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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position und/oder einer Ausdehnung eines Objekts unter Verwendung von Ultraschall. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Vorrichtung, welche eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung als Sensor in einem Fahrzeug.
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Moderne Fahrzeuge sind mit einer Vielzahl von Fahrassistenzsystemen ausgestattet, die den Fahrer bei der Durchführung verschiedener Fahrmanöver unterstützen. Diese Fahrassistenzsysteme umfassen beispielsweise Einparkhilfen, welche selbstständig Parklücken erkennen und das Fahrzeug in eine Parklücke führen können, sowie Totwinkelassistenten, welche den Fahrer vor Objekten im toten Winkel warnen. Zur Durchführung ihrer Aufgabe müssen die jeweiligen Fahrassistenzsysteme mit Hilfe verschiedener Sensoren ein möglichst exaktes Abbild der Umgebung des Fahrzeugs erstellen. Im Stand der Technik werden dazu häufig auf Ultraschallbasis arbeitende Abstandssensoren verwendet. Dabei wird von einem solchen Ultraschallsensor ein Ultraschallpuls ausgesendet, der von einem Objekt oder einem Hindernis reflektiert wird. Der reflektierte Ultraschallpuls wird als Ultraschallecho von einem Empfänger am Fahrzeug wieder registriert. Aus der Zeit, die zwischen dem Aussenden des Ultraschallpulses und dem Empfang des Ultraschallechos vergangen ist, und der bekannten Schallgeschwindigkeit in Luft kann der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem reflektierenden Objekt berechnet werden. Da die Schallausbreitung allgemein nicht gerichtet erfolgt, kann auf diese Weise die Richtung, aus der das Ultraschallecho einfällt, nicht exakt bestimmt werden.
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Aus
DE 10 2010 042 653 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Objekterfassung bekannt. Dabei wird ein Wandler verwendet, dessen Richtcharakteristik mindestens zwei Richtkeulen aufweist. Ausgesendete Pulse werden von Objekten der Umgebung reflektiert und wieder erfasst. Bewegen sich Wandler und Objekt relativ zueinander, erfahren die reflektierten Signale der jeweiligen Richtkeulen unterschiedliche Frequenzverschiebungen, anhand deren diese voneinander getrennt und einer der Richtkeulen zugeordnet werden können.
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Auch
DE 10 2010 047 176 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einer Ultraschallsensorvorrichtung. Dabei ist vorgesehen, dass eine Schallkeule eines Ultraschallsensors sich asymmetrisch zu dessen Hauptachse erstreckt. Je nach Einbaulage der Ultraschallsensorvorrichtung kann eine Asymmetrie der Schallkeule in der Vertikalen oder in der Horizontalen vorgesehen sein.
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DE 10 2010 015 077 A1 beschreibt ein Verfahren zum Detektieren eines Objekts. Bei dem Verfahren werden zwei Sendesignale mit einem Ultraschallsensor ausgesendet und von Objekten reflektierte Signale wieder empfangen. Jedes der beiden Sendesignale hat hierbei eine unterschiedliche Abstrahlcharakteristik, wobei die verschiedenen Abstrahlcharakteristiken durch Ändern der Signalfrequenz erzeugt werden. Hierbei erzeugen niedrige Frequenzen eine Abstrahlcharakteristik mit großem Öffnungswinkel und höhere Frequenzen Abstrahlcharakteristiken mit kleinerem Öffnungswinkel, wobei die Hauptabstrahlrichtungen der beiden Abstrahlcharakteristiken nicht übereinstimmen müssen.
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Aus
DE 10 2012 024 848 A1 ist eine Ultraschallsensoranordnung mit einem Schalltrichter bekannt. Der Schalltrichter wird verwendet, um eine Richtcharakteristik bei der Schallabstrahlung zu ermöglichen.
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DE 102 26 267 A1 beschreibt einen Sensorhalter für einen Ultraschallsensor. Der Sensorhalter weist eine gekrümmte Oberfläche auf, die eine bestimmte Abstrahl- und Empfangscharakteristik des Ultraschallsensors bewirkt.
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DE 10 2010 028 829 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts relativ zu einem Fahrzeug. Zur Bestimmung der Richtung wird ein Signal mit variierender Frequenz erzeugt, beispielsweise ein Chirpsignal. Die Variation der Frequenz führt zu einer Veränderung der Richtcharakteristik des Signals. Die Abstrahlcharakteristik ist hierbei symmetrisch, wobei der Öffnungswinkel bzw. ein Winkel, unter dem ein Amplitudenminimum auftritt, durch die Variation der Frequenz verändert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Position und/oder einer Ausdehnung eines Objekts unter Verwendung von Ultraschall vorgeschlagen, wobei ein einziger Schallwandler in einem Schalltrichter so angeordnet ist, dass eine Schallkeule entsteht, deren Abstrahlrichtung von der Schallfrequenz abhängig ist. Im Verfahren ist vorgesehen, mindestens einen Ultraschallpuls auszusenden und Ultraschallechos zu empfangen. Dabei ist vorgesehen, die Schallfrequenz des mindestens einen Ultraschallpulses zeitlich zu variieren oder die Schallfrequenz von aufeinanderfolgenden Pulsen zu variieren. Die Position und/oder eine Ausdehnung eines Objekts wird mit Hilfe des empfangenen Ultraschallechos ermittelt.
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Bevorzugt werden Schalltrichter verwendet, bei denen bei Aussenden von Ultraschall mindestens zwei Schallkeulen entstehen, wobei die Abstrahlrichtung einer ersten Schallkeule unabhängig von der Schallfrequenz ist und die Abstrahlrichtung einer zweiten Schallkeule von der Schallfrequenz abhängig ist. Hierbei werden für die Ermittlung der Position und/oder Ausdehnung eines Objekts bevorzugt Ultraschallechos verwendet, welche sich der zweiten Schallkeule zuordnen lassen.
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Bei dem Verfahren wird ein Schallwandler verwendet, der eingerichtet ist, Ultraschallpulse auszusenden. Bevorzugt ist der Wandler eingerichtet, Schallwellen mit einer Frequenz im Bereich von 40 kHz bis 60 kHz abzustrahlen. Der Schallwandler ist dabei in dem Schalltrichter so angeordnet, dass der Schall nicht ungerichtet in die Umgebung abgegeben wird. Ohne einen Schalltrichter strahlen die Schallwandler den Schall ungerichtet ab, wobei die Schallwandler üblicherweise einen Öffnungswinkel von etwa 60° aufweisen. Durch die Verwendung eines Schalltrichters lässt sich eine gerichtete Schallabstrahlung erreichen, bei der mehrere Schallkeulen mit kleinerem Öffnungswinkel auftreten, wobei der Öffnungswinkel der stärksten Schallkeule typischerweise zwischen 10° und 20° beträgt. Beispielsweise beträgt der Öffnungswinkel der stärksten bzw. der Hauptschallkeule ca. 15°. Der Schalltrichter ist bevorzugt so ausgestaltet, dass bei Abstrahlung eines Pulses durch den Schallwandler mindestens zwei Schallkeulen entstehen, deren Abstrahlrichtungen sich voneinander unterscheiden. Besonders bevorzugt werden genau zwei Schallkeulen durch den Schalltrichter erzeugt.
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Bei dem Verfahren ist zudem vorgesehen, dass die Schallfrequenz variiert wird. Dabei wird in einer Ausführungsform eine zeitliche Variation der Schallfrequenz innerhalb eines Pulses, auch Burst genannt, kontinuierlich oder stufenweise durchgeführt. Die Variation der Frequenz wird auch als „Sweep” bezeichnet. Ein Beispiel für eine kontinuierliche Variation sind sogenannte Chirpsignale, bei denen die Schallfrequenz kontinuierlich über die Pulsdauer bzw. die Dauer des Bursts variiert wird. Beispielsweise kann dabei die Frequenz zu Beginn des Bursts 54 kHz betragen und zum Ende des Bursts 45 kHz betragen, wobei eine typische Länge für einen Ultraschallpuls bzw. Burst beispielsweise von 1 bis 3 ms, bevorzugt etwa 1,6 ms beträgt. Ebenfalls ist es denkbar, anstatt einer kontinuierlichen Variation diese stufenförmig durchzuführen, wobei beispielsweise über die Dauer des Ultraschallpulses die Frequenz von 54 kHz in beispielsweise 18 Stufen zu je 500 Hz auf 45 kHz abgesenkt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist es denkbar, die Schallfrequenz eines Ultraschallpulses innerhalb dieses Pulses bzw. Bursts genannt, konstant zu halten und die Schallfrequenz zwischen aufeinanderfolgenden Ultraschallpulsen bzw. Bursts zu variieren. Dabei ist es beispielsweise möglich, bei einer Sequenz von 18 aufeinanderfolgenden Bursts die Frequenz ausgehend von 55 kHz mit jedem weiteren Burst um 500 Hz abzusenken, bis beim letzten Burst der Serie eine Schaltfrequenz von 45 kHz erreicht ist. Für den nächsten nachfolgenden Burst beginnt die Frequenz erneut bei 55 kHz.
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Der durch die Schallkeulen abgedeckte Bereich stellt den Sichtbereich eines nach dem vorgeschlagenen Verfahren arbeitenden ultraschallbasierenden Abstandssensors dar. Dieser Sichtbereich wird durch die Wahl der Schallfrequenz gezielt variiert, da der Schalltrichter mindestens eine Schallkeule aufweist, deren Abstrahlrichtung von der Schallfrequenz abhängig ist. Werden beispielsweise zwei Schallkeulen erzeugt, so setzt sich der Sichtbereich zusammen aus dem von der ersten Schallkeule abgedecktem Bereich und dem durch die zweite Schallkeule abgedecktem Bereich zusammen. Dabei wird der Sichtbereich, in dem Objekte erkannt werden können, erfindungsgemäß eingestellt durch das Vorgeben des Bereichs, innerhalb dem die Schallfrequenz variiert wird.
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Zur Ermittlung der Position und/oder einer Ausdehnung eines Objekts wird mit Hilfe des Schallwandlers mindestens ein Ultraschallpuls ausgesendet. Von dem Objekt reflektierte Ultraschallechos werden anschließend wieder empfangen, wobei dies bevorzugt mit demselben Schallwandler erfolgt, der den Ultraschallpuls ausgesendet hat. In weiteren Ausführungsformen wäre es denkbar, außerhalb des Schalltrichters einen zweiten Schallwandler anzuordnen, der ausschließlich zum Empfangen der Ultraschallechos eingesetzt wird.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Schalltrichter so angeordnet, dass die Variation der Abstrahlrichtung der Schallkeule so erfolgt, dass bei Variieren der Schallfrequenz eine Veränderung der Abstrahlrichtung entlang einer vertikalen Drehachse erfolgt.
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Bevorzugt wird zur Ermittlung der Position eines Objekts dessen Abstand und Richtung relativ zum Schallwandler bestimmt. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, den Abstand des Objekts zum Schallwandler aus der Laufzeit eines Ultraschallechos zu berechnen. Dabei muss das Objekt entweder innerhalb der ersten oder der zweiten Schallkeule liegen, so dass die Richtung, in der das Objekt in Bezug auf den Schallwandler liegt, eine der Abstrahlrichtungen der Schallkeulen entspricht. Der Abstand kann dabei direkt aus der übermittelten Laufzeit und der bekannten Schallgeschwindigkeit berechnet werden. Zur genaueren Bestimmung der Richtung, in das Objekt liegt, ist es denkbar, den Sichtbereich des Sensors durch Wahl der Schallfrequenz einzuschränken. Dabei ist es denkbar, den Sichtbereich anhand eines Modells des Schalltrichters abhängig von der Schallfrequenz zu berechnen. Ebenfalls ist es möglich, die zu einer bestimmten Schallfrequenz gehörige Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule einmalig über einen zusätzlichen Sensor zu messen und in einem Speicher abzulegen, so dass diese in Abhängigkeit der Schallfrequenz abgerufen werden kann. Gegenüber einer ungerichteten Abstrahlung des Schalls kann die Position des Objekts bei zwei Schallkeulen auf zwei mögliche Positionen eingeschränkt werden und ist somit bereits wesentlich präziser. Zudem kann durch die Wahl der Schallfrequenz vorgegeben werden, in welchem Bereich Objekte detektiert werden sollen. Dabei kann die Schallfrequenz in einem vorgegebenen Frequenzbereich variiert werden.
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Bevorzugt ist der Schalltrichter so angeordnet, dass die Abstrahlrichtung der Schallkeule durch Variation der Schallfrequenz so variiert, dass ein zwischen der Abstrahlrichtung der Schallkeule und der horizontalen Ebene eingeschlossener Winkel variiert, wobei unter Verwendung der Schalllaufzeit eines Ultraschallechos und der dem Ultraschallecho entsprechenden Abstrahlrichtung die Höhe des Objekts relativ zum Schallwandler bestimmt wird. Für das Bestimmen der Ausdehnung bzw. Höhe eines Objekts wird angenommen dass jedes empfangene Ultraschallecho von der zweiten Schallkeule stammt. Diese Annahme ist insbesondere dann gerechtfertigt wenn sich kein Objekt im Bereich der ersten Schallkeule befindet.
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Zudem ist es denkbar, den Schalltrichter so anzuordnen, dass die Variation der Abstrahlrichtung der Schallkeule so erfolgt, dass im Wesentlichen keine Veränderung der Abstrahlrichtung entlang einer vertikalen Drehachse erfolgt. Erfolgt bei Variation der Schallfrequenz eine Drehung der Abstrahlrichtung auch um eine vertikale Drehachse, so wird für die Bestimmung der Höhe ausschließlich die Winkelkomponente verwendet, die zwischen der Abstrahlrichtung und der horizontalen Ebene eingeschlossen ist.
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Die Höhe eines Objekts wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung als eine Ausdehnung dieses Objekts angesehen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position und/oder eine Ausdehnung eines Objekts unter Verwendung von Ultraschall bereitzustellen. Die Vorrichtung umfasst einen einzigen Schallwandler und einen Schalltrichter, wobei der Schallwandler so in dem Schalltrichter angeordnet ist, dass bei Aussendung von Ultraschall durch den Schallwandler eine Schallkeule entsteht, wobei die Abstrahlrichtung der Schallkeule von der Schallfrequenz abhängig ist. Die Vorrichtung ist des Weiteren zur Durchführung der hierin beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Dementsprechend gelten die im Rahmen des Verfahrens beschriebenen Merkmale entsprechend für die Vorrichtung und umgekehrt die im Rahmen der Vorrichtung beschriebenen Merkmale entsprechend für das Verfahren.
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Bevorzugt umfasst die Vorrichtung ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, den Schallwandler anzusteuern, um Ultraschallpulse auszusenden sowie eingerichtet ist, um empfangene Ultraschallechos auszuwerten. Bevorzugt umfasst das Steuergerät eine Variationseinheit, die eingerichtet, die Schallfrequenz zu variieren sowie eine Auswerteeinheit, die eingerichtet ist, anhand der empfangenen Ultraschallechos die Position und/oder die Ausdehnung eines Objekts zu bestimmen.
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Die Funktion des Steuergeräts oder Teile bzw. Einheiten davon können dabei in Form eines Computerprogramms implementiert sein, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wobei das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Zudem ist es denkbar, dass das Steuergerät oder Teile bzw. Einheiten davon als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist das Steuergerät ferner eingerichtet, mit weiteren Systemen eines Fahrzeugs zu kommunizieren oder ist als Teil eines mit einem Fahrzeug verbundenen Systems, insbesondere einem Fahrassistenzsystem, ausgestaltet.
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Der Schalltrichter ist so ausgestaltet, dass beim Aussenden von Ultraschall mindestens zwei Schallkeulen entstehen, wobei eine erste Schallkeule durch den direkten Schall des Schallwandlers und an den Wänden des Schalltrichters reflektiertem Schall erzeugt wird und deren Abstrahlrichtung von der Schallfrequenz unabhängig ist und wobei eine zweite Schallkeule erfindungsgemäß durch Interferenz des direkten Schalls aus dem Schallwandler mit an Kanten des Schalltrichters gestreutem Schall entsteht, wobei die Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule von der Schallfrequenz abhängig ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer solchen Vorrichtung als Sensor für ein Fahrzeug. Bevorzugt wird die Vorrichtung dabei so am Fahrzeug angeordnet, dass bei Variation der Schallfrequenz die Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule eine Drehung um eine horizontale Drehachse erfährt.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, die Vorrichtung so am Fahrzeug anzuordnen, dass bei Variation der Schallfrequenz ein zwischen der Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule und der horizontalen Ebene eingeschlossener Winkel variiert.
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Je nach Verwendungszweck ist es zudem denkbar, mehr als eine solche Vorrichtung an einem Fahrzeug anzuordnen, wobei die Richtungsänderung der zweiten Schallkeule mit Variation der Abstrahlrichtung mit der Schallfrequenz für jede der Vorrichtungen unterschiedlich ausgestaltet sein kann.
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Des Weiteren ist es denkbar, eine Vorrichtung so an einem Fahrzeug anzuordnen, dass bei Variation der Schallfrequenz sowohl eine Variation eines zwischen der Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule und der horizontalen Ebene eingeschlossenen Winkel stattfindet als auch eine Drehung der Abstrahlrichtung um eine vertikale Drehachse erfolgt.
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Vorteile der Erfindung
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, unter Verwendung von lediglich einem Ultraschallwandler sowohl den Abstand zu einem Objekt als auch eines Ausdehnung des Objekts in Bezug auf den Schallwandler zu bestimmen. Vorteilhafter Weise ist es dabei möglich, die Richtung eines Objekts auf den variablen Sichtbereich des Sensors einzugrenzen, so dass auch ohne dass Vorsehen weiterer Sensoren, die eine Triangulation zu ermöglichen, die Richtung des Objekts abgeschätzt werden kann. Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht notwendig, den Sichtbereich eines auf Ultraschallbasis arbeitenden Sensors von vornherein stark einzuschränken, um die Richtung zu ermitteln. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Schalltrichter werden zwar Schallkeulen erzeugt, deren Öffnungswinkel gegenüber Ultraschallsensoren ohne Schalltrichter stark verringert ist, jedoch wird die Abstrahlrichtung zumindest einer Schallkeule variiert, so dass mit dieser Schallkeule ein vorgegebener Bereich auf das Vorhandensein von Objekten überwacht werden kann. Auf diese Weise wird durch den geringen Öffnungswinkel der Schallkeule eine Eingrenzung der Position des Objekts ermöglicht, wobei ein entsprechender Sensor gleichzeitig einen großen Sichtbereich aufweist. Dieser Sichtbereich lässt sich zudem leicht durch Variieren der Schallfrequenz beeinflussen.
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Des Weiteren ist es möglich, den Schalltrichter so anzuordnen, dass die Abstrahlrichtung einer Schallkeule so variiert wird, dass sich ein zwischen der Schallkeule und der horizontalen Ebene eingeschlossener Winkel verändert. Dadurch kann beispielsweise die Höhe eines Objekts ermittelt werden. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise als Sensor in einem Fahrzeug verwendet, lassen sich damit zum Beispiel die Höhe und der Abstand eines Bordsteins zum Fahrzeug bestimmen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Beispielen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine schematische Darstellung der Abstrahlrichtung von zwei Schallkeulen,
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3 Bestimmen der Position eines Objekts,
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4 Bestimmung der Höhe eines Objekts.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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In 1 ist eine Vorrichtung 10 zum Bestimmen einer Position und/oder einer Ausdehnung eines Objekts dargestellt. In 1 ist dabei ein horizontaler Schnitt durch die Vorrichtung 10 dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst einen einzigen Schallwandler 12, der im Inneren eines Schalltrichters 14 angeordnet ist. 1 zeigt dabei schematisch die Aussendung eines Ultraschallpulses durch die Vorrichtung 10. Dabei wird der Schallwandler 12 über ein Steuergerät 19 angesteuert, so dass der Schallwandler 12 Schallwellen im Ultraschallfrequenzbereich erzeugt. Die dabei vom Schallwandler 12 erzeugten Wellen werden an den Seitenwänden 16 des Schalltrichters 14 reflektiert und bilden zusammen mit den direkt vom Schallwandler 12 ausgehenden Wellen eine erste Schallkeule 21 aus.
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An den Kanten 18 des Schalltrichters 14 wird der vom Schallwandler 12 erzeugte Schall gestreut. Der gestreute Schall wirkt dabei wie weitere Schallquellen 32, 33, 34, wobei der Schallwandler 12 als erste Schallquelle 31 angesehen wird und über die drei in der 1 sichtbaren Kanten 18 des Schalltrichters 14 noch drei weitere Schallquellen 32, 33 und 34 in Erscheinung treten. Aufgrund von Interferenz der vier Schallquellen 31 bis 34 entsteht dabei wie in 1 skizziert eine zweite Schallkeule 22. Die Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule 22 unterscheidet sich dabei von der Abstrahlrichtung der ersten Schallkeule 21 und ist zudem von der Schallfrequenz abhängig.
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2 zeigt schematisch die Abhängigkeit der Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule 22 von der Schallfrequenz. Dazu ist in 2 ein Winkel θ angegeben, der zwischen der Abstrahlrichtung der ersten Schallkeule 21 und der Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule 22 eingeschlossen ist. Bei einer verwendeten Schallfrequenz von 48 kHz wird zwischen der zweiten Schallkeule 22 und der ersten Schallkeule 21 zum Beispiel ein Winkel θ von 30° eingeschlossen. Bei einer Schallfrequenz von 57 kHz verändert sich die Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule 22, diese veränderte Schallkeule 22.1 schließt zur ersten Schallkeule 21 zum Beispiel einen Winkel θ1 von 21° ein. Für eine Schallfrequenz von 42 kHz ergibt sich die veränderte Schallkeule 22.2, wobei der eingeschlossene Winkel θ2 hier zum Beispiel 39° beträgt.
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Durch Veränderung des Abstrahlwinkels kann die zweite Schallkeule 22 einen Bereich 46 überstreichen, so dass der Sichtbereich eines Sensors, der die Vorrichtung 10 verwendet, nicht durch den Öffnungswinkel der Schallkeule 21 bzw. 22 begrenzt ist. Der Sichtbereich setzt sich hierbei zusammen aus dem Bereich 46 den die zweite Schallkeule 22 überstreicht und dem Bereich 47, der durch den Öffnungswinkel der ersten Schallkeule 21 gegeben ist. Der Bereich 46 der einen großen Teil des Sichtbereichs eines solchen Sensors darstellt, kann durch Verändern der Schallfrequenz und damit Variieren der Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule innerhalb des Bereichs 46 frei eingestellt werden. Somit ist der Sichtbereich eines entsprechenden Sensors über die Wahl der Schallfrequenz beeinflussbar.
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Beim Abstand A wird durch Verändern der Schallfrequenz in dem in 2 skizzierten Beispiel die zweite Schallkeule 22 jeweils um eine Strecke d1 bzw. d2 verschoben, wobei in diesem Beispiel d1 = d2 = 15,6 cm ist.
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In 3 ist das Bestimmen einer Position eines Objekts 40 mit Hilfe der Vorrichtung 10 dargestellt. Die Vorrichtung 10 ist dazu an einem Fahrzeug 1 angeordnet, wobei die Vorrichtung 10 bzw. der Schalltrichter 14 dabei so angeordnet ist, dass die erste Schallkeule 21 im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 weist und die Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule 22 innerhalb einer horizontalen Ebene, d. h. parallel zu einem ebenen Untergrund des Fahrzeugs 1 variiert wird.
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Durch das Steuergerät 19 wird der Schallwandler 12 der Vorrichtung 10 so angesteuert, dass die Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule 22 variiert und dabei den Bereich 46 überstreicht. Beispielhaft sind dabei die zweite Schallkeule 22 sowie die beiden veränderten Schallkeulen 22.1 und 22.2 mit jeweils unterschiedlichen Abstrahlrichtungen dargestellt. Dabei wird nur für die zweite Schallkeule 22 ein Ultraschallecho 24 durch den Schallwandler 12 registriert, da die veränderten Schallkeulen 22.1 und 22.2 das Objekt 40 nicht treffen. Das empfangene Ultraschallecho 24 wird anschließend durch das Steuergerät 19 ausgewertet. Dabei wird aus der Signallaufzeit des Ultraschallechos 24 der Abstand des Objekts 40 relativ zum Schallwandler 12 bestimmt. Die Richtung, in der sich das Objekt 40 mit Bezug auf den Schallwandler 12 befindet muss dabei einer der Abstrahlrichtungen einer Schallkeule 21, 22, 22.1 und 22.2 entsprechen. Durch Ändern des durch die zweite Schallkeule 22 überstrichenen Bereichs 46 mittels anpassen des Bereichs, innerhalb dem die Schallfrequenz variiert wird, kann der Sichtbereich der Vorrichtung 10 gegebenenfalls eingegrenzt werden, um die Richtung genauer zu ermitteln.
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Um mit der zweiten Schallkeule 22 den Bereich 46 zu überstreichen, wird die Schallfrequenz variiert. Dies kann innerhalb eines Pulses bzw. Bursts geschehen, beispielsweise kontinuierlich oder in Stufen. Das in 2 dargestellte Beispiel mit der eingezeichneten zweiten Schallkeule 22 sowie den beiden veränderten Schallkeulen 22.1 und 22.2 könnte beispielsweise erhalten werden, indem ein Ultraschallpuls mit dem Schallwandler 12 ausgesendet wird, dessen Frequenz zunächst 57 kHz beträgt, in einer ersten Stufe auf 48 kHz abgesenkt wird und in einer zweiten Stufe auf 42 kHz abgesenkt wird. Ebenso ist es denkbar, den Bereich 46 mit Hilfe der zweiten Schallkeule 22 zu überstreichen, indem die Frequenz von aufeinanderfolgenden Ultraschallpulsen variiert wird. Dazu wird eine Pulssequenz generiert, wobei ein erster Puls mit 57 kHz ausgesendet wird, ein zweiter Puls mit 48 kHz und ein dritter Puls mit 42 kHz.
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Nach Aussenden eines Ultraschallpulses wird der Schallwandler 12 vom Sendebetrieb in einen Empfangsbetrieb umgeschaltet, um eintreffende Ultraschallechos 24 empfangen zu können. Nach Ablauf einer vorgegebenen Messzeit wird wieder der nächste Ultraschallpuls ausgestrahlt.
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Die 4 zeigt ein Fahrzeug 1 auf einer Straße 42 in der Darstellung von vorne, an dem die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ist dabei in der in 4 dargestellten Ausführungsvariante so am Fahrzeug 1 angeordnet, dass bei Variation der Schallfrequenz die Abstrahlrichtung der zweiten Schallkeule 22 so verändert wird, dass dabei ein zwischen einer horizontalen Ebene und der Abstrahlrichtung eingeschlossener Winkel α variiert. Die Abstrahlrichtung der ersten Schallkeule 21 verläuft in der in 4 dargestellten Ausführungsform horizontal, so dass der Winkel α auch zwischen der ersten Schallkeule 21 und der zweiten Schallkeule 22 auftritt. Wie bereits mit Bezug zu der vorangegangenen 3 beschrieben, überstreicht die zweite Schallkeule 22 durch Verändern der Schallfrequenz den Bereich 46. Dabei trifft die zweite Schallkeule 22 auf das Objekt 40, welches in dem in 4 dargestellten Beispiel ein Bürgersteig 44 ist. Dabei kann der Bürgersteig 44 als solcher identifiziert werden und von anderen, höheren Objekten wie beispielsweise parkenden Fahrzeugen, Mülleimern, Straßenlaternen und dergleichen unterschieden werden, indem seine Höhe bestimmt wird. In 4 ist die Höhe des Objekts 40 beispielsweise als Höhenunterschied h zwischen der Höhe des Schallwandlers 12 und dem Objekt 40 mit Bezug auf die Straße 42 definiert. Dieser Höhenunterschied h kann leicht ermittelt werden, indem der Abstand zwischen dem Objekt 40 und dem Schallwandler 12 sowie der Winkel α bestimmt wird. Der Abstand lässt sich aus der Laufzeit des Ultraschallechos 24 berechnen und der Winkel α wird gegeben durch die Abstrahlrichtung, die der zweiten Schallkeule 22 zugeordnet ist.
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Des Weiteren ist es denkbar, die Position der Bordsteinkante 45 zu bestimmen, indem die zweite Schallkeule 22 durch Variieren der Schallfrequenz den Bereich 46 überstreicht. Die Bordsteinkante 45 kann dabei durch eine sprunghafte Änderung des berechneten Höhenunterschieds h erkannt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
