicht überwacht werden, aufgrund der Bewegung des Kraftfahrzeugs oder durch eigene Bewegung Objekte gelangen. Um zu vermeiden, dass diese Objekte eine Gefährdung für das Kraftfahrzeug darstellen, ist es bevorzugt, wenn nach einigen Messzyklen wieder Schritt (a) durchgeführt wird. Bevorzugt ist es, wenn bei Erfassen eines Objektes durch einen Sensor Schritt (a) alle 10 bis 20 Messzyklen durchgeführt wird, um die gesamte Umgebung um das Kraftfahrzeug zu erfassen, damit in die Umgebung eintretende Objekte rechtzeitig erfasst werden. Solange von keinem Sensor ein Objekt detektiert wird, wird Schritt (a) ausgeführt.
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Die Anzahl der Messzyklen, mit denen Schritt (c) durchgeführt wird, bis zum erneuten Durchführen des Schrittes (a) wird dabei so gewählt, dass in die Umgebung des Kraftfahrzeugs eintretende Objekte entweder durch Bewegung der Objekte selber oder durch Bewegung des Kraftfahrzeuges so früh erfasst werden, dass das Kraftfahrzeug rechtzeitig angehalten werden kann, um eine Kollision mit dem später eintretenden Objekt zu vermeiden.
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Wenn bei der erneuten Durchführung des Schrittes (a) neue Objekte erfasst werden, so werden diese ebenfalls in Schritt (c) weiter mit den Sensoren verfolgt, die diese Objekte erfasst haben.
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Um nicht nur die Entfernung zu einem Objekt zu bestimmen sondern auch die Richtung, in der das Objekt liegt, ist es weiterhin bevorzugt, wenn mindestens ein dem in Schritt (c) sendenden Sensor benachbarter Sensor ebenfalls ein Signal sendet. Hierbei ist ein Sensor auszuwählen, der das Objekt ebenfalls detektiert hat. Durch die Entfernungssignale der beiden benachbarten Sensoren kann die Richtung, in der das Objekt liegt, bestimmt werden. Ein weiterer Vorteil der Bestimmung der Richtung ist, dass auch verfolgt werden kann, in welche Richtung sich das erfasste Objekt bewegt, so dass zum Beispiel dann, wenn einer der Sensoren kein Signal mehr empfängt, ein anderer Sensor zur Bestimmung der Richtung des Objektes herangezogen werden kann.
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Wenn in Schritt (a) der Signalpuls nicht von allen Sendern gleichzeitig gesendet wird sondern von einer Gruppe von Sendern, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn jeweils eine ausgewählte Gruppe von Sensoren ein Signal sendet und nacheinander alle Gruppen von Sensoren Signale senden, so dass auch in diesem Fall von allen Sendern ein Signal gesendet worden ist. Hierbei ist es bevorzugt, wenn jede Gruppe von Sendern die gleiche Anzahl an Sensoren umfasst. Vorteil des Sendens jeweils einer Gruppe von Sensoren ist, dass zur Erfassung des gesamten Umfeldes um das Kraftfahrzeug weniger Zeit benötigt wird als beim sequentiellen Senden aller Sensoren nacheinander und im Vergleich zur Erfassung der Umgebung, bei der alle Sensoren gleichzeitig ein Signal senden, weniger unterschiedliche Signale benötigt werden. Es können für jede Gruppe von Sensoren, die gleichzeitig ein Signal sendet, die jeweils gleichen Signale genutzt werden. Lediglich innerhalb einer sendenden Gruppe ist es notwendig, jedem der sendenden Sensoren ein eigenes Signal zuzuweisen. Je nach Anzahl der insgesamt vorhandenen Sensoren zur Erfassung der Umgebung, kann eine Gruppe zum Beispiel 2, 3 oder 4 Sensoren umfassen. Bevorzugt umfasst eine Gruppe 2 oder 3 Sensoren, die gleichzeitig betrieben werden können. Insbesondere umfasst eine Gruppe 2 Sensoren. Zu einer Gruppe werden dabei vorzugsweise Sensoren zusammengefasst, die sich aufgrund räumlicher Trennung nicht gegenseitig beeinflussen.
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Erfindungsgemäß ist es auch möglich, mehrere Sensoren mit einem gleichen Signal gleichzeitig zu betreiben, die räumlich nicht so weit getrennt sind, um eine gegenseitige Beeinflussung auszuschließen. In diesem Fall wird bei Erfassung eines Objektes die Richtung zu dem Objekt aus den gemessenen Abständen zum Beispiel durch Triangulation oder Trilateration ermittelt.
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Weiterhin ist es auch möglich, dass zum Beispiel eine Gruppe die Sensoren im Frontbereich des Kraftfahrzeuges umfasst und eine zweite Gruppe die Sensoren im Heckbereich des Kraftfahrzeuges.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst mindestens zwei Sensoren mit mindestens einem Sender und einem Empfänger, sowie eine Vorrichtung zur Steuerung der Sensoren, wobei die Vorrichtung zur Steuerung der Sensoren so ausgebildet ist, dass in einem ersten Schritt ein Signalpuls von allen Sendern gesendet wird, in einem zweiten Schritt an einem Objekt reflektierte Echos der Signale von dem jeweils sendenden Sender zugeordneten Empfänger empfangen werden und in einem dritten Schritt ein Signal nur von den Sensoren, deren Empfänger das Objekt erfasst haben, gesendet wird.
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Wie vorstehend bereits beschrieben, sind die Sensoren vorzugsweise solche, die im Puls-Echo-Verfahren betrieben werden, insbesondere Ultraschallsensoren. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn Sensoren eingesetzt werden, bei denen Sender und Empfänger bauteilidentisch sind.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, dass durch das gleichzeitige Senden von mehreren Sendern oder das sequentielle Senden von allen Sendern nacheinander und dem anschließenden Senden nur von den Sendern, deren zugeordnete Empfänger ein Signal detektiert haben, eine schnellere erste Detektion erreicht wird. Zudem lässt sich eine präzisere Erfassung in den Bereichen erreichen, in denen Objekte detektiert worden sind. Insbesondere ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, schneller zu verifizieren, ob tatsächlich ein Objekt erfasst wurde, wenn in Schritt (a) erfasste Daten auf ein Objekt hindeuten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuter.
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Es zeigen:
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1 einen ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel der Frontsensoren eines Kraftfahrzeugs,
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2 einen zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Frontsensoren des Kraftfahrzeugs.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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In 1 ist ein erster Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel der Frontsensoren eines Kraftfahrzeugs dargestellt.
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Ein Kraftfahrzeug 1 weist im Frontbereich 3 Sensoren 5 auf, mit denen die Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst wird. Neben den Sensoren 5 im Frontbereich 3 weist das Kraftfahrzeug 1 üblicherweise auch Sensoren im Heckbereich auf, die hier jedoch nicht dargestellt sind. Die Anzahl der Sensoren 5 im Frontbereich 3 und die Anzahl der Sensoren im Heckbereich kann dabei gleich oder unterschiedlich sein. Im Allgemeinen werden im Frontbereich 3 mehr Sensoren 5 verbaut, als im Heckbereich. So sind zum Beispiel im Frontbereich 3 üblicherweise bis zu sechs Sensoren 5 und im Heckbereich bis zu vier Sensoren eingebaut. Es ist jedoch auch möglich, im Frontbereich und im Heckbereich eine gleich große Anzahl an Sensoren vorzusehen. Auch können im Frontbereich mehr als sechs Sensoren und im Heckbereich mehr als vier Sensoren vorhanden sein. Im Allgemeinen sind jedoch sechs Sensoren im Frontbereich zur Umfelderfassung ausreichend.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der Sensoren 5 im Frontbereich 3 des Kraftfahrzeugs beschrieben. In einem ersten Schritt wird von allen Sensoren 5 gleichzeitig oder sequentiell nacheinander ein Signal gesendet, um gegebenenfalls im Detektionsbereich der Sensoren 5 vorhandene Objekte zu erfassen. Neben dem gleichzeitigen Senden aller Sensoren 5 oder dem sequentiellen nacheinander erfolgenden Senden der Sensoren 5 ist es auch möglich, dass jeweils mindestens zwei Sensoren 5 zu Gruppen zusammengefasst werden und jeweils die Sensoren 5 einer Gruppe gleichzeitig ein Signal senden. Beim sequentiellen Senden der Signale oder beim Senden der Signale durch einzelne Gruppen, zu denen die Sensoren 5 zusammengefasst sind, wird mit dem Senden des Signals des nächsten Sensors beziehungsweise der Signale der Sensoren 5 der nächsten Gruppe jeweils solange gewartet, bis Falschmessungen durch Empfangen eines Echos eines vorangehend gesendeten Signals ausgeschlossen werden können. Das hießt, dass zwischen dem Senden der einzelnen Sensoren 5 beim sequentiellen Senden oder der Gruppen von Sensoren 5 jeweils ein Zeitraum verstreicht, der dem maximal möglichen Detektionszeitraum eines Sensors entspricht. Der Detektionszeitraum ergibt sich dabei aus der Erfassungsreichweite des Sensors und der Schallgeschwindigkeit. Die Reichweite des Sensors ist dabei abhängig von der Stärke des gesendeten Signals, da die Signalstärke mit zunehmender Entfernung abnimmt. Ab Überschreiten einer bestimmten Entfernung ist das Signal so schwach, dass vom entsprechenden Sensor kein Eingangssignal mehr empfangen werden kann.
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Hierdurch ist es zum Beispiel möglich, beim sequentiellen Senden jeweils ein Signal mit gleicher Frequenz zu senden ohne eine Fehlmessung zu erhalten. Beim gleichzeitigen Senden eines Signals von mindestens zwei Sensoren ist es notwendig, dass jeder Sensor 5 ein Signal sendet, das dem jeweils sendenden Sensor eindeutig zugeordnet werden kann. So ist es zum Beispiel möglich, dass die jeweiligen Sensoren Signale unterschiedlicher Frequenzen senden.
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Wenn sich im Erfassungsbereich der Sensoren 5 ein Objekt 7 befindet, wird das gesendete Signal vom Objekt 7 reflektiert und das reflektierte Echo vom Sensor 5 empfangen.
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Um Signale senden und empfangen zu können, weist der Sensor 5 üblicherweise mindestens einen Sender und mindestens einen Empfänger auf. Es ist auch möglich, Sender und Empfänger bauteilidentisch zu gestalten. Wenn Sender und Empfänger bauteilidentisch sind, so wird zunächst vom Sensor das Signal gesendet und nach dem Senden des Signals ist der Sensor bereit, mit der gleichen Einheit ein eingehendes Signal zu empfangen. Hierzu wird zum Beispiel bei Ultraschallsensoren zum Senden eines Signals eine Membran in Schwingungen versetzt. Die Schwingungen werden dabei beispielsweise mit einem Piezoelement erzeugt. Nach dem Senden eines Signalpulses schwingt die Membran aus und kann nach dem Ausschwingen eingehende Signale empfangen. Durch die eingehenden Signale wird die Membran in Schwingungen versetzt, die an das Piezoelement übertragen und in eine Spannung umgewandelt werden. Um das Ausschwingen der Membran zu beschleunigen ist es möglich, ein Dämpfungselement vorzusehen, mit dem die Membran gedämpft wird.
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Wenn jeweils mindestens zwei der eingesetzten Sensoren zu einer Gruppe zusammen gefasst sind, wobei alle Sensoren 5 der Gruppe gleichzeitig ein Signal senden, ist es möglich, dass die Gruppen jeweils benachbarte Sensoren umfassen oder auch nicht benachbarte Sensoren. So ist es zum Beispiel in der hier dargestellten Ausführungsform möglich, eine erste Gruppe 9 aus den drei linken Sensoren und eine zweite Gruppe 11 aus den drei rechten Sensoren zu bilden. Alternativ ist es auch möglich, drei Gruppen vorzusehen, wobei jede Gruppe jeweils zwei benachbarte Sensoren 5 umfasst. Alternativ ist es auch möglich, dass zum Beispiel eine erste Gruppe den ersten und vierten Sensor, eine zweite Gruppe den zweiten und fünften Sensor und eine dritte Gruppe den dritten und sechsten Sensor umfasst.
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Da die Sensoren im Heckbereich üblicherweise die Signale der Sensoren 5 im Frontbereich 3 nicht empfangen können und umgekehrt, ist es auch bei sequentiellen Betrieb der Sensoren 5 möglich, Messungen im Frontbereich und im Heckbereich gleichzeitig durchzuführen.
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Wenn von mindestens einem der Sensoren 5 ein Objekt 7 erfasst worden ist, wird in einem zweiten Schritt nur mit den Sensoren weiter gemessen, mit denen das Objekt 7 erfasst werden kann. Dies ist beispielhaft in 2 dargestellt.
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In der hier dargestellten Ausführungsform wurde das Objekt 7 mit dem zweiten Sensor 5 auf der rechten Seite erfasst. Zum Einsparen von Rechnerleistung und einer genaueren Betrachtung des Objektes 7 werden im Folgenden nur die Sensoren 5 betätigt, mit denen das Objekt erfasst werden kann, beispielsweise wie hier dargestellt mit dem zweiten Sensor rechts. Weiterhin ist es möglich, insbesondere um eine genaue Position des Objektes zu erkennen, mindestens einen dem erfassenden Sensor benachbarten Sensor ebenfalls zu betreiben, mit dem das Objekt 7 erfasst werden kann. Aus den Abstandswerten der beiden benachbarten Sensoren lässt sich die genaue Position des Objektes 7 bestimmen.
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Wenn sich das Objekt 7 an einer anderen Position befindet, wird entsprechend mit einem anderen der Sensoren 5 die Messung durchgeführt.
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Um gegebenenfalls in den Erfassungsbereich zu einem späteren Zeitpunkt eintretende Objekte rechtzeitig erkennen zu können, ist es erfindungsgemäß weiterhin vorteilhaft, wenn alle 10 bis 20 Messzyklen wieder ein Signal von allen Sensoren 5 gesendet wird, so dass weitere Objekte, die zu einem späteren Zeitpunkt in den Erfassungsbereich eintreten, detektiert werden können.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es insbesondere möglich, wenn ein Signal empfangen wird, das auf ein Objekt hindeutet, durch Senden des Signals nur von den Sensoren, die ein Signal empfangen haben, schneller zu verifizieren, ob es sich tatsächlich um ein Objekt handelt oder ob eine Fehlmessung durchgeführt worden ist. Wenn eine Fehlmessung durchgeführt worden ist und sich durch das Messen nur mit den Sensoren, die ein Objekt detektiert haben erkennen lässt, dass es sich doch kein Objekt an dieser Stelle befindet, kann erneut mit dem Messen mit allen Sensoren fortgefahren werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10231362 A1 [0004]
- DE 10326431 A1 [0005]
- DE 10326341 A1 [0005]
