-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals entlang einer Hauptsenderichtung angesteuert wird, anhand des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt wird und die Position des Objekts anhand des Empfangssignals bestimmt wird. Zudem wird ein Frequenzsignal bestimmt, welches Frequenzanteile des Empfangssignals beschreibt, und die Position des Objekts wird anhand des Frequenzsignals bestimmt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät, eine Ultraschallsensorvorrichtung sowie ein Fahrerassistenzsystem. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie ein computerlesbares Medium.
-
Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensoren für Kraftfahrzeuge. Derartige Ultraschallsensoren werden insbesondere zur Erfassung von Objekten sowie zur Distanzmessung verwendet. Diese Distanzmessung beruht auf einer Laufzeitmessung von Ultraschallsignalen in der Luft, die von dem Ultraschallsensor ausgesendet, von dem Objekt reflektiert und von dem Ultraschallsensor wieder empfangen werden. Um ein solches reflektiertes Ultraschallsignal beziehungsweise ein Echosignal identifizieren zu können, werden diverse Filter eingesetzt, beispielsweise Korrelatoren, die das ausgesendete Ultraschallsignal mit dem empfangenen Echosignal vergleichen. Über die Zeitverzögerung (Time-of-Flight) wird dann unter Kenntnis der Schallgeschwindigkeit auf die Entfernung des Objekts geschlossen. Mit einem derartigen Verfahren kann lediglich die Entfernung beziehungsweise der Abstand, jedoch keine Richtung bestimmt werden, in der sich das Objekt befindet.
-
Die Richtung, in welcher sich das Objekt befindet, wird heutzutage im Systemverbund beziehungsweise innerhalb einer Ultraschallsensorvorrichtung bestimmt, welche mehrere Ultraschallsensoren an unterschiedlichen Positionen umfasst. Hier kann die Richtung, in der sich das Objekt befindet, mittels geometrischer Methoden, beispielsweise Trilateration oder Multilateration, bestimmt werden. Zur Bestimmung von zwei Winkeldimensionen erfordert dies, dass die Richtwirkungen der Ultraschallsensoren dazu in einer Ebene angeordnet sein müssen und nicht in einer Linie, wie dies beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug-Einparksystem an einem Stoßfänger der Fall ist, bei welchem folglich nur der horizontale Winkel bestimmt werden kann. Des Weiteren erfordert die Richtungsbestimmung auf Systemebene eine hohe Messzeit und es existieren sehr oft Uneindeutigkeiten.
-
Auf Sensorebene besteht heutzutage zusätzlich die Möglichkeit, eine Klassifikation des Hindernisobjekts und damit eine Richtungsbestimmung über die Auswertung von mehreren Echos desselben Objekts vorzunehmen. Hierzu bedarf es einerseits der Kenntnis, wie viele Echos das zu bestimmende Objekt beziehungsweise Hindernis zurückwirft. Zum anderen ist es erforderlich, dass die Ultraschallsensorvorrichtung eine sehr hohe zeitliche Auflösung sicherstellt, da die Echos desselben Objekts im Allgemeinen nur sehr geringe Laufzeitunterschiede aufweisen.
-
Hierzu beschreibt die
DE 10 2015 206 762 B3 ein Verfahren zum Bestimmen einer Position und/oder einer Ausdehnung eines Objekts unter Verwendung von Ultraschall. Hierbei wird ein einziger Schallwandler in einem Schalltrichter so angeordnet, dass eine Schallquelle entsteht, deren Abstrahlrichtung von der Schallfrequenz abhängig ist. Dabei ist es vorgesehen, mindestens einen Ultraschallpuls auszusenden und Ultraschallechos zu empfangen. Ferner ist es vorgesehen, die Schallfrequenz des mindestens einen Ultraschallpulses zeitlich zu variieren oder die Schallfrequenz von aufeinanderfolgenden Pulsen zu variieren. Die Position und/oder Ausdehnung des Objekts wird mithilfe des empfangenen Ultraschallsignals ermittelt.
-
Darüber hinaus beschreibt die
DE 10 2010 028 829 A1 ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts relativ zu einem Fahrzeug. Dabei wird mit einem Ultraschallsensor ein erster Ultraschallpuls ausgesendet, wobei der Ultraschallpuls mehrere vorgegebene Sendefrequenzen umfasst, die zu einer Variation der Richtcharakteristik des Ultraschallsensors führen. Der ausgesendete erste Ultraschallpuls wird an einem Objekt reflektiert und als erster Echoimpuls empfangen. Anschließend wird ein Frequenzspektrum des ersten Echopulses bestimmt und in Abhängigkeit von dem Frequenzspektrum des ersten Echopulses und den Richtcharakteristiken ein erster Absolutwert eines relativen Ablagewinkels eines Objekts bestimmt.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie die Position eines Objekts und insbesondere die Richtung des Objekts mithilfe eines Ultraschallsensors auf einfache und zuverlässige Weise bestimmt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch ein Steuergerät, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem, durch ein Computerprogrammprodukt sowie durch ein computerlesbares Medium gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen einer Position eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs wird ein Ultraschallsensor bevorzugt zum Aussenden eines Ultraschallsignals entlang einer Hauptsenderichtung angesteuert. Darüber hinaus wird bevorzugt anhand des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt. Ferner wird insbesondere ein Frequenzsignal bestimmt, welches Frequenzanteile des Empfangssignals beschreibt. Darüber hinaus wird die Position des Objekts bevorzugt anhand des Frequenzsignals bestimmt. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass eine erste Amplitude des Frequenzsignals in einem vorbestimmten ersten Frequenzbereich bestimmt wird und eine zweite Amplitude des Frequenzsignals in einem vorbestimmten zweiten Frequenzbereich bestimmt wird. Anhand eines Verhältnisses zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude kann dann insbesondere ein Winkel zwischen der Hauptsenderichtung und einer Verbindungslinie zwischen dem Objekt und dem Ultraschallsensor bestimmt werden.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Bestimmen einer Position eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird ein Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals entlang einer Hauptsenderichtung angesteuert und anhand des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals wird ein Empfangssignal bestimmt. Darüber hinaus wird ein Frequenzsignal bestimmt, welches Frequenzanteile des Empfangssignals beschreibt. Die Position des Objekts wird dann anhand des Frequenzsignals bestimmt. Hierbei ist es vorgesehen, dass eine erste Amplitude des Frequenzsignals in einem vorbestimmten ersten Frequenzbereich bestimmt wird, eine zweite Amplitude des Frequenzsignals in einem vorbestimmten zweiten Frequenzbereich bestimmt wird und anhand eines Verhältnisses zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude ein Winkel zwischen der Hauptsenderichtung und einer Verbindungslinie zwischen dem Objekt und dem Ultraschallsensor bestimmt wird.
-
Mithilfe des Verfahrens soll die Position eines Objekts in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Das Verfahren kann mit einem Steuergerät, welches Teil einer Ultraschallsensorvorrichtung ist, durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann zunächst mit dem Steuergerät ein Steuersignal an den Ultraschallsensor übertragen werden. Infolge des Steuersignals wird mit dem Ultraschallsensor das Ultraschallsignal ausgesendet. Der Ultraschallsensor, welcher auch als Ultraschallwandler bezeichnet werden kann, kann eine Membran aufweisen, welche insbesondere topfförmig ausgebildet ist und beispielsweise aus Aluminium gebildet sein kann. Diese Membran beziehungsweise ein Membranboden der Membran kann mit einem Schallwandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, zur Schwingungsübertragung verbunden sein. Das Steuersignal kann beispielsweise in Form einer zeitlich veränderlichen Spannung an das Schallwandlerelement übertragen werden. Auf diese Weise werden das Schallwandlerelement und die Membran zum Schwingen angeregt und das Ultraschallsignal ausgesendet. Dabei wird das Ultraschallsignal entlang der Hauptsenderichtung ausgesendet. Diese Hauptsenderichtung kann sich insbesondere senkrecht zu dem Membranboden erstrecken. Das ausgesendete Ultraschallsignal wird an dem Objekt reflektiert und gelangt wieder zu der Membran des Ultraschallsensors zurück. Durch das reflektierte Ultraschallsignal beziehungsweise das Echo werden die Membran und somit auch das Schallwandlerelement zum Schwingen angeregt. Mit dem Schallwandlerelement kann dann das Empfangssignal, beispielsweise in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung, ausgegeben werden. Dieses Empfangssignal beschreibt das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal. Darüber hinaus wird das Frequenzsignal bestimmt, welches Frequenzanteile des Empfangssignals beschreibt. Beispielsweise kann das Frequenzsignal ein Frequenzspektrum des Empfangssignals beschreiben. Dieses Frequenzsignal wird nun genutzt, um die Position des Objekts bezüglich einer Richtung zu charakterisieren.
-
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich des Frequenzsignals bestimmt werden. Dabei unterscheiden sich der erste Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich insbesondere voneinander. In dem ersten Frequenzbereich wird die erste Amplitude des Frequenzsignals bestimmt. Bei der ersten Amplitude kann es sich insbesondere um ein Maximum beziehungsweise um eine maximale Amplitude des Frequenzsignals in dem ersten Frequenzbereich handeln. In gleicher Weise wird die zweite Amplitude des Frequenzsignals in dem zweiten Frequenzbereich bestimmt. Darüber hinaus wird das Verhältnis zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude bestimmt. Auf Grundlage des Verhältnisses wird dann der Winkel zwischen der Hauptsenderichtung und einer Verbindungslinie zwischen dem Objekt und dem Ultraschallsensor bestimmt. Der Winkel kann auch als Zielwinkel oder als Objektwinkel bezeichnet werden. Hierbei wird berücksichtigt, dass die Schallfeldcharakteristik des Ultraschallsensors räumlich gerichtet ist. Darüber hinaus wird die Kenntnis berücksichtigt, dass diese Schallfeldcharakteristik beziehungsweise Richtcharakteristik des Ultraschallsensors frequenzabhängig ist. Dies bedeutet, dass die Position des Objekts innerhalb des Schallfelds des Ultraschallsensors und somit der Winkel zwischen dem Objekt und der Hauptsenderichtung das Frequenzgemisch des empfangenen Ultraschallsignals beeinflusst. Dies kann anhand des Frequenzsignals erkannt werden. Dadurch, dass das Verhältnis zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude bestimmt wird, kann auf einfache und zuverlässige Weise überprüft werden, wie das reflektierte Ultraschallsignal in dem ersten Frequenzbereich im Vergleich zu dem zweiten Frequenzbereich beeinflusst wird. Auf diese Weise kann die Richtung des Objekts beziehungsweise der Winkel zwischen der Hauptsenderichtung und dem Objekt auf einfache und zuverlässige Weise bestimmt werden. Hierzu ist es nicht notwendig, dass mehrere Messungen mit unterschiedlichen Frequenzen durchgeführt werden oder dass die Frequenz während des Aussendens variiert wird.
-
Bevorzugt wird der Ultraschallsignalsensor für eine vorbestimmte Sendedauer und mit einer konstanten Ansteuerfrequenz angesteuert. Durch die Ansteuerung des Ultraschallsensors wird das Ultraschallsignal ausgesendet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass es sich bei dem Ultraschallsignal um einen verhältnismäßig kurzen Ultraschallpuls handelt, welcher eine möglichst konstante Frequenz aufweist. Dabei kann die Sendedauer des Ultraschallpulses zwischen 200 ms und 400 ms, insbesondere zwischen 250 ms und 350 ms, liegen. Insbesondere beträgt die Sendedauer 300 ms. Die Ansteuerfrequenz, mit welcher der Ultraschallsignalsensor angesteuert wird, kann im Bereich von 50 kHz liegen. Insbesondere entspricht die Ansteuerfrequenz einer Resonanzfrequenz der Membran des Ultraschallsensors. Gegenüber Messmethoden mit langen Ultraschallpulsen und/oder mir Frequenzvariationen weist dieses Verfahren den Vorteil auf, dass der Energiebedarf verhältnismäßig gering ist. Durch die verhältnismäßig kurzen Ultraschallpulse ist es auch möglich, verhältnismäßig geringe Abstände zu messen. Hierbei wird weiterhin die Küpfmüllersche Unbestimmtheitsrelation ausgenutzt, die besagt, dass die Zeitdauer und die Bandbreite eines Signals nicht gleichzeitig beliebig klein werden können. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass, je kürzer der Ultraschallpuls ist, desto größer auch seine Bandbreite ist. Somit kann erreicht werden, dass das Frequenzsignal beziehungsweise das Amplitudenspektrum eine verhältnismäßig große Bandbreite aufweist. Somit kann der Winkel zwischen der Hauptsenderichtung und dem Objekt auf zuverlässige Weise abgeschätzt werden.
-
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste Frequenzbereich höhere Frequenzen aufweist als die Ansteuerfrequenz und der zweite Frequenzbereich niedrigere Frequenzen aufweist als die Ansteuerfrequenz. Mit anderen Worten können die Frequenzen des ersten Frequenzbereichs größer sein als die Ansteuerfrequenz und die Frequenzen des zweiten Frequenzbereichs können niedriger sein als die Ansteuerfrequenz. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass der erste Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich die gleiche Bandbreite aufweisen. Der erste Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich können insbesondere symmetrisch bezüglich der Ansteuerfrequenz gewählt werden. Um die Amplituden in den jeweiligen Frequenzbereichen zu bestimmen, kann das Empfangssignal mit Bandpassfiltern gefiltert werden. Hierzu kann ein erstes Bandpassfilter, dessen Durchlassbereich dem ersten Frequenzbereich entspricht, und ein zweites Bandpassfilter, dessen Durchlassbereich dem zweiten Frequenzbereich entspricht, verwendet werden.
-
Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass der erste Frequenzbereich einem Nebenmaximum des Frequenzsignals zugeordnet wird, welches im Vergleich zu einem Hauptmaximum des Frequenzsignals eine höhere Frequenz aufweist, und der zweite Frequenzbereich einem Nebenmaximum des Frequenzsignals zugeordnet wird, welches im Vergleich zu dem Hauptmaximum des Frequenzsignals eine niedrigere Frequenz aufweist. Das Frequenzsignal, welches insbesondere das Amplitudenspektrum des Empfangssignals beschreibt, ist näherungsweise symmetrisch um das Hauptmaximum beziehungsweise um eine Hauptkeule. Dieses Hauptmaximum liegt im Bereich der Frequenz des Ultraschallsignals beziehungsweise der Ansteuerfrequenz des Schallwandlerelements. Das Nebenmaximum, welches insbesondere dem ersten Frequenzbereich zugeordnet ist, weist höhere Frequenzen auf als die Hauptkeule beziehungsweise das Hauptmaximum. Das weitere Nebenmaximum, welches dem zweiten Frequenzbereich zugeordnet ist, weist im Vergleich zu dem Hauptmaximum beziehungsweise der Hauptkeule niedrigere Frequenzen auf. Die Lage beziehungsweise die Frequenzbereiche der Nebenmaxima sowie des Hauptmaximums bei gegebener Abtastung sind bekannt beziehungsweise können in Versuchen ermittelt werden. Somit können auch der erste Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich auf zuverlässige Weise definiert werden. Damit können die erste Amplitude des Nebenmaximums in dem ersten Frequenzbereich und die zweite Amplitude des Nebenmaximums in dem zweiten Frequenzbereich auf einfache Weise miteinander verglichen werden und somit der Winkel zwischen der Hauptsenderichtung und dem Objekt bestimmt werden.
-
Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass der Winkel umso größer angenommen wird, umso geringer das Verhältnis zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude ist. Je größer der Winkel zu dem Objekt ist, umso geringer sind die Amplituden der höheren Frequenzanteile. Dieser Effekt ist der Richtungsabhängigkeit der Übertragungsfunktion geschuldet. Dies beruht wiederum auf der Abhängigkeit der Richtwirkung vom Apertur-Wellenlängen-Verhältnis. Mit anderen Worten ist die zweite Amplitude umso geringer, je größer der Winkel zwischen der Hauptsenderichtung und dem Objekt ist. Somit kann der Winkel und insbesondere der Betrag des Winkels auf einfache und zuverlässige Weise abgeschätzt werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird zum Bestimmen des Frequenzsignals ein Frequenzspektrum des empfangenen Ultraschalls bestimmt und/oder das empfangene Ultraschallsignal wird gefiltert. Um anhand des Empfangssignals, welches den zeitlichen Verlauf des reflektierten Ultraschallsignals beziehungsweise des Echos beschreibt, das Frequenzsignal bestimmen zu können, kann das Frequenzspektrum des Empfangssignals bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Frequenzsignal ein Amplitudenspektrum des Empfangssignals beschreibt. Alternativ oder zusätzlich können entsprechende Filter verwendet werden, um anhand des Empfangssignals das Frequenzsignal zu bestimmen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Frequenzsignal intern in dem Ultraschallsensor bestimmt wird. Der Ultraschallsensor kann eine entsprechende Sensorelektronik aufweisen, welche eine Signalauswertung durchführen kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass die erste Amplitude und die zweite Amplitude mittels der Sensorelektronik bestimmt werden. Ferner kann auch das Verhältnis zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude intern in dem Sensor bestimmt werden. Alternativ dazu kann das Empfangssignal von dem Ultraschallsensor an das Steuergerät übertragen werden. Innerhalb des Steuersignals können dann das Frequenzsignal sowie auch das Verhältnis zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude bestimmt werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann das Empfangssignal mit einem vorbestimmten Referenzsignal korreliert werden, anhand der Korrelation kann eine Phasenverschiebung zwischen dem Empfangssignal und dem Referenzsignal bestimmt werden und der Winkel kann zusätzlich anhand der Phasenverschiebung bestimmt werden. Die Phasenverschiebung ergibt sich aufgrund der Reflexion des ausgesendeten Ultraschallsignals an dem Objekt. Abhängig von der Phasenverschiebung wird ein Reflexionswinkel des Echosignals am Objekt bestimmt und abhängig vom Reflexionswinkel eine Orientierung des Echosignals zu der Hauptsenderichtung bestimmt. Auf diese Weise wird es möglich, den Winkel zwischen der Hauptsenderichtung und dem Objekt zu plausibilisieren.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird zum Bestimmen des Winkels das Objekt mit einem weiteren Ultraschallsensor erfasst und der Winkel wird zusätzlich mittels Trilateration bestimmt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass sowohl mit dem Ultraschallsensor als auch mit dem weiteren Ultraschallsensor anhand einer Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals jeweils ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt bestimmt wird. Auf Grundlage von Trilateration kann dann die Position des Objekts bezüglich des Ultraschallsensors und des weiteren Ultraschallsensors bestimmt werden. Dies ermöglicht eine zuverlässige Bestimmung des Winkels zwischen der Hauptsenderichtung und der Verbindungslinie zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt. Auf Grundlage des Verhältnisses zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude kann der Winkel zwischen der Hauptsenderichtung und dem Objekt abgeschätzt werden. Wenn der Winkel anhand des Verhältnisses abgeschätzt wird, ist es zudem bevorzugt vorgesehen, dass bestimmt wird, an welcher Position sich das Objekt auf einer Ellipse beziehungsweise einem Kreis um die Hauptsenderichtung befindet. Darüber hinaus können weitere Methoden zur Plausibilisierung der Richtungsschätzung verwendet werden. Beispielsweise können mehrere Echos des Ultraschallsignals, welche von dem Objekt, stammen, herangezogen werden.
-
Ein erfindungsgemäßes Steuergerät ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Dieses Steuergerät ist Teil einer Ultraschallsensorvorrichtung und ist mit dem Ultraschallsensor zur Datenübertragung verbunden.
-
Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst das erfindungsgemäße Steuergerät sowie einen Ultraschallsensor. Das Steuergerät und der Ultraschallsensor können zur Datenübertragung mit einer entsprechenden Datenleitung beziehungsweise einem Datenbus verbunden sein. Bevorzugt weist die Ultraschallsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren auf.
-
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Grundsätzlich können mithilfe des Fahrerassistenzsystems Objekte in dem 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.
-
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.
-
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 und/oder eines Ultraschallsensors abgearbeitet wird.
-
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 und/oder eines Ultraschallsensors geladen und auf einem Prozessor des elektronischen Steuergeräts und/oder des Ultraschallsensors abgearbeitet werden.
-
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.
-
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.
-
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug, welches eine Ultraschallsensorvorrichtung mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ultraschallsensors und eines Objekts, wobei unterschiedliche Winkel zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt dargestellt sind;
- 3 ein Amplitudenspektrum des empfangenen Ultraschallsignals bei einem ersten Winkel zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt;
- 4 ein Amplitudenspektrum des reflektierten Ultraschallsignals bei einem zweiten Winkel zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt; und
- 5 Verhältnisse zwischen den Amplituden der Nebenmaxima des Frequenzspektrums für unterschiedliche Winkel.
-
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 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 1 in eine Parklücke und/oder beim Ausparken aus der Parklücke unterstützt werden kann.
-
Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst wiederum eine Ultraschallsensorvorrichtung 3. Die Ultraschallsensorvorrichtung 3 umfasst zumindest einen Ultraschallsensor 4. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 zwölf Ultraschallsensoren 4. Dabei sind sechs Ultraschallsensoren 4 in einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet und sechs Ultraschallsensoren 4 sind in einem Heckbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 4 können beispielsweise an den Stoßfängern des Kraftfahrzeugs 1 montiert sein. Dabei können die Ultraschallsensoren 4 zumindest bereichsweise in entsprechenden Ausnehmungen beziehungsweise Durchgangsöffnungen der Stoßfänger angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensoren 4 verdeckt hinter den Stoßfängern angeordnet sind. Grundsätzlich können die Ultraschallsensoren 4 auch in weiteren Verkleidungsteilen beziehungsweise Bauteilen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Beispielsweise können die Ultraschallsensoren 4 an oder verdeckt hinter den Türen des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.
-
Mithilfe der jeweiligen Ultraschallsensoren 4 können Empfangssignale 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 kann mit jedem der Ultraschallsensoren 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 dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt 8 bestimmt werden.
-
Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 ein elektronisches Steuergerät 5, welches mit den Ultraschallsensoren 4 zur Datenübertragung verbunden ist. Entsprechende Datenleitungen sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Anhand der Empfangssignale, welche von den Ultraschallsensoren 4 an das Steuergerät 5 übertragen werden, kann das Steuergerät 5 überprüfen, ob sich das Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 9 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 erfassten Objekt 8 zumindest semi-autonom zu manövrieren.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ultraschallsensors 4. Wie bereits erläutert, wird mit diesem Ultraschallsensor 4 ein Ultraschallsignal ausgesendet. Dieses ausgesendete Ultraschallsignal weist eine vorbestimmte Richtcharakteristik beziehungsweise Schallfeldcharakteristik auf. Vorliegend ist eine Hauptsenderichtung 10 des ausgesendeten Ultraschallsignals dargestellt. Anhand des ausgesendeten und des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals kann das Objekt 8 mithilfe des Ultraschallsensors 4 erkannt werden. Dabei soll zudem ein Winkel α zwischen der Hauptsenderichtung 10 und einer Verbindungslinie 11 zwischen dem Objekt 8 und dem Ultraschallsensor 4 bestimmt werden. Vorliegend ist beispielhaft das Objekt 8 dargestellt, das sich auf der Linie, welche die Hauptsenderichtung 10 beschreibt, befindet. Hier beträgt der Winkel α zwischen der Hauptsenderichtung 10 und dem Objekt 8 0°. Ferner ist das Objekt 8 an einer zweiten Position dargestellt. Hier beträgt der Winkel α zwischen der Hauptsenderichtung 10 und der Verbindungslinie 11 etwa 30°.
-
Um den Winkel α zwischen der Hauptsenderichtung 10 und dem Objekt 8 zu bestimmen, wird mit dem Ultraschallsensor 4 ein Ultraschallsignal beziehungsweise ein Ultraschallpuls mit einer vorbestimmten Zeitdauer ausgesendet, welche beispielsweise 300 ms betragen kann. Zudem wird der Ultraschallsignalsensor mit einer konstanten Ansteuerfrequenz fs angeregt, welche im Bereich von 50 kHz liegen kann. Um den Winkel α bestimmen zu können, wird sich der Kenntnis bedient, dass die Schallfeldcharakteristik des Ultraschallsensors 4 räumlich gerichtet ist und dass diese Richtcharakteristik frequenzabhängig ist. Aus dem Empfangssignal, welches mit dem Ultraschallsensor 4 auf Grundlage des empfangenen beziehungsweise des von dem Objekt 8 reflektierten Ultraschallsignals bestimmt wird, wird ein Frequenzsignal 12 bestimmt. Ein solches Frequenzsignal ist in 3 dargestellt. Dabei ist auf der Abszisse die Frequenz f und auf der Ordinate die Amplitude A aufgetragen.
-
Vorliegend ist zu erkennen, dass das Frequenzsignal 12 beziehungsweise das Amplitudenspektrum näherungsweise symmetrisch um ein Hauptmaximum 13 beziehungsweise eine Hauptkeule ist. Dieses Hauptmaximum 13 ist der Ansteuerfrequenz fs, mit welcher der Ultraschallsensor 4 angeregt wird, zugeordnet. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass das Frequenzsignal 12 neben dem Hauptmaximum 13 bei gegebener Abtastung jeweils Nebenmaxima 14 beziehungsweise Nebenkeulen aufweist. Dabei ist das Nebenmaximum 14, welches im Vergleich zu der Ansteuerfrequenz fs höhere Frequenzen aufweist, einem ersten Frequenzbereich Δf1 zugeordnet. Das Nebenmaximum 14, welches im Vergleich zu der Ansteuerfrequenz fs niedrigere Frequenzen aufweist, ist einem zweiten Frequenzbereich Δf2 zugeordnet. Die Frequenzbereiche Δf1, Δf2, in denen sich die Nebenmaxima 14 befinden, sind bekannt. In dem ersten Frequenzbereich Δf1 wird eine erste Amplitude A1 des Frequenzsignals 12 beziehungsweise des Nebenmaximums 14 bestimmt. In gleicher Weise wird in dem zweiten Frequenzbereich Δf2 eine zweite Amplitude A2 des Frequenzsignals 12 beziehungsweise des Nebenmaximums 14 bestimmt.
-
Das Frequenzsignal 12 gemäß 3 ist dem Fall von 2 zugeordnet, bei welchem der Winkel α zwischen der Hauptsenderichtung 10 und dem Objekt 8 etwa 0° beträgt. Im Vergleich hierzu zeigt 4 ein Frequenzsignal 12, welches dem Fall von 2 zugeordnet ist, bei welchem der Winkel α zwischen der Hauptsenderichtung 10 und der Verbindungslinie 11 etwa 30° beträgt. Hier ist deutlich zu erkennen, dass die erste Amplitude A1 des Nebenmaximums 14 in dem ersten Frequenzbereich Δf1 deutlich geringer ist als die zweite Amplitude A2 des Nebenmaximums 14 in dem zweiten Frequenzbereich Δf2. Je größer der Winkel α zwischen der Hauptsenderichtung 10 und der Verbindungslinie 11 ist, umso mehr werden die höheren Frequenzanteile des Empfangssignals gedämpft. Anhand eines Verhältnisses V zwischen der ersten Amplitude A1 und der zweiten Amplitude A2 kann der Winkel α abgeschätzt werden.
-
Um das Verhältnis V zu bestimmen, kann das Empfangssignal beziehungsweise das Frequenzsignal 12 entsprechend gefiltert werden. Hierzu können beispielsweise zwei enge Bandpassfilter implementiert werden, die jeweils nur den ersten Frequenzbereich des Nebenmaximums mit niedrigeren Frequenzen als die Ansteuerfrequenz fs oder nur den ersten Frequenzbereich des Nebenmaximums mit höheren Frequenzen als die Ansteuerfrequenz fs durchlassen. Über dem Quotienten der Amplituden A1, A2 oder der Leistungsamplituden des Ausgangs der beiden Filter kann dann auf die Richtung des Objekts 8 geschlossen werden.
-
Hierzu zeigt 5 die Verhältnisse V zwischen der ersten Amplitude A1 und der zweiten Amplitude A2 über 70 Messungen. Dabei ist auf der Ordinate die Anzahl n der Messungen aufgetragen und auf der Abszisse ist das Verhältnis aufgetragen. Hierbei sind jeweilige Kurven mit einem Winkel α von 0°, einem Winkel α von 15°, einem Winkel α von 30° und einem Winkel α von 45° aufgetragen. Wie zu erkennen ist, unterscheiden sich die jeweiligen Verhältnisse deutlich voneinander. Somit kann der Winkel α auf zuverlässige Weise abgeschätzt werden.
-
Insbesondere ist es vorgesehen, dass dieses Verfahren zur Schätzung des Winkels α mit weiteren Methoden kombiniert wird. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass das Objekt 8 mit zwei oder mehreren Ultraschallsensoren 4 erfasst wird. Somit kann der Winkel α zusätzlich mithilfe von Trilateration bestimmt werden. Somit kann eine Summe auf Sensorebene beziehungsweise innerhalb der Ultraschallsensorvorrichtung 3 ein höherer Vertrauensgrad für die Lage des Objekts 8 erhalten werden. Ferner wird es ermöglicht, dass auf die Bestätigung der Messergebnisse durch weitere Messungen verzichtet werden kann. Damit kann das Messergebnis schneller an höhere Systeme, beispielsweise Umfelderfassungssysteme, den Fahrer oder das Fahrerassistenzsystem 2 übergeben werden. Dadurch ergibt sich eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit und damit eine gesteigerte Systemleistungsfähigkeit.
