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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei welchem mittels eines Ultraschallsensors ein Ultraschallsignal durch Anregung einer Membran des Ultraschallsensors ausgesendet wird und anhand des in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektierten und auf die Membran auftreffenden Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt wird, wobei das ausgesendete Ultraschallsignal durch Phasenumtastung einer Trägerfrequenz moduliert wird und das Empfangssignal in Abhängigkeit von der Phasenumtastung demoduliert wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Ultraschallsensorvorrichtung sowie ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensorvorrichtungen für Kraftfahrzeuge. Derartige Ultraschallsensorvorrichtungen können beispielsweise dazu verwendet werden, ein Objekt in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Eine solche Ultraschallsensorvorrichtung umfasst zumindest einen Ultraschallsensor, mit dem ein Abstand zu dem Objekt bestimmt werden kann. Der Ultraschallsensor umfasst üblicherweise eine Membran, die zum Aussenden des Ultraschallsignals mit einem entsprechenden Wandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, zu mechanischen Schwingungen angeregt werden kann. Das von dem Ultraschallsensor ausgesendete Ultraschallsignal wird dann von dem Objekt reflektiert und trifft wieder auf die Membran des Ultraschallsensors auf. Infolge des auftreffenden Ultraschallsignals wird die Membran zu mechanischen Schwingungen angeregt. Diese Schwingungen können dann mit dem Wandlerelement erfasst werden und in Form eines Empfangssignals, beispielsweise einer elektrischen Spannung, bereitgestellt werden.
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In Fahrerassistenzsystemen werden üblicherweise mehrere Ultraschallsensoren verwendet, die beispielsweise nebeneinander an einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs angeordnet sein können. Um eine gegenseitige Beeinflussung der Ultraschallsensoren zu verhindern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die mit den Ultraschallsensoren ausgesendeten Ultraschallsignale entsprechend zu modulieren beziehungsweise zu codieren. Wenn dann das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen wird, muss dieses entsprechend demoduliert werden. Hierbei können Probleme auftreten, da das Ultraschallsignal durch äußere Einflüsse, durch eine Doppler-Verschiebung und die Eigenschaften des Ultraschallsensors selbst beeinflusst wird.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 10 2010 033 210 A1 ein Verfahren zum Betreiben zumindest eines Ultraschallsensors eines Fahrerassistenzsystems in einem Kraftfahrzeug, bei welchem ein Ausgangsschallsignal des Ultraschallsensors gemäß einer Modulationsart moduliert wird und durch diese Modulation ein spezifisches Codewort dem Ausgangssignal aufgeprägt wird. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Codewort unterschiedliche Längen aufweist. Als Modulationsart kann beispielsweise die Frequenzumtastung, eine Phasenmodulation und insbesondere die Quadraturphasenumtastung, verwendet werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Ultraschallsensorvorrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher das Ultraschallsignal moduliert wird, zuverlässiger betrieben werden kann. Darüber hinaus sollen ein entsprechendes Fahrerassistenzsystem sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung sowie durch ein Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug wird bevorzugt mittels eines Ultraschallsensors ein Ultraschallsignal durch Anregung einer Membran des Ultraschallsensors ausgesendet. Ferner wird bevorzugt anhand des in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektierten und insbesondere auf die Membran auftreffenden Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt. Dabei wird das ausgesendete Ultraschallsignal bevorzugt durch Phasenumtastung einer Trägerfrequenz moduliert. Des Weiteren wird das Empfangssignal bevorzugt in Abhängigkeit von der Phasenumtastung demoduliert. Darüber hinaus ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Empfangssignal zur Kompensation einer durch die Membran bewirkten frequenzabhängigen Dämpfung des ausgesendeten Ultraschallsignals und/oder des empfangenen Ultraschallsignals gefiltert wird. Ferner wird das gefilterte Empfangssignal bevorzugt zur Rückgewinnung der Trägerfrequenz demoduliert.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Hierbei wird mittels eines Ultraschallsensors ein Ultraschallsignal durch Anregung einer Membran des Ultraschallsensors ausgesendet und anhand des in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektierten und auf die Membran auftreffenden Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt. Dabei wird das ausgesendete Ultraschallsignal durch Phasenumtastung einer Trägerfrequenz moduliert und das Empfangssignal wird in Abhängigkeit von der Phasenumtastung demoduliert. Dabei ist es vorgesehen, dass das Empfangssignal zur Kompensation einer durch die Membran bewirkten frequenzabhängigen Dämpfung des ausgesendeten Ultraschallsignals und/oder des empfangenen Ultraschallsignals gefiltert wird und das gefilterte Empfangssignal zur Rückgewinnung der Trägerfrequenz demoduliert wird.
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Mithilfe des Verfahrens soll die Ultraschallsensorvorrichtung des Kraftfahrzeugs betrieben werden. Die Ultraschallsensorvorrichtung umfasst den Ultraschallsensor, welcher wiederum eine Membran und ein Wandlerelement aufweist. Die Membran kann beispielsweise topfförmig ausgebildet sein und aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt sein. Das Wandlerelement beziehungsweise Schallwandlerelement ist mit der Membran zur Schwingungsübertragung verbunden. Zum Aussenden des Ultraschallsignals wird das Wandlerelement mit einem Anregungssignal angeregt. Bei dem Anregungssignal kann es sich insbesondere um eine zeitlich veränderliche elektrische Spannung handeln. Der Ultraschallsensor wird auch dazu verwendet, das in dem Umgebungsbereich reflektierte Ultraschallsignal beziehungsweise das Echo des Ultraschallsignals zu empfangen. Wenn das in dem Umgebungsbereich, beispielsweise einem Objekt oder Hindernis, reflektierte Ultraschallsignal wieder auf die Membran trifft, wird diese zum Schwingen angeregt. Diese Schwingung der Membran kann mit dem Wandlerelement erfasst werden und in Form des Empfangssignals ausgegeben werden. Insbesondere wird das Empfangssignal in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung ausgegeben.
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Dabei ist es vorgesehen, dass das ausgesendete Ultraschallsignal moduliert wird. Vorliegend wird das ausgesendete Ultraschallsignal durch Phasenumtastung moduliert. Zu diesem Zweck wird eine Trägerfrequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals beziehungsweise des Anregungssignals bezüglich der Phase moduliert. Zum Modulieren des ausgesendeten Ultraschallsignals beziehungsweise des Anregungssignals kann die Ultraschallsensorvorrichtung beziehungsweise eine Auswerteeinrichtung der Ultraschallsensorvorrichtung eine Modulationseinheit aufweisen. Wenn das in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektierte Ultraschallsignal wieder mit dem Ultraschallsensor empfangen wird, ist es erforderlich, dieses entsprechend zu demodulieren beziehungsweise zu decodieren. Zu diesem Zweck kann die Ultraschallsensorvorrichtung beziehungsweise deren Auswerteeinrichtung eine entsprechende Demodulationseinheit aufweisen, mittels welcher das Empfangssignal, welches das reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, demoduliert werden kann.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das Empfangssignal vor dem Demodulieren gefiltert wird. Durch das Filtern des Empfangssignals kann die frequenzabhängige Dämpfung der Membran des Ultraschallsensors kompensiert werden. Der vorliegenden Erkenntnis liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Membran des Ultraschallsensors ein Spektrum des Ultraschallsignals frequenzabhängig dämpft. Die Membran weist eine Resonanzfrequenz auf, wobei Frequenzen des Ultraschallsignals im Bereich der Resonanzfrequenz die höchste Amplitude aufweisen. Unterhalb und oberhalb der Resonanzfrequenz wird das Ultraschallsignal in Abhängigkeit von den mechanischen Eigenschaften der Membran gedämpft. Dies gilt sowohl beim Aussenden des Ultraschallsignals als auch beim Empfangen des Ultraschallsignals. Diese frequenzabhängige Dämpfung der Membran wirkt sich negativ auf die Demodulation des Empfangssignals aus. Dies gilt insbesondere für den Fall, wenn mittels der Demodulationseinheit eine Rückgewinnung der Trägerfrequenz des Ultraschallsignals beziehungsweise des Anregungssignals durchgeführt wird. Bei dem Aussenden und anschließenden Empfangen des in dem Umgebungsbereich reflektierten Ultraschallsignals können Doppler-Verschiebungen auftreten, welche die Frequenz des Ultraschallsignals verändern. Ferner kann das reflektierte Ultraschallsignal einen Phasensprung beziehungsweise eine Phasenänderung aufweisen. Beim Demodulieren des Empfangssignals wird die Trägerfrequenz bestimmt und das Empfangssignal rückgewonnen, um das Empfangssignal entsprechend demodulieren zu können. Wenn nun zuvor das Empfangssignal so gefiltert wird, dass die frequenzabhängige Dämpfung der Membran, welche sich auf das ausgesendete und/oder das empfangene Ultraschallsignal auswirkt, kompensiert wird, kann die Rückgewinnung der Trägerfrequenz und somit die Demodulation präziser durchgeführt werden. Insgesamt kann somit die Ultraschallsensorvorrichtung zuverlässiger betrieben werden.
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Bevorzugt wird das Empfangssignal mittels einer Phasenregelschleife, insbesondere einer Costas Loop, demoduliert. Zur Rückgewinnung der Trägerfrequenz und/oder zur Demodulation des Empfangssignals können bekannte Schaltungen beziehungsweise Algorithmen verwendet werden. Beispielsweise kann eine Phasenregelschleife (PLL - Phase Locked Loop) verwendet werden. Eine solche Phasenregelschleife kann beispielsweise durch eine elektronische Schaltung gebildet sein, welche die Phasenlage und damit zusammenhängend die Frequenz eines veränderbaren Oszillators über einen geschlossenen Regelkreis so beeinflusst, dass die Phasenabweichung zwischen einem äußeren Referenzsignal und dem Oszillator oder einem daraus abgeleiteten Signal möglichst konstant ist. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass zur Rückgewinnung der Trägerfrequenz und/oder zur Demodulation des Empfangssignals eine sogenannte Costas Loop verwendet wird. Eine solche Costas Loop wird üblicherweise zur Demodulation von phasenmodulierten Signalen verwendet. Wenn nun das Empfangssignal so gefiltert wird, dass die frequenzabhängige Dämpfung der Membran kompensiert wird, kann die Costas Loop auch bei Ultraschallsensoren auf zuverlässige Weise eingesetzt werden.
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Des Weiteren ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Empfangssignal derart gefiltert wird, dass eine Amplitude des Empfangssignals in zumindest einem vorbestimmten Frequenzbereich eine im Wesentlichen konstante Amplitude aufweist. In diesem vorbestimmten Frequenzbereich kann die Frequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals liegen. Dieser vorbestimmte Frequenzbereich kann insbesondere die Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors einschließen. Insbesondere kann das Empfangssignal derart gefiltert werden, dass sich durch die Kombination des Filters und der frequenzabhängigen Dämpfung der Membran ein ideales Bandpassfilter ergibt. Somit kann die Demodulation des Empfangssignals auf zuverlässige Weise durchgeführt werden.
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In einer Ausführungsform wird das Empfangssignal mittels eines Tiefpassfilters und/oder mittels eines Hochpassfilters gefiltert. Grundsätzlich kann das Empfangssignal auch mit einem Bandpassfilter oder anderen Filter gefiltert werden. Die Auswerteeinrichtung beziehungsweise Auswerteelektronik der Ultraschallsensorvorrichtung kann auch mehrere Filter umfassen, um das Empfangssignal entsprechend filtern zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird das Empfangssignal mit einem Filter gefiltert, wobei eine Übertragungsfunktion des Filters einer inversen Übertragungsfunktion der Membran entspricht. Die Übertragungsfunktion der Membran kann so ausgebildet sein, dass diese im Bereich der Resonanzfrequenz die Amplitude des Ultraschallsignals am wenigsten dämpft. Frequenzen unterhalb und oberhalb der Resonanzfrequenz werden dann entsprechend der mechanischen Schwingungseigenschaften der Membran gedämpft. Diese Übertragungsfunktion der Membran kann berechnet werden und/oder in entsprechenden Versuchen bestimmt werden. Daraufhin kann dann das Filter so ausgelegt werden, dass die Übertragungsfunktion des Filters einer inversen Übertragungsfunktion entspricht oder zumindest an diese angenähert wird. Dies ermöglicht eine effiziente Kompensation der frequenzabhängigen Dämpfung der Membran, welche auf das ausgesendete Ultraschallsignal und/oder das empfangene Ultraschallsignal wirkt.
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Das Ultraschallsignal kann in einem einzigen Frequenzband ausgesendet werden. In einer Ausführungsform wird das Ultraschallsignal in einem vorbestimmten Frequenzband ausgesendet, wobei eine Resonanzfrequenz der Membran innerhalb des vorbestimmten Frequenzbands liegt. Die Resonanzfrequenz der Membran des Ultraschallsensors kann im Bereich von etwa 50 kHz liegen. Die Membran des Ultraschallsensors kann dann mit einem Frequenzband, welches im Bereich der Resonanzfrequenz liegt, angeregt werden. Durch die Kompensation der Dämpfung, welche von der Membran hervorgerufen wird, kann dann das Empfangssignal entsprechend gefiltert werden. Das Empfangssignal, welches das reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, kann sich von einer Startfrequenz bis zu einer Endfrequenz erstrecken, wobei die Startfrequenz geringer als die Endfrequenz ist. Im Bereich der Startfrequenz kann ein entsprechendes Tiefpassfilter verwendet werden. Im Bereich der Endfrequenz kann ein entsprechendes Hochpassfilter verwendet werden. Somit kann die frequenzabhängige Dämpfung, welche durch die Membran hervorgerufen wird, kompensiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Frequenzband so bestimmt wird, dass dieses die Resonanzfrequenz nicht einschließt. In diesem Fall liegt die Resonanzfrequenz also außerhalb des vorbestimmten Frequenzbands.
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Falls die Resonanzfrequenz der Membran innerhalb des vorbestimmten Frequenzbands liegt, ist es insbesondere vorgesehen, dass ein Frequenzunterschied zwischen einer Startfrequenz des vorbestimmten Frequenzbands und der Resonanzfrequenz einem Frequenzunterschied zwischen der Resonanzfrequenz und einer Endfrequenz des vorbestimmten Frequenzbands entspricht. Somit kann erreicht werden, dass das Spektrum des ausgesendeten Ultraschallsignals symmetrisch ist. In diesem Fall kann auf entsprechenden Tiefpassfilter oder Hochpassfilter im Sendepfad verzichtet werden. Dabei ist es vorteilhaft, zum Filtern des Empfangssignals einen Filter zu verwenden, dessen Übertragungsfunktion der inversen Übertragungsfunktion der Membran entspricht. Auf diese Weise können Doppler-Effekte kompensiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Ultraschallsignal in einem vorbestimmten ersten Frequenzband und/oder in einem vorbestimmten zweiten Frequenzband ausgesendet, wobei das erste Frequenzband unterhalb einer Resonanzfrequenz der Membran liegt und das zweite Frequenzband oberhalb der Resonanzfrequenz der Membran liegt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das erste Frequenzband um einen vorbestimmten Frequenzunterschied geringer ist als die Resonanzfrequenz und dass das zweite Frequenzband um einen vorbestimmten Frequenzunterschied größer ist als die Resonanzfrequenz. Ein derartiger Betrieb des Ultraschallsensors beziehungsweise der Ultraschallsensorvorrichtung ist insbesondere vorgesehen, wenn ein erster Ultraschallsensor und ein zweiter Ultraschallsensor verwendet werden, wobei sich die Ultraschallsensoren gegenseitig beeinflussen können. Wenn nun der erste Ultraschallsensor beziehungsweise eine erste Ultraschallsensorvorrichtung ein erstes Ultraschallsignal in dem ersten Frequenzband aussendet und der zweite Ultraschallsensor beziehungsweise eine zweite Ultraschallsensorvorrichtung ein zweites Ultraschallsignal in dem zweiten Frequenzband aussendet, können diese voneinander unterschieden werden. Zusätzlich können das erste Ultraschallsignal und/oder das zweite Ultraschallsignal mittels Phasenumtastung moduliert beziehungsweise codiert werden. Auch in diesem Fall ist es insbesondere vorgesehen, dass die jeweiligen Empfangssignale, die auf Grundlage des reflektierten ersten Ultraschallsignals beziehungsweise des reflektierten zweiten Ultraschallsignals bestimmt werden, entsprechend gefiltert werden und anschließend demoduliert werden. Bei der Filterung kann es vorgesehen sein, dass das erste Frequenzband beziehungsweise das niedrigere Frequenzband mit einem Tiefpassfilter gefiltert wird. Das zweite Frequenzband beziehungsweise das höhere Frequenzband kann mit einem Hochpassfilter gefiltert werden. Auch hier kann es vorgesehen sein, dass das jeweilige Empfangssignal mit einem Filter gefiltert wird, dessen Übertragungsfunktion der inversen Übertragungsfunktion der Membran entspricht. Das erste Frequenzband und das zweite Frequenzband können auch so bestimmt werden, dass die Resonanzfrequenz in dem ersten Frequenzband liegt oder dass die Resonanzfrequenz in dem zweiten Frequenzband liegt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das ausgesendete Ultraschallsignal mittels einer binären Phasenumtastung moduliert. Wie bereits erläutert, kann die Auswerteeinrichtung beziehungsweise die Auswerteelektronik eine entsprechende Modulationseinheit aufweisen, mittels welcher das Anregungssignal beziehungsweise das Ultraschallsignal moduliert werden kann. Dieses binäre phasenmodulierte Signal kann dann entsprechend mit einer Costas Loop demoduliert werden. Ferner kann es vorgesehen sein, dass das Ultraschallsignal beziehungsweise das Anregungssignal mit einer Quadraturphasenumtastung moduliert wird.
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Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Ultraschallsensor und eine Auswerteeinrichtung. Dabei ist die Ultraschallsensorvorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Wie bereits erläutert, kann der Ultraschallsensor eine Membran und das Wandlerelement aufweisen. Die Auswerteeinrichtung beziehungsweise die Auswerteelektronik der Ultraschallsensorvorrichtung kann insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC - Application-specific integrated circuit) ausgebildet sein. Die Auswerteeinrichtung kann eine Modulationseinrichtung zum Modulieren des Anregungssignals beziehungsweise des Ultraschallsignals aufweisen. Ferner kann die Auswerteeinrichtung den Filter zum Filtern des Empfangssignals aufweisen. Darüber hinaus kann die Auswerteeinrichtung eine Demodulationseinheit aufweisen, mittels welcher das gefilterte Empfangssignal demoduliert werden kann. Insbesondere umfasst die Demodulationseinrichtung die Costas Loop beziehungsweise ist nach Art einer Costas Loop ausgebildet.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Darüber hinaus kann das Fahrerassistenzsystem ein elektronisches Steuergerät aufweisen. Die Ultraschallsensorvorrichtung und das Steuergerät können über eine entsprechende Datenleitung zur Signalübertragung verbunden sein. Grundsätzlich können mithilfe des Fahrerassistenzsystems Objekte in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erkannt werden. Falls erkannt wird, dass eine Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt droht, kann eine entsprechende Warnung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der relativen Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt zumindest semi-autonom manövriert. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem als Parkhilfesystem ausgebildet sein.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.
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Zur Erfindung gehört auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor eines elektronischen Steuergeräts abgearbeitet wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, insbesondere in Form einer computerlesbaren Diskette, CD, DVD, Speicherkarte, USB-Speichereinheit, oder ähnlichen, in dem Programmcodemittel gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhafte Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einen Speicher eines elektronischen Steuergeräts geladen und auf einem Prozessor des elektronischen Steuergeräts abgearbeitet werden.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug für das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt sowie für das erfindungsgemäße computerlesbare Medium.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
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Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welches ein Fahrerassistenzsystem mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensorvorrichtungen aufweist;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ultraschallsensorvorrichtung, welche einen Ultraschallsensor und eine Auswerteeinrichtung aufweist;
- 3 ein Frequenzspektrum eines Empfangssignals, welches mit dem Ultraschallsensor bereitgestellt wird; und
- 4 ein Frequenzspektrum des gefilterten Empfangssignals, welches mit einem Filter der Ultraschallsensorvorrichtung gefiltert wurde.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Insbesondere kann das Fahrerassistenzsystem 2 als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem der Fahrer beim Einparken des Kraftfahrzeugs in eine Parklücke und/oder beim Ausparken aus der Parklücke unterstützt werden kann.
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Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst wiederum eine Sensoranordnung 3. Die Sensoranordnung 3 weist zumindest eine Ultraschallsensorvorrichtung 4 auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoranordnung 3 zwölf Ultraschallsensorvorrichtungen 4. Dabei sind sechs Ultraschallsensorvorrichtungen 4 in einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 und sechs Ultraschallsensorvorrichtungen 4 in einem Heckbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Ultraschallsensorvorrichtungen 4 können insbesondere an den Stoßfängern des Kraftfahrzeugs 1 montiert sein. Dabei können die Ultraschallsensorvorrichtungen 4 zumindest bereichsweise in entsprechenden Ausnehmungen beziehungsweise Durchgangsöffnungen der Stoßfänger angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtungen 4 verdeckt hinter den Stoßfängern angeordnet sind. Grundsätzlich können die Ultraschallsensorvorrichtungen 4 auch an weiteren Verkleidungsteilen beziehungsweise Bauteilen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Beispielsweise können die Ultraschallsensorvorrichtungen 4 an oder verdeckt hinter den Türen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.
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Mithilfe der jeweiligen Ultraschallsensorvorrichtungen 4 können Sensorsignale beziehungsweise Empfangssignale R bereitgestellt werden, welche zumindest ein Objekt 8 in einem Umgebungsbereich 9 des Kraftfahrzeugs 1 beschreiben. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 gezeigt. Zum Bestimmen des Empfangssignals R kann mit jeder der Ultraschallsensorvorrichtungen 4 ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Im Anschluss daran kann das von dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen werden. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals kann dann ein Abstand zwischen der Ultraschallsensorvorrichtung 4 und dem Objekt 8 bestimmt werden.
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Darüber hinaus umfasst das Fahrerassistenzsystem 2 ein elektronisches Steuergerät 5, welches mit den Ultraschallsensorvorrichtungen 4 zur Datenübertragung verbunden ist. Eine entsprechende Datenleitung ist vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Anhand der Sensorsignale, welche von den Ultraschallsensorvorrichtungen 4 an das Steuergerät 5 übertragen werden, kann das Steuergerät 5 überprüfen, ob sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich befindet und in welcher Position sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich befindet. Diese Information kann dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 genutzt werden, um eine Ausgabe an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 auszugeben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem 2 in eine Lenkung, ein Bremssystem und/oder einen Antriebsmotor eingreift, um das Kraftfahrzeug 1 in Abhängigkeit von dem zumindest einen erfassten Objekt 8 zumindest semi-autonom zu manövrieren.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ultraschallsensorvorrichtung 4. Die Ultraschallsensor 4 umfasst einen Ultraschallsensor 10, welcher wiederum eine Membran 11 sowie ein Wandlerelement 12 aufweist. Die Membran 11 ist topfförmig ausgebildet und kann aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gebildet sein. Das Wandlerelement 12 ist mit der Membran 11 zur Schwingungsübertragung gekoppelt. Bei dem Wandlerelement 12 kann es sich um einen elektroakustischen Wandler, insbesondere ein piezoelektrisches Element, handeln. Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensor 4 eine Auswerteeinrichtung 13 beziehungsweise eine Auswerteelektronik. Die Auswerteelektronik 13 ist an einem Ausgang 14 über entsprechende Leitungen mit dem Wandlerelement 12 elektrisch verbunden. Zudem weist die Auswerteeinrichtung 13 einen Eingang 15 auf, über welchen die Auswerteeinrichtung 13 mit dem elektronischen Steuergerät 5 zur Datenübertragung verbunden werden kann. Auf diese Weise können Steuersignale von dem Steuergerät 5 an die Auswerteeinrichtung 13 übertragen werden. Darüber hinaus können die Empfangssignale R beziehungsweise Sensorsignale von der Auswerteeinrichtung 13 an das Steuergerät 5 übertragen werden.
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Die Auswerteeinrichtung 13 umfasst ferner eine Modulationseinheit 16, mittels welcher ein Anregungssignal T zur Anregung des Ultraschallsensors 10 beziehungsweise des Wandlerelements 12 bereitgestellt werden kann. Durch die Anregung des Wandlerelements 12 wird auch die Membran 11 zu Schwingungen angeregt. Somit kann das Ultraschallsignal mit dem Ultraschallsensor 10 ausgesendet werden. Dabei ist es vorgesehen, dass das ausgesendete Ultraschallsignal moduliert wird. Zu diesem Zweck wird das Anregungssignal T mittels der Modulationseinrichtung 16 moduliert. Dabei erfolgt die Modulation durch Phasenumtastung einer Trägerfrequenz des Anregungssignals T. Das in dem Umgebungsbereich 9 beziehungsweise an dem Objekt 8 reflektierte Ultraschallsignal trifft wieder auf die Membran 11 des Ultraschallsensors 10. Dadurch wird die Membran 11 zu Schwingungen angeregt, welche an das Wandlerelement 12 übertragen werden. In Abhängigkeit von der Schwingung wird dann mit dem Wandlerelement 12 das Empfangssignal R erzeugt, welches die Schwingung der Membran 11 und somit das reflektierte Ultraschallsignal beschreibt.
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Dabei ist es erforderlich, dass das Empfangssignal R, welches das reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, entsprechend demoduliert wird. Zu diesem Zweck weist die Auswerteeinrichtung 13 eine Demodulationseinheit 17 auf. Diese Demodulationseinheit 17 dient zur Rückgewinnung der Trägerfrequenz des ausgesendeten Ultraschallsignals beziehungsweise des Anregungssignals T. Die Demodulationseinheit 17 kann hierzu eine Phasenregelschleife aufweisen. Insbesondere weist die Demodulationseinheit 17 eine Schaltung auf, welche als Costas Loop ausgebildet ist.
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3 zeigt ein Frequenzspektrum des Empfangssignals R. Dabei ist auf der Abszisse die Frequenz f und auf der Ordinate die Amplitude A aufgetragen. Hierbei ist zu erkennen, dass das Frequenzspektrum des Empfangssignals R einen Bereich 19 aufweist, in welchem das Ultraschallsignal nicht gedämpft wird. Dieser Bereich 19 ist einer Resonanzfrequenz fR der Membran 11 zugeordnet. Im Vergleich hierzu wird das Ultraschallsignal in einem Bereich 20 gedämpft. Die Membran 11 des Ultraschallsensors 10 verhält sich wie ein Bandpassfilter, welches das Spektrum des Ultraschallsignals beziehungsweise des Empfangssignals R verformt.
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Um die frequenzabhängige Dämpfung des Ultraschallsignals und somit des Empfangssignals R, welche durch die Membran 11 begründet ist, zu kompensieren, weist die Auswerteeinrichtung 13 einen Filter 18 auf. Dieses Filter 18 kann einen Tiefpassfilter und/oder Hochpassfilter aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Übertragungsfunktion des Filters 18 so bestimmt wird, dass diese einer inversen Übertragungsfunktion der Membran 11 entspricht. Hierzu zeigt 4 ein Frequenzspektrum des gefilterten Empfangssignals Rf, welches mit dem Filter 18 gefiltert wurde. Hierbei ist die Amplitude A des gefilterten Empfangssignals Rf in einem vorbestimmten Frequenzbereich 21 im Wesentlichen konstant. Zudem entspricht die Übertragungsfunktion einem idealen Bandpassfilter, welches steile Flanken aufweist.
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Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass die Membran 11 des Ultraschallsensors 10 in einem Frequenzband außerhalb der Resonanzfrequenz fR angeregt wird. Beispielsweise kann die Membran 11 in einem ersten Frequenzband angeregt werden, welches unterhalb der Resonanzfrequenz fR liegt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Membran 11 in einem zweiten Frequenzband angeregt wird, welches oberhalb der Resonanzfrequenz fR liegt. Dies eignet sich insbesondere, wenn nebeneinander angeordnete Ultraschallsensorvorrichtungen 4 gleichzeitig betrieben werden sollen. So kann beispielsweise eine erste der Ultraschallsensorvorrichtungen 4 das Ultraschallsignal in dem ersten Frequenzband aussenden und eine zweite der Ultraschallsensorvorrichtungen 4 kann das Ultraschallsignal in dem zweiten Frequenzband aussenden. Somit können die Ultraschallsignale voneinander unterschieden werden. Dies wird zusätzlich dadurch begünstigt, dass die Ultraschallsignale entsprechend moduliert beziehungsweise codiert werden. Dadurch, dass das Empfangssignal R entsprechend gefiltert wird, kann die Demodulation mittels der Demodulationseinheit 17 beziehungsweise der Costas Loop zuverlässig durchgeführt werden.
