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Die vorliegende Erfindung bestimmt ein Verfahren zum Bestimmen einer Höhe eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert wird, anhand des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt wird und anhand des Empfangssignals die Höhe des Objekts abgeschätzt wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Recheneinrichtung sowie eine Ultraschallsensorvorrichtung. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie ein computerlesbares Medium.
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Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensoren für Kraftfahrzeuge. Derartige Ultraschallsensoren können beispielsweise Teil eines Fahrerassistenzsystems sein, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs zu unterstützen. Insbesondere werden derartige Ultraschallsensoren dazu verwendet, einen Abstand zu dem Objekt zu bestimmen beziehungsweise eine relative Lage zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt zu ermitteln. Hierzu wird mit den Ultraschallsensoren ein Ultraschallsignal ausgesendet und das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen. Anhand der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals kann der Abstand zu dem Objekt bestimmt werden.
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Ultraschallsensoren werden auch dazu verwendet, die Höhe des Objekts abzuschätzen. Die Unterscheidung von hohen und niedrigen Objekten mittels des Ultraschallsignals erfolgt heutzutage durch Detektion von Mehrfachreflexionen. Dabei beschreibt die Mehrfachreflexion den Fall, dass das ausgesendete Ultraschallsignal sowohl an dem Boden beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche als auch an dem Objekt reflektiert wird. Derartige Algorithmen beziehungsweise Verfahren sind aber stark von der Bodenstruktur abhängig. Grasbewachsene Flächen oder Schotter sind Beispiele, bei denen die Verfahren an ihre Grenzen stoßen. Des Weiteren eignen sich diese Verfahren lediglich, um Objekte, die höher als die Einbauhöhe des Ultraschallsensors sind, von solchen, die niedriger als die Einbauhöhe sind, zu unterscheiden. Eine detaillierte Höhenbestimmung ist mit diesem Verfahren nicht direkt möglich. Aus diesem Grund sind weitere Verfahren zur Höhenschätzung bekannt, die beispielsweise die Multilateration oder Multiangulation nutzen. Diese Verfahren benötigen jedoch mindestens zwei Ultraschallsensoren, was in kostenintensiven Anwendungen von Nachteil ist.
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Hierzu beschreibt die
DE 11 2013 004 908 T5 eine Objekterfassungsvorrichtung, die in einem mobilen Körper angebracht ist. Hierbei sendet eine sendende und empfangende Einheit wiederholt eine Sondierungswelle um den mobilen Körper herum und empfängt eine reflektierte Welle, die durch eine Reflektierung der Sondierungswelle an einem Objekt erhalten wird. Eine Empfangsresultatsberechnungseinheit berechnet auf der Basis der reflektierten Welle, die durch die sendende und die empfangende Einheit empfangen wird, einen Abstand von dem Objekt als einen Erfassungsabstand oder berechnet einen Bereich der reflektierten Welle. Ferner speichert eine Verlaufsspeicherungseinheit einen Verlauf des Empfangsresultats, das der Erfassungsabstand oder der Bereich ist. Eine Bestimmungseinheit bestimmt dann auf Basis des Verlaufs des Empfangsresultats eine Höhe des Objekts.
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Darüber hinaus ist es im Zusammenhang mit Radarsensoren aus dem Stand der Technik bekannt, ein sogenanntes Amplituden-Monopuls-Verfahren zu nutzen. Hierzu werden typischerweise zumindest zwei Radarsensoren benötigt. Diese weisen meist eine ähnliche Richtcharakteristik auf und werden in einem geeigneten Abstand zueinander positioniert, um eine Überlagerung der Richtcharakteristiken beziehungsweise der Richtdiagramme zur Bestimmung der Einfallsrichtung von Echos zu ermöglichen. In nicht statischen Systemen muss zusätzlich gewährleistet sein, dass bei Messungen mit beiden Sensoren dasselbe Szenario abgebildet wird, was im Allgemeinen bedeutet, dass die Messungen mit den Sensoren zur selben Zeit durchgeführt werden müssen. Während diese simultane Messung im Radarsystem realisierbar ist, stellt diese Anforderung Ultraschallsysteme vor Herausforderungen. Zusätzlich tritt auch hier der Kostennachteil durch zwei notwendige Sensoren auf.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Höhenschätzung eines Objekts mithilfe eines Ultraschallsensors kostengünstig und gleichzeitig präziser durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Recheneinrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem, durch ein Computerprogrammprodukt sowie durch ein computerlesbares Medium mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Bestimmen einer Höhe eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird ein Ultraschallsensor zum Aussenden eines Ultraschallsignals angesteuert. Ferner wird anhand des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals ein Empfangssignal bestimmt und anhand des Empfangssignals wird die Höhe des Objekts abgeschätzt. Dabei wird der Ultraschallsensor derart angesteuert, dass das ausgesendete Ultraschallsignal einen ersten Signalanteil mit einer ersten Richtcharakteristik und einen zweiten Signalanteil mit einer zweiten Richtcharakteristik aufweist. In dem Empfangssignal werden ein erster Richtungsanteil, der von dem ersten Signalanteil stammt, und ein zweiter Richtungsanteil, der von dem zweiten Signalanteil stammt, bestimmt. Darüber hinaus wird die Höhe des Objekts anhand einer additiven und/oder subtraktiven Überlagerung des ersten Richtungsanteils und des zweiten Richtungsanteils abgeschätzt.
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Mithilfe des Verfahrens soll die Höhe des Objekts, welches sich in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs befindet, abgeschätzt werden. Somit kann beispielsweise ermittelt werden, ob es sich bei dem Objekt um ein hohes Objekt oder um ein niedriges Objekt handelt. Ein niedriges Objekt kann ein derartiges Objekt beschreiben, welches beispielsweise von dem Kraftfahrzeug überfahren werden kann, ohne dass eine Beschädigung des Kraftfahrzeugs droht. Bei einem hohen Objekt droht üblicherweise eine Beschädigung des Kraftfahrzeugs. Die Höhe des Objekts wird bevorzugt in Hochrichtung des Kraftfahrzeugs beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung bestimmt. Zur Abschätzung der Höhe des Objekts wird mit dem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet. Zu diesem Zweck kann der Ultraschallsensor mit einer entsprechenden Recheneinrichtung angesteuert werden. Der Ultraschallsensor kann eine Membran aufweisen, die mit einem Wandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, gekoppelt ist. Mittels der Recheneinrichtung kann dann das Anregungssignal in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung an das Wandlerelement übertragen werden. Hierdurch werden das Wandlerelement und somit auch die Membran zum Schwingen angeregt, wodurch das Ultraschallsignal ausgesendet wird. Darüber hinaus wird mit dem Ultraschallsensor das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal empfangen. Bei dem Empfangen trifft das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal oder ein Teil davon auf die Membran des Ultraschallsensors. Hierdurch wird diese und auch das Wandlerelement zum Schwingen angeregt. Mit dem Wandlerelement kann dann das Empfangssignal ausgegeben werden, welches die Schwingung der Membran in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der Ultraschallsensor derart angesteuert wird, dass das ausgesendete Ultraschallsignal den ersten Signalanteil und den zweiten Signalanteil aufweist. Es wird also insbesondere ein einziges Ultraschallsignal beziehungsweise ein Ultraschallpuls ausgesendet, der sowohl den ersten Signalanteil als auch den zweiten Signalanteil umfasst. Beispielsweise kann der zweite Signalanteil in dem Ultraschallsignal auf den ersten Signalanteil folgen. Dabei sind der erste Signalanteil und der zweite Signalanteil derart bestimmt, dass der erste Signalanteil eine erste Richtcharakteristik und der zweite Signalanteil die zweite Richtcharakteristik aufweist, welche sich von der ersten Richtcharakteristik unterscheidet. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass in dem Empfangssignal, welches das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal beschreibt, der erste Richtungsanteil bestimmt wird, der den ersten Signalanteil des ausgesendeten Ultraschallsignals beschreibt beziehungsweise der von diesem stammt. Ferner wird mit dem Empfangssignal der zweite Richtungsanteil, der von dem zweiten Signalanteil des ausgesendeten Ultraschallsignals stammt, bestimmt. Der erste Richtungsanteil kann insbesondere eine Amplitude oder Amplituden des Anteils des Empfangssignals beschreiben, welcher von dem ersten Signalanteil stammt. Ferner kann der zweite Richtungsanteil bevorzugt die Amplitude oder Amplituden des Anteils des Empfangssignals beschreiben, welcher von dem zweiten Signalanteil stammt.
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Durch das Bestimmen des ersten Richtungsanteils und des zweiten Richtungsanteils können die Anteile des Empfangssignals für die unterschiedlichen Richtcharakteristiken bestimmt werden. Dabei beschreibt die Richtcharakteristik die Winkelabhängigkeit der Stärke des ausgesendeten Ultraschallsignals und somit des empfangenen Ultraschallsignals. Durch das Aussenden des Ultraschallsignals mit den zwei Signalanteilen können somit unterschiedliche Winkelbereiche in dem Umgebungsbereich erfasst werden. Anhand der Bestimmung des ersten Richtungsanteils und des zweiten Richtungsanteils kann überprüft werden, welche Anteile des ausgesendeten Ultraschallsignals aus den jeweiligen Winkelbereichen reflektiert wurden. Dabei ist es ferner vorgesehen, dass der erste Richtungsanteil und der zweite Richtungsanteil additiv und/oder subtraktiv überlagert werden. Beispielsweise kann ein Additionssignal anhand der additiven Überlagerung der Richtungsanteile bestimmt werden und es kann ein Differenzsignal anhand der subtraktiven Überlagerung der Richtungsanteile bestimmt werden. Somit kann mithilfe eines einzelnen Ultraschallsensors das Amplituden-Monopuls-Verfahren, welches in dieser Art aus der Radartechnik bekannt ist, nachgebildet werden. Vorliegend wird das Prinzip des Amplituden-Monopuls-Verfahrens auf einen einzigen Ultraschallsensor übertragen. Durch die Auswertung der Richtungsanteile, die aus unterschiedlichen Winkelbereichen stammen, kann die Höhe des Objekts abgeschätzt werden. Dies wird durch die Messung mit einem einzigen Ultraschallsensor ermöglicht. Ferner ist dieses Verfahren nahezu unabhängig von dem Untergrund beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche. Somit kann auf kostengünstige Weise eine präzise Höhenschätzung mithilfe eines einzigen Ultraschallsensors durchgeführt werden.
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Bevorzugt ist der erste Signalanteil einem ersten Frequenzbereich zugeordnet und der zweite Signalanteil ist einem zweiten Frequenzbereich zugeordnet. Im einfachsten Fall kann dem ersten Signalanteil eine erste Frequenz und dem zweiten Signalanteil eine zweite Frequenz zugeordnet sein. Ferner kann es vorgesehen sein, dass dem ersten Signalanteil der erste Frequenzbereich beziehungsweise ein erstes Frequenzband zugeordnet ist. Dem zweiten Signalanteil ist dann der zweite Frequenzbereich beziehungsweise ein zweites Frequenzband zugeordnet. Dabei unterscheidet sich der erste Frequenzbereich bevorzugt von dem zweiten Frequenzbereich. Durch die unterschiedlichen Frequenzbereiche können auf einfache Weise die unterschiedlichen Richtcharakteristiken bereitgestellt werden.
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In einer Ausführungsform ist der erste Frequenzbereich des ersten Signalanteils im Vergleich zu dem zweiten Frequenzbereich des zweiten Signalanteils höher und der erste Signalanteil weist im Vergleich zu dem zweiten Signalanteil eine breitere Richtcharakteristik auf. In dem ausgesendeten Ultraschallsignal kann der zweite Signalanteil auf den ersten Signalanteil zeitlich folgen. Der erste Frequenzbereich mit den niedrigen Frequenzen bewirkt eine breite Richtcharakteristik, wohingegen der zweite Signalanteil mit den höheren Frequenzen eine schmalere Richtcharakteristik bereitstellt. Dabei ist es üblicherweise vorgesehen, dass die Richtcharakteristiken symmetrisch zu einer Hauptsenderichtung des Ultraschallsensors sind. Diese Hauptsenderichtung kann sich senkrecht zu der Membran erstrecken. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor derart an dem Kraftfahrzeug angeordnet sein, dass die Hauptsenderichtung im Wesentlichen parallel zu einer Fahrbahnoberfläche verläuft. Wenn nun die jeweiligen Richtungsanteile des Empfangssignals bestimmt werden, kann die Höhe des Objekts auf zuverlässige Weise bestimmt werden.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das ausgesendete Ultraschallsignal ein Chirp-Signal ist. Ein Chirp beziehungsweise ein Chirp-Signal beschreibt ein Signal, dessen Frequenz sich zeitlich ändert. Bei dem Chirp-Signal kann es sich um einen positiven Chirp, bei dem die Frequenz in Abhängigkeit von der Zeit zunimmt, oder um einen negativen Chirp, bei dem die Frequenz in Abhängigkeit von der Zeit abnimmt, handeln. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass es sich bei dem Chirp-Signal um einen positiven Chirp handelt. Beispielsweise kann bei dem Chirp-Signal die Frequenz in Abhängigkeit von der Zeit kontinuierlich erhöht werden. Beispielsweise kann die Frequenz zwischen 35 kHz und 55 kHz erhöht werden. Mit der Sendefrequenz ändert sich gleichzeitig auch die Richtcharakteristik des Ultraschallsensors. Nach dem Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals kann dieses in zwei Richtungsanteile aufgeteilt werden. Durch das frequenzabhängige Richtdiagramm des Ultraschallsensors sind somit zumindest zwei verschiedene Richtdiagramme vorhanden, welche nach dem Amplituden-Monopuls-Prinzip additiv und subtraktiv überlagert werden können. Ein zweiter Ultraschallsensor ist somit nicht nötig, um die Höhe des Objekts abschätzen zu können. Durch die Verwendung des Chirp-Signals ergibt sich zudem kein beziehungsweise lediglich ein äußerst geringer zeitlicher Versatz zwischen den Signalanteilen. Dies ermöglicht den Einsatz des Verfahrens auch in dynamischen Szenarien.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Objekt als hohes Objekt angenommen, falls ein Summensignal, welches die additive Überlagerung des ersten Richtungsanteils und des zweiten Richtungsanteils beschreibt, einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Von dem Ultraschallsensor sind die Einbauposition und der Einbauwinkel bekannt. Ferner können die jeweiligen Richtcharakteristiken, die durch die Signalanteile hervorgerufen werden, zuvor bestimmt werden. Falls nun das Summensignal, welches die additive Überlagerung der Richtungsanteile des Empfangssignals beschreibt, eine vorbestimmte Amplitude aufweist beziehungsweise den Schwellenwert überschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Objekt um ein hohes Objekt handelt. Insbesondere kann davon ausgegangen werden, dass die Höhe des Objekts zumindest der Einbauhöhe des Ultraschallsensors entspricht. Anhand des Summensignals können insbesondere die Anteile des Empfangssignals bestimmt werden, welche im Bereich der Hauptsenderichtung zurück reflektiert werden. Wenn nun im Summensignal hohe Amplitudenwerte vorliegen, kann davon ausgegangen werden, dass es sich um ein hohes Objekt handelt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Objekt als niedriges Objekt angenommen, falls ein Differenzsignal, welches die subtraktive Überlagerung des ersten Richtungsanteils und des zweiten Richtungsanteils beschreibt, einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Anhand des Differenzsignals können die Anteile des reflektierten Ultraschallsignals bestimmt werden, die hiervon schrägen Einfallswinkeln des reflektierten Ultraschallsignals beziehungsweise des Echos stammen. Wenn die Amplitudenwerte des Differenzsignals eine vorbestimmte Höhe erreichen beziehungsweise wenn das Differenzsignal den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Objekt um ein niedriges Objekt beziehungsweise um ein Objekt in Bodennähe handelt. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Erkennung von niedrigen Objekten.
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Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Höhenschätzung des Objekts plausibilisiert wird. Hierzu kann überprüft werden, wie viele Echos von dem ausgesendeten Ultraschallsignal empfangen werden. Wenn beispielsweise zumindest zwei Echos empfangen werden, kann davon ausgegangen werden, dass es sich um ein hohes Objekt handelt. Hier stammt das erste Echo von der direkten Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt. Ein zweites Echo kann von der Reflexion des Ultraschallsignals an einem Fußpunkt des Objekts, welcher dem Boden beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche zugeordnet ist, stammen. Falls nur ein Echo empfangen wird, handelt es sich üblicherweise um ein niedriges Objekt. Auf diese Weise kann die Bestimmung der Höhe des Objekts zuverlässiger durchgeführt werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste Richtungsanteil anhand des Empfangssignals mittels eines ersten Bandpassfilters bestimmt wird und der zweite Richtungsanteil anhand des Empfangssignals mittels eines zweiten Bandpassfilters bestimmt wird. Anschaulich kann davon ausgegangen werden, dass das Empfangssignal zeitlich aufgeteilt wird, nämlich in den zeitlich früheren Teil beziehungsweise den ersten Richtungsanteil, der niedrigere Frequenzen enthält, und den zeitlich späteren Teil beziehungsweise den zweiten Richtungsanteil, der die hohen Frequenzen enthält. Diese zeitliche Trennung erfolgt in dem Empfangssignal frequenzbasiert. Es wird somit das erste Bandpassfilter, dessen Durchlassbereich den ersten Frequenzbereich enthält, und das zweite Bandpassfilter, dessen Durchlassbereich den zweiten Frequenzbereich enthält, verwendet. Somit können der erste Richtungsanteil und der zweite Richtungsanteil auf einfache Weise bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Empfangssignal in einem ersten Zeitabschnitt und in einen zweiten Zeitabschnitt eingeteilt wird. Dabei folgt der zweite Zeitabschnitt zeitlich auf den ersten Zeitabschnitt. Der ersten Zeitabschnitt kann dann dem ersten Richtungsanteil zugeordnet werden und der zweite Zeitabschnitt kann dann dem zweiten Richtungssignal zugeordnet werden. Dies ermöglicht eine einfache Bestimmung der Richtungsanteile.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das ausgesendete Ultraschallsignal zumindest einen dritten Signalanteil auf und in dem Empfangssignal wird zumindest ein dritter Richtungsanteil bestimmt, welcher von dem zumindest einen dritten Signalanteil stammt. Mit anderen Worten kann das ausgesendete Ultraschallsignal eine Mehrzahl von Sendeanteilen aufweisen, die sich bezüglich ihrer Richtcharakteristik voneinander unterscheiden. Mit dem Empfangssignal können dann die entsprechenden Richtungsanteile bestimmt werden, welche von diesen Signalanteilen stammen. Durch die Aufteilung des Ultraschallsignals beziehungsweise des ausgesendeten Chirps in mehr als zwei Signalanteile und die entsprechende Auswertung kann die Höhenschätzung weiter verbessert werden.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung für eine Ultraschallsensorvorrichtung eines Kraftfahrzeugs ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Die Recheneinrichtung kann mit dem Ultraschallsensor zur Datenübertragung verbunden sein. Mithilfe der Recheneinrichtung kann ein Anregungssignal an den Ultraschallsensor übertragen werden, infolgedessen mit dem Ultraschallsensor das Ultraschallsignal ausgesendet wird. Ferner kann mit dem Ultraschallsensor beim Empfangen des von dem Objekt reflektierten Ultraschallsignals das Empfangssignal bestimmt werden und an die Recheneinrichtung übertragen werden. Mithilfe der Recheneinrichtung können dann der erste Richtungsanteil und der zweite Richtungsanteil bestimmt werden. Ferner kann es vorgesehen sein, dass mithilfe der Recheneinrichtung das Summensignal und das Differenzsignal bestimmt werden.
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Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung sowie einen Ultraschallsensor. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist. Dabei kann die Recheneinrichtung durch ein elektronisches Steuergerät des Kraftfahrzeugs gebildet sein. Alternativ kann die Recheneinrichtung in dem Gehäuse des Ultraschallsensors angeordnet sein. In diesem Fall ist es insbesondere vorgesehen, dass die Recheneinrichtung als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC - Application-Specific Integrated Circuit) ausgebildet ist.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Dabei kann es vorgesehen sein, dass mittels des Fahrerassistenzsystems beziehungsweise einer Ausgabeeinrichtung des Fahrerassistenzsystems eine Ausgabe an den Fahrer ausgegeben wird, welche beschreibt, ob es sich bei dem Objekt um ein hohes Objekt oder um ein niedriges Objekt handelt. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der erkannten Höhe des Objekts zumindest semiautonom manövriert. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem autonom eine Bremsung einleiten, falls das Objekt als hohes Objekt erkannt wird.
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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 einer elektronischen Recheneinrichtung 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 vorteilhaften Ausgestaltungen davon durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einen Speicher einer elektronischen Recheneinrichtung geladen und auf einem Prozessor der elektronischen Recheneinrichtung abgearbeitet werden.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Recheneinrichtung, 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. Dabei zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug in einer Seitenansicht, wobei das Kraftfahrzeug ein Fahrerassistenzsystem mit einer Ultraschallsensorvorrichtung zur Abschätzung einer Höhe eines Objekts aufweist;
- 2 unterschiedliche Richtcharakteristiken, die beim Aussenden des Ultraschallsignals mit dem Ultraschallsensor erzeugt werden können;
- 3 einen zeitlichen Verlauf eines Ultraschallsignals, welches mit dem Ultraschallsensor ausgesendet wird;
- 4 Richtcharakteristiken, welche von unterschiedlichen Signalanteilen des ausgesendeten Ultraschallsignals stammen;
- 5 eine Richtcharakteristik eines Summensignals, welches anhand der Signalanteile bestimmt wurde; und
- 6 Richtcharakteristiken eines Differenzsignals, welches anhand der Signalanteile bestimmt 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 in einer Seitenansicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet. Ferner ist eine Längsrichtung x und eine Hochrichtung z des Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst wiederum eine Ultraschallsensorvorrichtung 3, mittels welcher eine Höhe eines Objekts 4 abgeschätzt werden kann. Vorliegend ist beispielhaft ein Objekt 4 gezeigt, welches sich in einem Umgebungsbereich 5 des Kraftfahrzeugs 1 befindet. Dabei ist das Objekt 4 auf einem Boden 6 beziehungsweise einer Fahrbahnoberfläche, auf welcher sich auch das Kraftfahrzeug 1 befindet, angeordnet.
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Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 einen Ultraschallsensor 7. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Ultraschallsensor 7 an einem Frontbereich 9 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor 7 an oder verdeckt hinter einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallsensorvorrichtung 3 mehrere Ultraschallsensoren 7 aufweist. Alternativ dazu kann der Ultraschallsensor 7 auch an einem Heckbereich oder einem Seitenbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Der Ultraschallsensor 7 ist vorliegend in einer Einbauhöhe h angeordnet. Die Einbauhöhe h wird dabei entlang der Hochrichtung z des Kraftfahrzeugs 1 bestimmt.
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Mit dem Ultraschallsensor 7 kann ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Hierzu kann der Ultraschallsensor 7 mit einer Recheneinrichtung 8 der Ultraschallsensorvorrichtung 3 angesteuert werden. Vorliegend ist die Recheneinrichtung 8 durch ein elektronisches Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 gebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Recheneinrichtung 8 in ein Gehäuse des Ultraschallsensors 7 integriert ist und beispielsweise als anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgebildet ist. Wenn mit dem Ultraschallsensor 7 das Ultraschallsignal ausgesendet wird, wird dieses entlang einer Hauptsenderichtung 10 ausgesendet. Ferner wird das von dem Ultraschallsensor 7 ausgesendete Ultraschallsignal, welches von dem Objekt 4 reflektiert wurde, wieder mit dem Ultraschallsensor 7 empfangen. Mit dem Ultraschallsensor 7 kann dann ein Empfangssignal bestimmt werden, welches das von dem Objekt 4 reflektierte Ultraschallsignal beschreibt. Dieses Empfangssignal kann zur Auswertung an die Recheneinrichtung 8 übertragen werden.
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2 zeigt mehrere Richtcharakteristiken 11a, 11b, die mit dem Ultraschallsensor 7 erzeugt werden können. Die jeweiligen Richtcharakteristiken 11a bis 11g beschreiben die Ausbreitung des ausgesendeten Ultraschallsignals in Abhängigkeit von einem Winkel α. Hierbei beschreibt die Richtcharakteristik 11a ein Ultraschallsignal mit einer Frequenz von 35 kHz, die Richtcharakteristik 11b beschreibt ein Ultraschallsignal mit einer Frequenz von 40 kHz, die Richtcharakteristik 11c beschreibt ein Ultraschallsignal mit einer Frequenz von 45 kHz, die Richtcharakteristik 11d beschreibt ein Ultraschallsignal mit einer Frequenz von 50 kHz, die Richtcharakteristik 11e beschreibt ein Ultraschallsignal mit einer Frequenz von 55 kHz, die Richtcharakteristik 11f beschreibt ein Ultraschallsignal mit einer Frequenz von 60 kHz und die Richtcharakteristik 11g beschreibt ein Ultraschallsignal mit einer Frequenz von 65 kHz. Hier ist deutlich zu erkennen, dass je nach Frequenz unterschiedliche Keulenbreiten und Nullstellungspositionen vorhanden sind. Diese unterschiedlichen Frequenzen werden mithilfe des Ultraschallsignals, das mit dem Ultraschallsensor 7 ausgesendet wird, erzeugt. Hierbei ist es vorgesehen, dass das ausgesendete Ultraschallsignal ein Chirp-Signal ist.
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Hierzu zeigt 3 einen zeitlichen Verlauf des ausgesendeten Ultraschallsignals 12. Dabei ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Amplitude A aufgetragen. Dabei ist zu erkennen, dass bei dem Chirp die Frequenz linear erhöht wird. Dies bedeutet in diesem Fall, dass am Anfang des Chirps niedrigere Frequenzen vorhanden sind als an dessen Ende. Diese Tatsache kann für die Aufteilung des Ultraschallsignals 12 in einen ersten Signalanteil 13 und einen zweiten Signalanteil 14 mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen genutzt werden. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass das Ultraschallsignal 12 in mehrere Signalanteile 13, 14 eingeteilt wird.
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Beim Empfangen des von dem Objekt 4 reflektierten Ultraschallsignals wird anhand des Empfangssignals ein erster Richtungsanteil 15 bestimmt, der von dem ersten Signalanteil 13 stammt. Darüber hinaus wird ein zweiter Richtungsanteil 16 bestimmt, der von dem zweiten Signalanteil stammt. Hierzu zeigt 4 beispielhaft die Richtcharakteristiken des ersten Richtungsanteils 15 und des zweiten Richtungsanteils 16. Da der erste Richtungsanteil 15 von dem ersten Signalanteil 13 mit den niedrigeren Frequenzen stammt, ist diesem mehr Breite der Richtcharakteristik zugeordnet. Dem zweiten Richtungsanteil 16, der von dem zweiten Signalanteil mit den hohen Frequenzen stammt, ist eine schmale Richtcharakteristik zugeordnet.
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Diese Richtungsanteile 15, 16 werden nun additiv und subtraktiv überlagert, um die Höhe des Objekts 4 abschätzen zu können. Vorliegend wird das Ultraschall-Chirp-Signal genutzt, um mittels einer Methode, die aus dem Amplituden-Monopuls-Verfahren bekannt ist, die Höhe des Objekts 4 bestimmen zu können. Hierzu zeigt 5 die Richtcharakteristik des Summensignals 17, welches die additive Überlagerung des ersten Richtungsanteils 15 und des zweiten Richtungsanteils 16 beschreibt. Hohe Amplitudenwerte im Summensignal 17 sind folglich typisch für Objekte 4, die ein direktes Echo auf eine Bauhöhe h des Ultraschallsensors 7 beziehungsweise entlang der Hauptsenderichtung 10 erzeugen. Wenn in dem Summensignal 17 hohe Amplitudenwerte auftreten, kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Objekt 4 um ein hohes Objekt handelt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung der Richtcharakteristik des Differenzsignals 18, das durch die subtraktive Überlagerung des ersten Richtungsanteils 15 und des zweiten Richtungsanteils 16 erzeugt wird. Mittels des Differenzsignals 18 können schräge Einfallswinkel des reflektierten Ultraschallsignals erfasst werden. Falls in einem Differenzsignal 18 hohe Amplitudenwerte auftreten, kann davon ausgegangen werden, dass es sich um ein niedriges Objekt 4 beziehungsweise ein bodennahes Objekt 4 handelt. Je nach Anteil der Amplituden im Summensignal 17 und indem Differenzsignal 18 lässt sich somit eine detaillierte Höhenschätzung durchführen. Durch eine Aufteilung des ausgesendeten Ultraschallsignals 12 beziehungsweise des Chirps in mehr als zwei Signalanteile 13, 14 und entsprechender Auswertung kann die Höhenschätzung weiter verbessert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112013004908 T5 [0004]
