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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs mit mindestens einem Ultraschallsensor, wobei der mindestens eine Ultraschallsensor Ultraschallpulse aussendet und reflektierte Ultraschallechos wieder empfängt. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, ein Fahrerassistenzsystem umfassend eine solche Vorrichtung und ein Fahrzeug umfassend ein solches Fahrerassistenzsystem.
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Stand der Technik
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Im Automobilbereich werden verschiedene Fahrerassistenzsysteme eingesetzt, die den Fahrer beim Ausführen verschiedener Fahrmanöver unterstützen sollen. Dazu gehören beispielsweise Parkassistenzsysteme, die mit Hilfe von dem Fahrzeug zugeordneten Sensoren die Umgebung erfassen, in der Umgebung mögliche Parkplätze ermitteln und den Fahrer beim Einparken unterstützen. Ein anderes Fahrerassistenzsystem warnt den Fahrer beispielsweise vor Objekten, die sich im toten Winkel befinden.
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Für ihre Funktion benötigen die Fahrerassistenzsysteme Daten über das Umfeld des Fahrzeugs, wobei hierzu eine Vielzahl von Sensoren, insbesondere ultraschallbasierte Sensoren eingesetzt werden. Die ultraschallbasierenden Sensoren senden Ultraschallsignale aus und empfangen von Objekten im Umfeld reflektierte Echos. Aus der Laufzeit des Ultraschallsignals sowie der bekannten Schallgeschwindigkeit in Luft wird der Abstand zwischen dem Sensor und dem reflektierenden Objekt berechnet. Ein solcher Sensor weist einen Sichtbereich auf, innerhalb dem er Objekte erkennen kann. Der Sichtbereich ist zum einen gegeben durch das Abstrahlverhalten des Ultraschallwandlers. Der Schall wird in Form eines Schallkegels abgegeben, der einen bestimmten Öffnungswinkel aufweist. Der Öffnungswinkel der Sensoren definiert dabei einen Bereich, in dem der Schalldruck auf –3 dB bezüglich des Schalldrucks gemessen auf der Hauptachse des Sensors abgefallen ist. Der Öffnungswinkel des Schallkegels ist dabei von physikalischen Gegebenheiten wie der Größe der Membran und der Ausgestaltung des Schalltrichters abhängig sowie von der verwendeten Ultraschallfrequenz, wobei für niedrigere Ultraschallfrequenzen größere Öffnungswinkel erzielt werden.
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Neben dem Öffnungswinkel des Schallkegels ist für den Sichtbereich des Ultraschallsensors die verwendete Kennlinie entscheidend, die einen zeitabhängigen Schwellenwert darstellt. Nur Ultraschallechos, deren Amplitude oberhalb dieses Schwellenwerts liegt, werden vom Sensor als Echo erkannt. Dieser Schwellenwert bzw. die Kennlinie wird zeitabhängig gewählt, um in einem bestimmten Zeitfenster bzw. Entfernungsbereich häufig auftretende Reflektionen des Ultraschalls von der Fahrbahn bzw. des Bodens, im Folgenden Bodenechos genannt, auszublenden. Das Vorsehen eines solchen zeitabhängigen Schwellenwerts ist beispielsweise aus
DE 196 45 339 A1 bekannt.
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Wird der Schwellenwert zu niedrig gewählt, werden zu viele Bodenechos fälschlicherweise als Objekt erkannt. Wird hingegen der Schwellenwert zu hoch gewählt, wird der Sichtbereich des Sensors stark eingeschränkt, da schwächere Ultraschallechos von Objekten, die sich am Rand des Schallkegels befinden, nicht mehr registriert werden.
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Aus
DE 103 23 639 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung eines Objekts unter adaptiver Anpassung von Erfassungseigenschaften einer Erfassungseinrichtung bekannt. Die Erfassungseinrichtung wird zunächst mit maximaler Reichweite bzw. Empfindlichkeit betrieben. Wird festgestellt, dass mit den eingestellten Erfassungsparametern Stördaten, beispielsweise sporadische Reflexionen von Rollsplitt, erfasst werden, so werden die Erfassungseinrichtungs-Kennlinienparameter verändert, wobei der Erfassungsbereich räumlich so lange verkleinert wird, bis keine stochastischen Stördaten mehr erfasst werden.
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Aus
DE 10 2004 047 485 A1 ist ein Fahrerassistenzsystem mit Sensoren zum Vermessen einer Parklücke bekannt. Dabei ist vorgesehen, nicht nur ein einzelnes von den Sensoren erfasstes Echo auszuwerten. Stattdessen werden in dem Empfangssignal eines Sensors mehrere Echosignale identifiziert und für eine Auswertung verwendet. Die Echosignale werden mit Hilfe eines Trackingfilters ausgewertet, wobei Echosignale herausgefiltert werden, die auf Bodenreflexionen zurückzuführen sind.
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DE 10 2011 075 484 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Reichweite eines Ultraschall-Messsystems. Dabei wird beschrieben, modulierte Signale auszusenden und wieder zu detektieren. Dabei wird vorgeschlagen, einen Optimalfilter zu verwenden, wobei jeweils für verschiedene Geschwindigkeiten angepasste Optimalfilter verwendet werden.
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Aus
DE 102 59 902 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung der Entfernung von Objekten bekannt. Dabei ist bei der Auswertung empfangener Signale vorgesehen, ein Leersignal abzuziehen. Das Leersignal enthält dabei Störanteile wie Clutter und Rauschen. Ferner wird eine adaptive Anpassung des Schwellwerts für eine Detektion vorgenommen. Bei der Anpassung wird eine vorgegebene Fehlalarmrate zugelassen.
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Die optimale Wahl des Schwellenwerts entscheidet über den Sichtbereich eines Ultraschallsensors. Nachteilig am bekannten Stand der Technik ist, dass keine Optimierung des Schwellenwerts im Hinblick auf einen großen Sichtbereich des Ultraschallsensors erfolgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Verfahren zur Erfassung von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs mit mindestens einem Ultraschallsensor vorgeschlagen, wobei der mindestens eine Ultraschallsensor Ultraschallpulse aussendet und reflektierte Ultraschallechos wieder empfängt. Der mindestens eine Ultraschallsensor weist einen Sichtbereich auf, in dem dieser Objekte über reflektierte Echos erkennen kann, wobei ein Schwellenwert zur Ausblendung von Bodenechos vorgesehen ist, wobei Ultraschallechos mit einer Amplitude oberhalb des Schwellenwerts als Echo eines Objekts eingestuft werden. Ferner ist vorgesehen, dass eine adaptive Anpassung des Schwellenwerts vorgenommen wird, wobei der Schwellenwert so gewählt ist, dass eine vorgegebene Rate von Bodenechos zugelassen wird, die fälschlicherweise als Echo eines Objekts eingestuft werden und Bodenechos aus den als Echos eines Objekts eingestuften Ultraschallechos herausgefiltert werden, wobei
- a) ein Trackingfilter verwendet wird, um stochastisch auftretende Bodenechos herauszufiltern und/oder
- b) ein Optimalfilter eingesetzt wird, um dopplerverschobene Bodenechos herauszufiltern.
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Bei dem Verfahren ist vorgesehen, den Schwellenwert so vorzugeben, dass der Sichtbereich des mindestens einen Ultraschallsensors möglichst groß wird. Dazu muss der Schwellenwert so klein wie möglich gewählt werden. Üblicherweise wird der Schwellenwert so gewählt, dass keine Bodenechos fälschlicherweise als ein Echo eines Objekts eingestuft werden. Dabei ist der Schwellenwert zeitabhängig, wobei dieser in einem Zeitbereich, in dem die Wahrscheinlichkeit für Bodenechos am höchsten ist, sein Maximum annimmt.
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Für die Erkennung von Objekten wird das zeitabhängige Echosignal eines Ultraschallechos mit dem ebenfalls zeitabhängigen Schwellenwert verglichen. Überschreitet die Amplitude des Echosignals die Amplitude des Schwellenwerts, so wird das empfangene Ultraschallecho als Echo eines Objekts eingestuft.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ist vorgesehen, den Schwellenwert gezielt so weit abzusenken, dass eine vorgegebene Rate an Bodenechos eine Amplitude über dem Schwellenwert aufweisen und somit zunächst als Echo eines Objekts eingestuft werden. Dabei wird der Schwellenwert nicht fest vorgegeben, sondern im laufenden Betrieb angepasst. Das heißt, es wird beispielsweise von einem vorgegebenen Startwert der Schwellenwert solange herabgesetzt, bis die vorgegebene Rate an als Echo eines Objekts eingestuften Bodenechos erreicht wird. Unter dem Begriff Rate wird hierbei die Anzahl von Bodenechos verstanden, die pro ausgesendeten Ultraschallpuls des Ultraschallsensors eine Amplitude großer als der Schwellenwert aufweisen und somit fälschlicherweise als Echo eines Objekts eingestuft werden. Wird beispielsweise bei jedem zehnten ausgesandten Ultraschallpuls ein Bodenecho als Echo eines Objekts registriert, so beträgt die Rate 0,1 bzw. 10 %. Wird statistisch gesehen bei jedem ausgesandten Ultraschallpuls ein Bodenecho als ein Echo eines Objekts registriert, so beträgt die Rate 1 bzw. 100 %. Die Rate kann auch größer als 1 bzw. 100 % werden. In diesem Fall überschreitet die Amplitude des Echosignals den Schwellenwert mehr als einmal, wobei sich über die Laufzeit jeder Überschreitung des Schwellenwerts ein Abstand zum Ultraschallsensor zuordnen lässt. Ist die Rate an Bodenechos größer als der vorgegebene Wert, so wird der Schwellenwert entsprechend wieder erhöht. Für die Regelung des Schwellenwerts kann jedes dem Fachmann bekannte Regelungsverfahren eingesetzt werden. Beispielsweise können aus der Radartechnik bekannte Verfahren wie CFAR (constant false alarm rate, konstante Falschalarmrate) und CA-CFAR (cell-averaging constant false alarm rate, Zelle-Mittelung konstante Falschalarmrate) verwendet werden. Für den Betrieb eines typischen Fahrerassistenzsystems wie beispielsweise eines Totwinkelassistenten oder eines Einparkassistenten ist es jedoch erforderlich, dass Bodenechos zuverlässig ausgeblendet werden, da beispielsweise ein Einstufen eines Bodenechos als Objekt während eines Einparkvorgangs einen Bremseingriff auslösen könnte und im Fall eines Totwinkelassistenten eine unberechtigte Warnung zur Folge haben könnte. Es ist daher im Anschluss an das Erfassen der Echos vorgesehen, eine Filterung vorzunehmen.
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Bei der Filterung wird gemäß Variante a) ein Trackingfilter verwendet, um stochastisch auftretende Bodenechos herauszufiltern. Durch den Trackingfilter wird über eine größere Zeitspanne überprüft, wie sich das Echo verhält. Tritt ein Echo beispielsweise nur sporadisch auf, das heißt es wird nur einmalig erkannt und bei folgenden Ultraschallpulsen tritt es nicht erneut auf, so handelt es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um eine Störung, die herausgefiltert werden muss. Des Weiteren wird bevorzugt durch den Trackingfilter geprüft, wie sich der aus der Laufzeit des Ultraschallsignals berechnete Abstand verhält. Bleibt der berechnete Abstand konstant, obwohl sich ein Fahrzeug, dem der Ultraschallsensor zugeordnet ist, inzwischen bewegt hat, so handelt es sich ebenfalls mit hoher Wahrscheinlichkeit um ein Bodenecho. Werden mehrere Ultraschallsensoren am Fahrzeug verteilt angeordnet und überlappen sich deren Sichtbereiche zumindest teilweise, so können Messergebnisse eines Ultraschallsensors über Messergebnisse anderer Ultraschallsensoren plausibilisiert werden. Erfassen beispielsweise benachbarte Ultraschallsensoren ebenfalls Echos, deren berechneter Abstand sich ebenfalls bei Bewegung des Fahrzeugs nicht verändert, so steigt die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen eines Bodenechos stark an. Überlappen sich die Sichtbereiche von mindestens zwei Ultraschallsensoren zumindest teilweise, so kann für erkannte Objekte eine Trilateration durchgeführt werden, wobei bei der Filterung der Objekte mit dem Trackingfilter nicht nur der relative Abstand zum Fahrzeug sondern auch die Richtung verwendet wird. Ändern sich Entfernung und Richtung eines Objekts vor oder hinter dem Fahrzeug trotz Eigenbewegung des Fahrzeugs nicht, so handelt es sich um ein Bodenecho, welches ausgeblendet werden muss, und daher herausgefiltert wird.
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Bevorzugt werden die ausgesendeten Ultraschallsignale moduliert. Dazu werden beispielsweise Chirp-Signale verwendet, das heißt Signale mit bestimmter Dauer, innerhalb der die Frequenz variiert wird. Bei einem Chirp-up-Signal wird beispielsweise die Ultraschallfrequenz kontinuierlich erhöht, während bei einem Chirp-down-Signal die Frequenz kontinuierlich abgesenkt wird. Zum Ausblenden von Störungen ist bevorzugt vorgesehen, einen Optimalfilter zu verwenden (Matched-Filter), der auf das modulierte Signal eingestellt wird. Mit Hilfe des Optimalfilters ist es einfach möglich, Signale, deren Form bzw. Modulation nicht dem ausgesendeten modulierten Signal entspricht, auszufiltern. Bodenechos, die Reflexionen der ausgesendeten Ultrapulse darstellen, lassen sich damit zunächst nicht herausfiltern, da diese die Modulation ebenfalls aufweisen. Bewegt sich das Fahrzeug jedoch, tritt der sogenannte Dopplereffekt auf, der zu einer Frequenzverschiebung der Ultraschallsignale führt. Der Dopplereffekt wirkt dabei richtungsabhängig, wobei Ultraschallechos, die parallel zur Fahrtrichtung eingehen, der Dopplerverschiebung maximal unterliegen, während für Ultraschallechos, die senkrecht zur Fahrtrichtung eingehen, der Dopplereffekt nicht auftritt. Die Dopplerverschiebung lässt sich ausnutzen, um Bodenechos gezielt über ein entsprechend eingestellter Optimalfilter herauszufiltern. Dabei wird ausgenutzt, dass Bodenechos üblicherweise direkt vor der Fahrzeugfront bzw. direkt hinter dem Fahrzeugheck auftreten, das heißt die Bodenechos fallen parallel zur Fahrtrichtung ein und unterliegen damit vollständig dem Dopplereffekt.
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Es ist daher bevorzugt, die ausgesendeten Ultraschallpulse zu modulieren und einen Optimalfilter zum Durchlassen der modulierten Signale ohne Dopplerverschiebung einzurichten. Mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit und damit zunehmendem Dopplereffekt teilt sich der Sichtbereich der Ultraschallsensoren zunehmend in einem Bereich auf, der im Wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung liegt, und in einem Bereich, der im Wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung liegt. Mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit werden immer mehr Echos ausgeblendet, die aus dem Bereich parallel zur Fahrtrichtung einfallen. Echos aus dem Bereich senkrecht zur Fahrtrichtung können den Filter hingegen passieren.
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Bevorzugt wird die Bandbreite der modulierten Ultraschallpulse mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit vergrößert. Bei einem Chirp-Signal bezeichnet die Bandbreite das Frequenzintervall, innerhalb dem die Frequenz des Ultraschallpulses variiert wird. Durch eine Vergrößerung der Bandbreite wird die Trennschärfe der Optimalfilter herabgesetzt, so dass die Dämpfung von Echos, die parallel zur Fahrtrichtung einfallen, nicht zu groß wird und auch noch Echos von Objekten detektiert werden können, die direkt in Fahrtrichtung liegen.
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Durch Wahl der Bandbreite der modulierten Ultraschallpulse sowie des Einstellens des entsprechenden Optimalfilters lässt sich der Sichtbereich des Ultraschallsensors steuern. Wird ein Sichtbereich gewünscht, der auf einem Bereich senkrecht zur Fahrtrichtung beschränkt ist, so wird die Bandbreite der modulierten Ultraschallpulse verringert. Wird hingegen gewünscht, dass sich der Sichtbereich des Ultraschallsensors auch auf einen Bereich in Fahrtrichtung erstreckt, so kann der Sichtbereich erweitert werden, indem die Bandbreite der modulierten Ultraschallpulse vergrößert wird. Beispielsweise wird hierzu die Bandbreite um 1 kHz bis 10 kHz variiert, wobei die Trägerfrequenz des ausgesendeten Ultraschalls typischerweise im Bereich von 40 kHz bis 60 kHz liegt.
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Insbesondere die Filterung mittels Trackingfilter mit Trilateration und eine Anpassung der Bandbreite modulierter Ultraschallpulse können auch kombiniert werden. Wird beispielsweise von einem in Fahrtrichtung ausgerichteten Ultraschallsensor ein Echo registriert, scheitert jedoch eine Trilateration daran, dass das Echo von den benachbarten Ultraschallsensoren nicht detektiert wird, so muss es sich entweder um ein Bodenecho oder um ein Objekt handeln, welches im Zentrum des Sichtbereichs des Ultraschallsensor liegt, also um ein Objekt, welches sich direkt vor bzw. hinter dem Fahrzeug befindet. Durch eine Folge von modulierten Ultraschallpulsen, bei denen die Bandbreite von Ultraschallpuls zu Ultraschallpuls reduziert wird, werden die vom Dopplereffekt betroffenen Bodenechos zunehmend durch den Optimalfilter unterdrückt. Somit kann eine Kombination aus Trackingfilter mit Trilateration und einer Anpassung der Bandbreite modulierter Ultraschallpulse vorgenommen werden indem in einem ersten Filterschritt eine Trilateration eines Echos mit Hilfe benachbarter Ultraschallsensoren durchgeführt wird und, sofern die Trialteration nicht möglich ist, in einem zweiten Filterschritt modulierte Ultraschallpulse mit von Puls zu Puls reduzierter Bandbreite ausgesendet werden, wobei Ultraschallechos, die bei Ultraschallpulsen mit reduzierter Bandbreite nicht mehr erkannt werden, als Bodenechos eingestuft und herausgefiltert werden.
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Die Anpassung des Schwellenwerts erfolgt bevorzugt abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
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Die Anpassung des Schwellenwerts erfolgt bevorzugt so, dass bei stehendem Fahrzeug eine Rate von 0,1 Bodenechos pro ausgesendetem Ultraschallpuls erreicht wird und diese Rate bei zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs auch bis zu 5 Bodenechos pro ausgesendetem Ultraschallpuls ansteigt. Bevorzugt liegt die Rate bei maximal 2 Bodenechos pro ausgesendetem Ultraschallpuls und besonders bevorzugt bei maximal 1 Bodenecho pro ausgesendetem Ultraschallpuls. Bevorzugt wird der Maximalwert bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 50 km/h erreicht.
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Der Sichtbereich des Ultraschallsensors wird nicht nur durch den Schwellenwert, sondern auch durch den Schalldruck bestimmt, der zu den Rändern des Schallkegels hin abfällt. Dabei wird für niedrigere Ultraschallfrequenzen ein größerer Öffnungswinkel des Schallkegels erreicht, so dass sich in der Folge ein größerer Sichtbereich des Ultraschallsensors einstellt. Daher ist bevorzugt vorgesehen, den Sichtbereich des Ultraschallsensors durch Einstellen der Ultraschallfrequenz vorzugeben. Dabei wird die Ultraschallfrequenz bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 20 bis 80 kHz, bevorzugt von 40 bis 60 kHz, besonders bevorzugt von 45 kHz bis 55 kHz, variiert, wobei für niedrigere Ultraschallfrequenzen größere Sichtbereiche und entsprechend für höhere Ultraschallfrequenzen kleinere Sichtbereiche erzielt werden.
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Des Weiteren kann der Sichtbereich des Ultraschallsensors bevorzugt durch Eingreifen bei der adaptiven Einstellung des Schwellenwerts beeinflusst werden. Dabei wird der Sichtbereich vergrößert, indem der Schwellenwert abgesenkt wird und umgekehrt der Sichtbereich verkleinert, indem der Schwellenwert erhöht wird.
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Auch für den Sichtbereich kann ein Öffnungswinkel definiert werden, wobei dieser Öffnungswinkel einen Kegel definiert, innerhalb dem ein Objekt durch den Sensor erkannt werden kann. Der Öffnungswinkel dieses Sichtbereichs wird demnach vergrößert durch Verwendung niedriger Schallfrequenzen und niedriger Schwellenwerte. Innerhalb dieses Sichtbereichs kann zudem wie beschrieben aufgrund des Dopplereffekts für ein fahrendes Auto eine weitere Unterteilung erzielt werden, wobei durch Verwenden einer kleinen Bandbreite der modulierten Ultraschallpulse in dem Sichtbereich des Ultraschallsensors Ultraschallechos aus einem Bereich parallel zur Fahrtrichtung stark gedämpft werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs bereitzustellen, welche ein Steuergerät und mindestens einen Ultraschallsensor umfasst. Bevorzugt ist die Vorrichtung 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. Insbesondere ist das Steuergerät eingerichtet, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
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Des Weiteren ist ein Aspekt der Erfindung ein Fahrerassistenzsystem bereitzustellen, welches eine der hier beschriebenen Vorrichtungen zur Erfassung von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs umfasst.
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Bevorzugt umfasst das Fahrerassistenzsystem bzw. die darin enthaltene Vorrichtung zur Erfassung von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs mehrere Ultraschallsensoren, die jeweils parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet sind, also entweder in Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung zeigen. Das Fahrerassistenzsystem ist zudem bevorzugt eingerichtet, vor Objekten im toten Winkel des Fahrzeugs zu warnen und/oder bei einer Vorbeifahrt freie Parkplätze zu erkennen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems weist die Vorrichtung acht Ultraschallsensoren auf, wobei jeweils vier Ultraschallsensoren in Fahrtrichtung und vier Ultraschallsensoren entgegen der Fahrtrichtung ausgerichtet sind.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrzeug, welches eines der hier beschriebenen Fahrerassistenzsysteme umfasst.
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Vorteile der Erfindung
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Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lässt sich der Sichtbereich eines Ultraschallsensors maximieren. Der Sichtbereich eines Ultraschallsensors ist durch seinen Schallkegel sowie die Empfangskennlinie bzw. den Schwellenwert bestimmt. Vorteilhafterweise wird vorgeschlagen, den Schwellenwert adaptiv einzustellen. Der Schwellenwert wird dabei so stark abgesenkt, dass Störsignale, insbesondere Bodenechos, mit einer gewissen Rate zugelassen werden. Dennoch werden Objekte im Umfeld eines Fahrzeug zuverlässig detektiert, da vorteilhafterweise eine Filterung eingesetzt wird, die fälschlicherweise als Echo eines Objekts erkannte Bodenechos herausfiltert.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden somit ohne Modifikationen an den Ultraschallsensoren größere Sichtbereiche mit einem größeren Öffnungswinkel erzielt.
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Vorteilhafterweise lässt sich aufgrund des größeren Sichtbereichs bzw. des größeren Öffnungswinkels die Anzahl der Sensoren, die für eine Rundumüberwachung des Umfelds benötigt werden, reduzieren. So kann beispielsweise ein an der Front des Fahrzeugs angeordneter Sensor nicht nur einen Abstand zu einem Hindernis vor dem Fahrzeug erfassen, sondern gleichzeitig auch Parklücken während einer Vorbeifahrt des Fahrzeugs vermessen.
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Mit Hilfe des größeren Sichtbereichs eines beispielweise an der Front oder am Heck eines Fahrzeugs angebrachten Ultraschallsensors kann beispielsweise auch eine Überwachung des toten Winkels erfolgen. Dadurch kann insbesondere ein Totwinkelassistent (SVA, side view assist) ohne zusätzliche zur Seite ausgerichtete Sensoren umgesetzt werden.
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Alternativ oder zusätzlich lässt sich bei gleicher Anzahl von Sensoren aufgrund des vergrößerten Sichtbereichs eine verbesserte Funktionalität erzielen. Aufgrund des vergrößerten Sichtbereichs der einzelnen Ultraschallsensoren können sich die Sichtbereiche benachbarter Ultraschallsensoren zumindest teilweise überlappen. In dem Überlappungsbereich können nicht nur Abstände sondern auch Richtungen von Objekten mittels Trilateration bestimmt werden. Die Qualität der durch die Umfeldsensoren zur Verfügung gestellten Daten werden dadurch deutlich erhöht. Beispielsweise lässt sich hierdurch die Genauigkeit der Vermessung einer Parklücke deutlich steigern.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Es zeigen:
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1 Sichtbereich von Ultraschallsensoren einer Vorrichtung aus dem Stand der Technik,
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2 Sichtbereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung von Objekten im Umfeld eines Fahrzeugs,
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3 das Ausblenden von Bodenechos bei fahrendem Fahrzeug,
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4a ein Fahrzeug mit 12 Ultraschallsensoren,
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4b ein Fahrzeug mit 8 Ultraschallsensoren und
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5 den zeitlichen Verlauf eines adaptiv eingestellten Schwellenwerts.
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In 1 ist eine Vorrichtung 12‘ zur Erfassung von Objekten 26 im Umfeld eines Fahrzeugs 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Vorrichtung 12‘ umfasst mehrere Ultraschallsensoren 16‘, 18’, wobei in der Darstellung gemäß 1 beispielhaft ein Ultraschallsensor 16‘ an der Fahrzeugfront dargestellt ist, der nach vorne ausgerichtet ist sowie ein Ultraschallsensor 18‘ dargestellt ist, der zur rechten Seite hin ausgerichtet ist. Die Ultraschallsensoren 16‘ und 18‘ stehen mit einem Steuergerät 14‘ in Verbindung.
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In der 1 ist dargestellt, wie das Fahrzeug 1 an einer Parklücke 24 vorbeifährt, wobei die Abmessungen der Parklücke 24 mit Hilfe des zur Seite ausgerichteten Ultraschallsensors 18‘ vermessen werden. Über den Ultraschallsensor 18‘ werden der Bordstein 28, der die Parklücke 24 zur Seite begrenzt, sowie zwei Objekte 26 erkannt, hier parkende Fahrzeuge, die die Parklücke 24 nach vorne und nach hinten begrenzen. Wie aus der 1 ersichtlich, weist der Ultraschallsensor 18‘ einen Sichtbereich 22‘ auf, der geeignet ist, die Parklücke 24 zu vermessen. Ein entsprechender Sichtbereich 20‘ des nach vorne ausgerichteten Ultraschallsensors 16‘ kann gegebenenfalls noch die Objekte 26 erkennen, die die Parklücke 24 nach vorne und hinten begrenzen, ein Vermessen der Tiefe der Parklücke 24 ist aufgrund des eingeschränkten Sichtbereichs 20‘ mit dem Ultraschallsensor 16‘ nicht möglich.
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten oder Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten oder Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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In 2 ist ein Fahrzeug 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 zur Erfassung von Objekten 26 im Umfeld des Fahrzeugs 1 dargestellt. Die Vorrichtung 12 umfasst beispielhafte zwei Ultraschallsensoren 16, 18, die im Bereich der Fahrzeugfront angeordnet sind. Dabei ist ein Ultraschallsensor 16 nach vorne ausgerichtet, ein anderer Ultraschallsensor 18 ist zur Seite ausgerichtet. Die Ultraschallsensoren 16, 18 stehen mit einem Steuergerät 14 in Verbindung.
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Der Darstellung in 2 kann entnommen werden, dass der nach vorne ausgerichtete Ultraschallsensor 16 einen Sichtbereich 20 und der zur rechten Seite ausgerichtete Ultraschallsensor 18 einen Sichtbereich 22 aufweist. Die Sichtbereiche 20, 22 stellen den Bereich dar, innerhalb dem die Ultraschallsensoren 16, 18 Objekte 26 im Umfeld des Fahrzeugs 1 durch reflektierte Ultraschallechos erkennen können. Die Sichtbereiche 20, 22 sind dabei durch Absenkung des Schwellenwerts, den die Amplitude eines Ultraschallechos überschreiten muss, um als Echo eines Objekts 26 erkannt zu werden, deutlich vergrößert. Durch die Vergrößerung der Sichtbereiche 20, 22 ist nun auch der nach vorne ausgerichtete Ultraschallsensor 16 in der Lage, die Parklücke 24 zu vermessen, da dieser die beiden die Parklücke 24 begrenzenden Objekte 26 sowie den Bordstein 28 erkennen kann, der die Tiefe der Parklücke 24 kennzeichnet.
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Ferner kann der Darstellung in 2 entnommen werden, dass sich die Sichtbereiche 20, 22 der beiden Ultraschallsensoren 16, 18 in einem Überlappungsbereich 29 teilweise überlappen. In diesem Überlappungsbereich 29 kann eine Trilateration vorgenommen werden, das heißt in der in 2 dargestellten Situation kann nicht nur die Entfernung des Objekts 26 bestimmt werden, sondern auch die Richtung des Objekts 26 relativ zum Fahrzeug 1 kann bestimmt werden.
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3 zeigt das Fahrzeug 1 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 12, die zwei Ultraschallsensoren 16, 18 sowie das Steuergerät 14 umfasst. Das Fahrzeug 1 bewegt sich entlang einer Fahrtrichtung 50 fort. Durch den Ultraschallsensor 16 werden Ultraschallpulse 52 ausgesendet, die von Objekten 26 reflektiert werden. Von den Objekten 26 reflektierte Echos 56 werden durch den Ultraschallsensor 16 wieder erkannt, so dass das Steuergerät 14 aus der Signallaufzeit die Entfernung zum Objekt 26 bestimmen kann.
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Neben Echos 56 von Objekten 26 in der Umgebung des Fahrzeugs 1 können auch Reflektionen von der Fahrbahn selbst hervorgerufen werden, wie beispielsweise ein Bodenecho 54. Liegt die Amplitude des Bodenechos 54 über dem Schwellenwert, so wird dieses durch das Steuergerät 14 zunächst wie ein Echo 56 eines Objekts 26 behandelt. Für die Funktion von Assistenzsystemen des Fahrzeugs 1 ist es jedoch erforderlich, Bodenechos 54 zuverlässig auszublenden.
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Bewegt sich das Fahrzeug 1 entlang der Fahrtrichtung 50, so unterliegt der Ultraschall dem Dopplereffekt. Dabei werden Ultraschallpulse bzw. Echos, die parallel zur Fahrtrichtung 50 sind, aufgrund des Dopplereffekts in ihrer Frequenz verschoben.
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Bevorzugt ist vorgesehen, den ausgesendeten Ultraschallpuls 52 zu modulieren, beispielsweise in Form eines Chirp-Signals, bei dem beispielsweise im Fall eines Chirp-up-Signals die Ultraschallfrequenz mit der Zeit ansteigt. Anschließend wird eine Filterung vorgenommen, wobei ein Optimalfilter eingesetzt wird, der auf das modulierte Chirp-Signal des Ultraschallpulses 52 eingerichtet ist. Hierdurch ist eine Trennung des Echos 56 des Objekts 26 von dem Bodenecho 54 möglich, denn das Objekt 26 liegt in einer Richtung relativ zum Fahrzeug 1, die senkrecht zur Fahrtrichtung 50 ist. Das Echo 56 unterliegt damit nicht der Dopplerverschiebung. Das Bodenecho 54 wiederum fällt aus einer Richtung auf den Ultraschallsensor 16 ein, die parallel zur Fahrtrichtung 50 liegt. Damit ist das Bodenecho 54 dopplerverschoben. Die eingesetzte Filterung, insbesondere mit Hilfe des Optimalfilters, kann das dopplerverschobene Bodenecho 54 ausfiltern. Bevorzugt wird nachfolgend ein Trackingfilter verwendet, um weitere Bodenechos 54 aufgrund der Distanz und/oder Position relativ zur Bewegung des Fahrzeugs 1 herauszufiltern.
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Die Filterung kann ganz oder teilweise im Steuergerät 14 implementiert sein. Bevorzugt wird die Filterung mittels Optimalfilter bereits durch entsprechende Mittel in den Ultraschallsensoren 16, 18 vorgenommen und die Filterung mittels Trackingfilter durch das Steuergerät 14 vorgenommen.
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Durch die vorgenommene Filterung wird der Sichtbereich 20 des Ultraschallsensors 16 im Wesentlichen in zwei Bereiche 58, 60 unterteilt, wobei ein erster Bereich 58 im Wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung 50 liegt und ein zweiter Bereich 60 im Wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung 50 liegt. Durch die vorgenommene Filterung, insbesondere mit Hilfe eines Optimalfilters, werden dopplerverschobene Echos, insbesondere dopplerverschobene Bodenechos 54, stark gedämpft, so dass sich der Sichtbereich 20 des Ultraschallsensors 16 im Wesentlichen auf den zweiten Bereich 60 senkrecht zur Fahrtrichtung 50 einschränken lässt.
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In den 4a und 4b ist jeweils ein Fahrzeug 1 mit einem Fahrerassistenzsystem 10 dargestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung 12 zur Erfassung von Objekten 26 in der Umgebung des Fahrzeugs 1 umfasst. Die beiden dargestellten Ausführungsvarianten der Vorrichtung 12 unterscheiden sich jeweils durch die Anzahl der Ultraschallsensoren 16–19.
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In der Ausführungsvariante der 4a umfasst die Vorrichtung 12 insgesamt zwölf Ultraschallsensoren 16–19, wobei vier Ultraschallsensoren 16 an der Front des Fahrzeugs 1 angeordnet sind und vier Ultraschallsensoren 17 am Heck des Fahrzeugs 1 angeordnet sind. Die Ultraschallsensoren 16 und 17 sind dabei jeweils parallel zur Fahrtrichtung ausgerichtet, das heißt die Ultraschallsensoren 16 zeigen in Fahrtrichtung und die Ultraschallsensoren 17 zeigen entgegen die Fahrtrichtung. Zusätzlich sind an der Fahrzeugfront zwei Ultraschallsensoren 18 zur Seite des Fahrzeugs 1 ausgerichtet und auch am Heck des Fahrzeugs 1 sind zwei Ultraschallsensoren 19 vorgesehen, die teilweise seitlich ausgerichtet sind.
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In der 4a sind beispielhaft ein Sichtbereich 20 eines in Fahrtrichtung ausgerichteten Ultraschallsensors 16, ein Sichtbereich 21 eines entgegen der Fahrtrichtung ausgerichteten Ultraschallsensors 17, ein Sichtbereich 22 eines zur Seite ausgerichteten Ultraschallsensors 18 sowie ein Sichtbereich 23 eines teilweise seitlich ausgerichteten Ultraschallsensors 19 dargestellt.
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Die zur Seite zeigenden Ultraschallsensoren 18 sowie die teilweise zur Seite ausgerichteten Ultraschallsensoren 19 werden üblicherweise zur Überwachung des toten Winkels sowie zum Erkennen von Parkplätzen eingesetzt. Die in bzw. entgegen der Fahrtrichtung zeigenden Ultraschallsensoren 16 und 17 werden üblicherweise zum Messen des Abstands des Fahrzeugs 1 zu Hindernissen eingesetzt, insbesondere im Zusammenhang mit dem Einparken des Fahrzeugs 1. Wie der Darstellung der 4a entnommen werden kann sind die Sichtbereiche der Ultraschallsensoren 16–19 so groß, dass Überlappungsbereichen 29 entstehen.
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In der Ausführungsvariante der 4a werden die Überlappungsbereiche 29 verwendet, um die Qualität der Sensordaten zu verbessern. So lässt sich in den Überlappungsbereichen 29 beispielsweise die Position eines Objekts durch Trilateration bestimmen.
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Die in 4b dargestellte Ausführungsvariante entspricht der der 4a, wobei auf die zur Seite zeigenden Ultraschallsensoren 18 sowie auf die teilweise seitlich ausgerichteten Ultraschallsensoren 19 verzichtet wurde, so dass die Vorrichtung 12 der 4b insgesamt nur acht Ultraschallsensoren 16, 17 umfasst. Die jeweiligen Sichtbereiche 20, 21 der Ultraschallsensoren erstreckt sich zumindest teilweise zur Seite, ohne das zusätzliche zur Seite ausgerichtete Ultraschallsensoren 18, 19 erforderlich sind, vergleiche 4a. Diese Informationen können im Rahmen einer Vermessung von Parklücken oder zur Warnung vor Objekten im toten Winkel verwendet werden. Das in 4b dargestellte Fahrzeug 1, welches ein Fahrerassistenzsystem 10 mit einer Vorrichtung 12 umfasst, kann somit einen Fahrer vor Objekten im toten Winkel warnen oder bei einer Vorbeifahrt freie Parkplätze erkennen, ohne dass weitere Ultraschallsensoren angeordnet werden müssten.
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In 5 ist ein Diagramm aufgetragen, welches den zeitlichen Verlauf des adaptiven Schwellenwerts darstellt. Auf der X-Achse ist eine Zeit t und auf der Y-Achse eine Amplitude A aufgetragen. Um als Echo eines Objekts 26 erkannt zu werden, muss die Amplitude A eines Echosignals größer sein als die Amplitude des Schwellenwerts.
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In der 5 ist ein typisches Bodenechosignal 30 aufgetragen. Das Bodenechosignal 30 weist dabei in einem Bereich 32 sein Amplitudenmaximum auf. Der Bereich 32 entspricht einem Zeitintervall bzw. einem Entfernungsintervall relativ zu einem Ultraschallsensor 16, 18.
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Üblicherweise wird gemäß des Standes der Technik ein Schwellenwert 40 so vorgegeben, dass das Bodenechosignal 30, bzw. dessen Amplitude, unter keinen Umständen den Schwellenwert 40 überschreitet. Wie der Darstellung in 4 entnommen werden kann, ist der Schwellenwert 40 hierbei sehr groß gewählt, da auch bei schlechten Straßenbedingungen wie beispielsweise Rollsplitt, alle auftretenden Bodenechos zuverlässig ausgeblendet werden sollen.
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Zusätzlich ist in 5 ein adaptierter Schwellenwert 42 für ein stehendes Fahrzeug, das heißt eine Geschwindigkeit von Null, eingetragen. Der adaptierte Schwellenwert 42 liegt deutlich unterhalb des Schwellenwerts 40, wodurch die Empfindlichkeit des entsprechenden Ultraschallsensors deutlich gesteigert wird. Dieser kann somit auch Ultraschallechos registrieren, die von Objekten reflektiert werden, die sich am Rand des Schallkegels befinden, bei dem der Schalldruck bereits deutlich abgefallen ist. Die Absenkung des Schwellenwerts durch den adaptierten Schwellenwert 42 führt dazu, dass auch vereinzelt die Amplitude des Bodenechosignals 30 kurzzeitig oberhalb des adaptierten Schwellenwerts 42 liegen kann. Die in diesem Fall fälschlicherweise als Echo eines Objekts eingestuften Bodenechos werden mit einer anschließenden Filterung unterdrückt.
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Zusätzlich ist in 5 ein adaptierter Schwellenwert 44 für Fahrzeuggeschwindigkeiten > 0 aufgetragen. Dieser adaptierte Schwellenwert 44 ist nochmals deutlich abgesenkt, wobei in Kauf genommen wird, dass statistisch gesehen für jeden ausgesandten Ultraschallpuls die Amplitude des Bodenechosignals einmal den Schwellenwert übersteigt, und somit ein Bodenecho pro ausgesandtem Ultraschallpuls als Echo eines Objekts eingestuft wird. Diese hohe Rate an Fehldetektionen kann in Kauf genommen werden, da bei höheren Fahrgeschwindigkeiten die Bodenechos aufgrund eines Trackingfilters erfolgen kann.
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Wie der 5 ebenfalls entnommen werden kann, sind sämtliche Schwellenwerte bzw. Kennlinien zeitabhängig, wobei ihr Amplitudenmaximum jeweils in dem Bereich 32 auftritt, in dem die Amplitude des Bodenechosignals 30 am größten ist. Die Schwellenwerte bzw. Kennlinien fallen sowohl in Richtung t = 0 sowie für t gegen ∞ ab.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
