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QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und die Vorteile der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 2018-0037886 , eingereicht am 2. April 2018, deren Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit in die vorliegende Anmeldung eingereicht wird.
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HINTERGRUND
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Parkassistenzsystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Verbesserung der Detektionsleistung eines Ultraschallsensors für das Parkassistenzsystem.
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Diskussion des relevanten Standes der Technik
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Im Kern betrachtet stellt ein mit einem Ultraschallsensor betriebenes Parkassistenzsystem anhand eines Schwellenwertes fest, ob ein Objekt detektiert worden ist. Gemäß einem schwellenwertbasierten Verfahren wird eine Amplitude einer empfangenen Wellenform mit einem Schwellenwert verglichen, der in einer Initialstufe gesetzt worden ist, und wenn die Amplitude der empfangenen Wellenform den gesetzten Schwellenwert überschreitet, wird festgestellt, dass ein Objekt vorliegt.
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In diesem Zusammenhang sind gemäß relevanten Ansätzen des Standes der Technik Versuche unternommen worden, die Leistung eines Ultraschallsensors zu verbessern, indem der Schwellenwert mit Hilfe eines Digitalmoduls in effizienter Weise gesteuert wurde (ungeprüfte
koreanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 10-2005-0020601 ), indem der Schwellenwert entsprechend einer Temperatur korrigiert wurde (ungeprüfte
koreanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 10-2014-004039 ), oder indem für jeweilige Sensoren über die Zeit hinweg variable Schwellenwerte verwendet wurden, etc.
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Beim relevanten Stand der Technik ist es jedoch schwierig, unter Einbeziehung der externen Umgebungsbedingungen einen gleichförmigen Messwert zu erhalten, wobei die Berechnung eines präzisen Schwellenwerts eine Vielzahl von Informationen über die externe Umgebung erfordert, die Implementierung kompliziert ist oder ein hoher Kostenaufwand für die Realisierung der Hardware erforderlich ist.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Parkassistenzsystem für ein Fahrzeug geschaffen werden, bei dem eine Langstrecken-Detektion ermöglicht wird, indem die Rate von Fehlalarmen reduziert wird, die möglicherweise auftreten, wenn die Empfindlichkeit eines Ultraschallsensors verbessert wird, um dessen Detektions-Reichweite zu vergrößern. Ferner soll die Erfindung ein Verfahren zum Verbessern der Detektionsleistung des Ultraschallsensors des zugehörigen Parkassistenzsystems bereitstellen.
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Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die vorstehend erwähnten beschränkt, und es sind weitere Aufgaben möglich.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verbesserung der Detektionsleistung eines Ultraschallsensors für ein Parkassistenzsystem eines Fahrzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Festlegen eines Objektdetektionsbereichs, der auf einer von dem Ultraschallsensor ausgegebenen Ultraschallwelle basiert, als einen ersten Detektionsbereich, der von dem Ultraschallsensor ausgehend beginnt, und einen zweiten Detektionsbereich jenseits des ersten Detektionsbereichs; und Prüfen eines Echos des Ultraschallsensors basierend darauf, ob ein Objekt in dem ersten Detektionsbereich oder dem zweiten Detektionsbereich detektiert worden ist.
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Der zweite Detektionsbereich kann ein Bereich sein, in dem auf einer Bodenfläche keine diffuse Streuung aufgrund einer Installationshöhe und eines Vertikalausrichtungswinkels des Ultraschallsensors des Fahrzeugs auftritt.
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Das Prüfen des zu dem Ultraschallsensor gelangenden Echos kann umfassen, dass, wenn eine Ultraschallwelle aus dem ersten Detektionsbereich ausgegeben wird, ein anfangs für den ersten Detektionsbereich gesetzter Schwellenwert kompensiert wird, und ein zu dem Ultraschallsensor gelangendes Echo geprüft wird, das eine Bedingung des kompensierten Schwellenwerts erfüllt.
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Das Kompensieren des anfangs für den ersten Detektionsbereich gesetzten Schwellenwerts kann ein Vergrößern oder Verkleinern des anfangs gesetzten Schwellenwerts dahingehend umfassen, dass in einem oder mehreren aus einem voreingestellten Niedrigtemperaturbereich und Hochtemperaturbereich der anfangs gesetzte Schwellenwert kleiner als eine Amplitude des Echos und größer als eine Amplitude einer Bodenwelle ist.
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Das Prüfen des zu dem Ultraschallsensor gelangenden Echos, das eine Bedingung des kompensierten Schwellenwerts erfüllt, kann die Feststellung umfassen, dass dieses Echo ein echtes Echo ist, wenn eine Breite und ein Peak-Wert des Echos innerhalb eines voreingestellten Bereichs liegen.
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Das Prüfen des zu dem Ultraschallsensor gelangenden Echos, das eine Bedingung des kompensierten Schwellenwerts erfüllt, kann die Feststellung umfassen, dass dieses Echo ein echtes Echo ist, wenn das Fahrzeug gestoppt worden ist und sämtliche von mehreren Echos der Ultraschallwelle, welche mehrere Male von dem Ultraschallsensor ausgegeben wurde, innerhalb einer voreingestellten Distanz auftreten.
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Das Prüfen des zu dem Ultraschallsensor gelangenden Echos, das eine Bedingung des kompensierten Schwellenwerts erfüllt, kann das Messen einer Bewegungsdistanz eines Echos einer zuvor ausgegebenen Ultraschallwelle und eines Echos einer momentan ausgegebenen Ultraschallwelle, während sich das Fahrzeug bewegt, und die Feststellung umfassen, dass dieses Echo ein echtes Echo ist, wenn die Bewegungsdistanz einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht.
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Das Prüfen des zu dem Ultraschallsensor gelangenden Echos kann umfassen, dass, wenn ein Objekt in dem zweiten Detektionsbereich detektiert wird, zum Prüfen des Echos des Ultraschallsensors ein adaptiver Schwellenwert angewandt wird, der für jeden Abschnitt des zweiten Detektionsbereichs auf der Basis eines Algorithmus zur Bestimmung einer konstanten Falschalarmrate mit Zellen-Mittelwertbildung (cell-averaging constant false alarm rate (CA-CFAR) Algorithmus) gesetzt ist.
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Das Prüfen des zu dem Ultraschallsensor gelangenden Echos kann das Setzen eines Minimalpegels des adaptiven Schwellenwerts umfassen, um zu verhindern, dass entsprechend dem adaptiven Schwellenwert das Echo aufgrund von Rauschen irrtümlicherweise für ein falsches Echo gehalten wird.
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Das Prüfen des zu dem Ultraschallsensor gelangenden Echos kann die Feststellung umfassen, dass dieses Echo ein echtes Echo ist, wenn eine Breite und ein Peak-Wert des Echos in einem voreingestellten Bereich liegen.
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Das Prüfen des zu dem Ultraschallsensor gelangenden Echos kann die Feststellung umfassen, dass dieses Echo ein echtes Echo ist, wenn das Fahrzeug gestoppt worden ist und sämtliche von mehreren Echos der Ultraschallwelle, welche mehrere Male von dem Ultraschallsensor ausgegeben wurde, innerhalb einer voreingestellten Distanz auftreten.
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Das Prüfen des zu dem Ultraschallsensor gelangenden Echos kann das Messen einer Bewegungsdistanz eines Echos einer zuvor ausgegebenen Ultraschallwelle und eines Echos einer momentan ausgegebenen Ultraschallwelle, während sich das Fahrzeug bewegt, und die Feststellung umfassen, dass dieses Echo ein echtes Echo ist, wenn die Bewegungsdistanz einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht.
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Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Parkassistenzsystem für ein Fahrzeug geschaffen, wobei das System aufweist: einen Ultraschallsensor, der konfiguriert ist zum Detektieren eines Objekts durch Ausgeben einer Ultraschallwelle in einen ersten Detektionsbereich und einen zweiten Detektionsbereich, der jenseits des ersten Detektionsbereichs vorgesehen ist; einen Speicher, der konfiguriert ist zum Speichern eines Programms für das Detektieren eines Objekts auf der Basis von Information, die von dem Ultraschallsensor detektiert wird; und einen Prozessor, der konfiguriert ist zum Ausführen des in dem Speicher gespeicherten Programms. Wenn das Programm ausgeführt wird, prüft der Prozessor ein zu dem Ultraschallsensor gelangendes Echo basierend darauf, ob ein Objekt in dem ersten Detektionsbereich oder dem zweiten Detektionsbereich detektiert worden ist.
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Wenn ein Objekt in dem ersten Detektionsbereich detektiert wird, kann der Prozessor einen anfangs für den ersten Detektionsbereich gesetzten Schwellenwert kompensieren und ein zu dem Ultraschallsensor gelangendes Echo prüfen, das eine Bedingung des kompensierten Schwellenwerts erfüllt.
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Wenn ein Objekt in dem zweiten Detektionsbereich detektiert wird, kann der Prozessor einen adaptiven Schwellenwert anwenden, der für jeden Abschnitt des zweiten Detektionsbereichs auf der Basis eines CA-CFAR-Algorithmus gesetzt ist, und ein zu dem Ultraschallsensor gelangendes Echo prüfen.
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Figurenliste
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Ein deutlicheres Verständnis der vorstehend genannten und weiterer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergibt sich für Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, in denen Folgendes gezeigt ist:
- 1 zeigt ein Schaubild von Wellenformen, die von einem allgemeinen Ultraschallsensor gemessen werden;
- 2A und 2B zeigen einen Satz von Schaubildern zur Veranschaulichung von diffuser Streuung in Abhängigkeit von Bodenflächen;
- 3 zeigt ein Schaubild von Dämpfungskurven entsprechend der Temperatur und Feuchtigkeit eines Ultraschallsensors;
- 4A bis 4D zeigen einen Satz von Schaubildern, die durch Akkumulieren von Signalen erstellt wurden, welche diffus auf eine Bodenfläche gestreut und dann empfangen wurden;
- 5 zeigt ein Blockschaltbild eines für ein Fahrzeug vorgesehenen Parkassistenzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 6 zeigt ein Schaubild zur Darstellung erster und zweiter Detektionsbereiche;
- 7 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Verfahrens zur Verbesserung der Detektionsleistung eines Ultraschallsensors;
- 8A und 8B zeigen einen Satz von Schaubildern von Schwellenwertkompensations-Ergebnissen und empfangenen Wellenformen bei hohen und niedrigen Temperaturen;
- 9 zeigt ein Schaubild eines Beispiels eines Detektionswinkels eines Ultraschallsensors;
- 10A bis 10E zeigen einen Satz von Schaubildern von Ergebnissen der Anwendung einer Logik zur Bestimmung einer konstanten Falschalarmrate mit Zellen-Mittelwertbildung (CA-CFAR) mittels einer einzigen Messoperation; und
- 11A und 11B zeigen einen Satz von Schaubildern von Messergebnissen und Schwellenwertkompensations-Ergebnissen für einen Kurzstrecken-Detektionsbereich und einen Langstrecken-Detektionsbereich.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen derart beschrieben, dass Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet der Erfindung die Ausführungsformen leicht implementieren können. Die Erfindung kann jedoch in einer Vielzahl unterschiedlicher Formen implementiert werden und ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. In den Zeichnungen sind Teile, die für die Beschreibung irrelevant sind, weggelassen, um eine deutlichere Beschreibung der Erfindung zu ermöglichen.
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In der gesamten Beschreibung ist, wenn ein Teil dahingehend beschrieben wird, dass es eine Komponente „aufweist“, dies nicht in dem Sinn zu verstehen, dass dieses Teil eine weitere Komponente ausschließt; vielmehr kann das Teil eine weitere Komponente aufweisen, sofern dies nicht anderweitig definiert ist.
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Ein Verfahren zum Detektieren eines Objekts mittels eines Ultraschallsensors und zum Verbessern der Präzision der Detektionsergebnisse umfasst ein Verfahren des Verwendens eines Schwellenwerts zur Objektdetektion, ein Schwellenwertkompensations-Verfahren zum Kompensieren einer Veränderung in einem Echo, die durch Veränderungen von Umgebungsbedingungen und Sensoreigenschaften verursacht wird, und ein adaptives Schwellenwertverfahren zur Unterscheidung zwischen Rauschen und einem Signal durch Vergleichen empfangener Signale.
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Ausgehend von der Annahme, dass empfangene Signale eines Ultraschallsensors gleichförmig sind, ist es möglich, unter den Verfahren, bei denen ein Schwellenwert verwendet wird, ein Verfahren mit festem Schwellenwert zu verwenden. Sogar Echos eines Ultraschallsensors, die von demselben Objekt reflektiert werden, können aufgrund von Umgebungseinflüssen, z.B. der Umgebungstemperatur und des Zustands einer Straßenoberfläche, möglicherweise verändert werden. Mit dem Verfahren, bei dem ein fester Schwellenwert verwendet wird, ist es nicht möglich, eine derartige, durch Veränderung von Umgebungseinflüssen verursachte Veränderung des Echos zu handhaben. Selbst wenn ein Schwellenwertsteuermodul in einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) installiert ist, um die Schwellenwertsteuerung zu erleichtern, ist es schwierig, einen Schwellenwert schnell zu kompensieren, da ein Ultraschallsensor ein Objekt mit einer sehr hohen Rate detektiert (30 bis 40 ms).
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Das Verfahren zum Kompensieren eines Schwellenwerts entsprechend einer Veränderung der Umgebung beinhaltet, dass Umgebungsbedingungen mittels eines Temperatursensors oder dgl. erkannt werden, um einen Schwellenwert zu kompensieren, wenngleich dies nicht mit einer hohen Rate erfolgt. Dieses Verfahren ist mit zwei Problemen behaftet. Ein erstes Problem besteht darin, dass eine präzise Kompensation möglich ist, falls die gesamte Information zu atmosphärischem Druck, Temperatur und Feuchtigkeit bekannt ist. Dies ist der Fall, weil eine durch Umgebungseinflüsse verursachte Veränderung der Ultraschallempfindlichkeit durch vier Faktoren bestimmt ist, und zwar durch eine Frequenz, atmosphärischen Druck, Temperatur und Feuchtigkeit, und eine Betriebsfrequenz bereits bekannt ist.
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Bei einem Fahrzeug andererseits liegt nur die Temperaturinformation vor, und Atmosphärendruck- und Feuchtigkeitssensoren sind nicht vorhanden. Somit ist es schwierig, ohne die entsprechende Information zu atmosphärischem Druck und Feuchtigkeit eine präzise Kompensationslogik zu implementieren, und das Hinzufügen der entsprechenden Sensoren verursacht hohe Kosten.
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Ein zweites Problem besteht darin, dass es selbst bei Verfügbarkeit der gesamten Information schwierig ist, eine perfekte Dämpfungsrate der Sensorempfindlichkeit zu berechnen. Die Luft, die das Medium von Ultraschall ist, ist nicht in allen Bereichen außerhalb des Fahrzeugs gleichförmig und variiert in ihrer Temperatur je nach den Höhen und Bereichen wie z.B. der Straßenoberfläche und der atmosphärischen Schicht. Wenn eine Temperaturdifferenz in der Luft auftritt, wird das Strömen eines Fluids, d.h. das Strömen der Luft, verändert, und somit kann an einem Ultraschallsensor möglicherweise eine Wellenform empfangen werden, die von einer Schätzung differiert. Folglich ist es unmöglich, einen Schwellenwert durch präzises Schätzen eines Echos zu kompensieren.
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Unter den Verfahren mit Verwendung eines echo-basierten adaptiven Schwellenwerts ist das auf der konstanten Falschalarmrate (CFAR) basierende Verfahren ein Verfahren, bei dem Rauschen und ein Signal voneinander unterschieden werden, indem Statistiken von Echos kompiliert werden, welche mehrere Male gemessen wurden. Selbst wenn ein CFAR-Algorithmus an einem Ultraschallsensor in seiner üblichen Form in Anwendung gebracht wird, bestehen zwei Probleme.
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Ein erstes Problem besteht darin, dass eine Hardware-Konfiguration für den CFAR-Algorithmus sehr kompliziert ist. Grundlegend ist es erforderlich, den CFAR-Algorithmus durch Berechnen des Mittelwerts, des Maximalwerts oder dgl. Daten zu implementieren, die mittels mehrerer Messungen erhalten wurden. Jedoch erfordert ein derartiges Implementationsverfahren einen hinreichend großen Speicher und einen High-end-Prozessor für die Berechnung. Da ein allgemeiner Ultraschallsensor eine kostengünstige Vorrichtung zum Detektieren eines Objekts ist, ist es problematisch, in einem Ultraschallsensor einen kostenaufwendigen Hardware-Block zum Implementieren des CFAR-Algorithmus zu installieren.
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Ein zweites Problem besteht darin, dass bei dem CFAR-Algorithmus ein Rauschen und ein Signal voneinander unterschieden werden, indem - wie beschrieben - Wellenformen gemittelt werden, die mehrere Male empfangen wurden, dass es jedoch nicht möglich ist, eine Ultraschallwelle mehrfach zu messen, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit aufgrund der Eigenschaften der Ultraschallwelle langsam ist. Mit anderen Worten ist, wenn eine Antwort durch mehrmaliges Messen einer Wellenform und Mittelung der Daten getätigt wird, die Systemantwort zu langsam. Aus diesem Grund wird der CFAR-Algorithmus nur an einem Radar mit sehr hoher Messgeschwindigkeit und dgl. angewandt.
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Ein Parkassistenzsystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zum Verbessern der Detektionsleistung eines Ultraschallsensors für das Parkassistenzsystem 100 kann eine Langstrecken-Detektion ermöglichen, indem es unter Verwendung des existierenden Verfahrens, bei dem ein Schwellenwert genutzt wird, die Falschalarmrate in einer Langstrecken-Messoperation reduziert.
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Bevor eine detaillierte Konfiguration der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird zunächst ein Prinzip eines zur Detektion eines Objekts vorgesehenen Ultraschallsensors erläutert, das bei der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gelangt.
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Ein Ultraschallsensor sendet eine Ultraschallwelle durch einen Ultraschallwandler aus. Wenn eine Wellenform von einem Objekt reflektiert wird und durch den Wandler hindurch empfangen wird, wird der Abstand von dem Objekt gemessen, indem eine Zeit berechnet wird, in der die Ultraschallwelle zu dem Objekt ausgesendet wird und von dem Objekt zurückkehrt. Dabei wird ein Schwellenwert verwendet, um festzustellen, ob ein Objekt vorhanden ist.
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1 zeigt ein Schaubild von Wellenformen, die von einem allgemeinen Ultraschallsensor gemessen werden. In 1 ist mit „Echo“ eine Welle bezeichnet, die von einem Objekt reflektiert worden ist. 2A und 2B zeigen einen Satz von Schaubildern zur Veranschaulichung von diffuser Streuung in Abhängigkeit von Bodenflächen. 2A zeigt eine ebene Fläche, und 2B zeigt eine unebene Fläche.
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Aufgrund der Eigenschaften von Ultraschall erfolgt an einer unebenen Fläche eine diffuse Streuung, und diese ist der Hauptfaktor der Verursachung eines Fehlalarms eines Ultraschallsensors. Anders ausgedrückt können im Fall einer rauhen Straßenoberfläche wie z.B. einer Asphalt- oder Schotterstraße möglicherweise diffus gestreute Wellenformen von der Straßenoberfläche her empfangen werden und einen Fehlalarm verursachen. In diesem Fall ist es möglich, die diffuse Streuung durch Verkleinerung eines Ausrichtungswinkels des Ultraschallsensors zu reduzieren; dann jedoch kann ein auf einer niedrigen Ebene befindliches Objekt möglicherweise nicht mehr detektiert werden.
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3 zeigt ein Schaubild von Dämpfungskurven entsprechend der Temperatur und Feuchtigkeit eines Ultraschallsensors.
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Da ein Ultraschallsensor für ein Parkassistenzsystem ein Objekt durch das Medium der Luft hindurch detektiert, kann eine Dämpfungsrate eines Ultraschallsignals entsprechend den Luftbedingungen schwanken.
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Wie bereits beschrieben handelt es sich bei den Faktoren, die eine Ultraschalldämpfung in der Luft verursachen, um die Frequenz, den atmosphärischen Druck, die Temperatur und die Feuchtigkeit. Unter der Annahme, dass bei einem Ultraschallsensor die Frequenz ein fester Wert ist, ergeben sich bei einem atmosphärischen Druck von 1 atm die in 3 gezeigten Dämpfungskurven entsprechend der Temperatur und der Feuchtigkeit.
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Generell steigen, wie aus 3 ersichtlich ist, die Dämpfungsraten einhergehend mit einem Temperaturanstieg an. Obwohl die Dämpfungsraten entsprechend den Temperaturbereichen variieren, ist ersichtlich, dass die Dämpfungsraten bis 50°C mit einem Anstieg der Feuchtigkeit ansteigen.
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4A bis 4D zeigen einen Satz von Schaubildern, die durch Akkumulieren von Signalen erstellt wurden, welche diffus auf einer Bodenfläche gestreut und dann empfangen wurden.
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4A zeigt ein Schaubild, das durch Akkumulieren von Signalen erstellt wurde, die bei einer Temperatur von 50°C und einer Feuchtigkeit von 18% diffus gestreut und dann empfangen wurden, und 4B zeigt ein Schaubild, das durch Akkumulieren von Signalen bei einer Temperatur von -20°C und einer Feuchtigkeit von 50% erstellt wurde. Aus den 4A und 4B ist ersichtlich, dass eine von einer Bodenfläche her diffus gestreute Wellenform auch dann entsprechend der atmosphärischen Temperatur und Feuchtigkeit schwankt, wenn der gleiche Sensor an der gleichen Installationsposition verwendet wird.
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4C zeigt ein Schaubild, das durch Akkumulieren von Signalen erstellt wurde, die bei einer atmosphärischen Temperatur von 13°C und einer Bodenoberflächentemperatur von 17°C diffus gestreut und dann empfangen wurden, und 4D zeigt ein Schaubild, das durch Akkumulieren von Signalen bei einer atmosphärischen Temperatur von 10°C und einer Bodenoberflächentemperatur von 3°C erstellt wurde. Aus den 4C und 4D ist ersichtlich, dass eine empfangene Bodenwelle selbst bei der gleichen atmosphärischen Temperatur schwankt, wenn eine Differenz zwischen einer Bodenoberflächentemperatur und einer atmosphärischen Temperatur besteht.
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Im Folgenden wird ein Parkassistenzsystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den 5 und 6 beschrieben.
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5 zeigt ein Blockschaltbild des Parkassistenzsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 zeigt ein Schaubild zur Darstellung erster und zweiter Detektionsbereiche.
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Das Parkassistenzsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist einen Ultraschallsensor 110, einen Speicher 120 und einen Prozessor 130 auf.
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Der Ultraschallsensor 110 gibt eine Ultraschallwelle aus, um zu detektieren, ob ein Objekt vorhanden ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Ultraschallsensor 110 zwecks Detektierens eines Objekts einen Detektionsbereich in einen ersten Detektionsbereich und einen zweiten Detektionsbereich unterteilen, der jenseits des ersten Detektionsbereichs vorgesehen ist.
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Gemäß 6 bezeichnet der erste Detektionsbereich eine Kurzstrecke, die innerhalb ungefähr 2,5 m gelegen ist, und der zweite Detektionsbereich gibt eine Langstrecke an, die jenseits von 2,5 m liegt.
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Der erste Detektionsbereich, bei dem es sich um einen Kurzstrecken-Detektionsbereich handelt, erstreckt sich generell bis zu ungefähr 2,5 m, kann jedoch entsprechend einem Strahlwinkel und einer Installationsposition des Ultraschallsensors 110 variieren. Somit kann der erste Detektionsbereich in dem Parkassistenzsystem 100 durch Parametrisierung gesetzt werden.
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Mit dem zweiten Detektionsbereich, bei dem es sich um einen Langstrecken-Detektionsbereich handelt, ist generell ein Detektionsbereich jenseits ungefähr 2,5 mm bezeichnet, jedoch kann er entsprechend einer Installationshöhe und einem vertikalen Ausrichtungswinkel des Ultraschallsensors 110 variieren. Der zweite Detektionsbereich kann als ein Bereich definiert werden, in dem auf einer Bodenfläche keine diffuse Streuung aufgrund der Installationshöhe und des Vertikalusrichtungswinkels auftritt.
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Der Speicher 120 speichert ein Programm zum Detektieren eines Objekts auf der Basis detektierter Information. Mit dem Speicher 120 ist allgemeinhin eine nichtflüchtige Speichervorrichtung, die gespeicherte Information auch bei ausbleibender Energiezufuhr beibehält, und eine flüchtige Speichervorrichtung bezeichnet.
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Beispielsweise kann der Speicher 120 aufweisen: einen NAND-Flash-Speicher wie z.B. eine Compact-Flash- (CF) Karte, eine Secure-Digital- (SD) Karte, einen Speicher-Stick, einen Solid-State-Laufwerk (SSD) und eine Micro-SD-Karte, eine magnetische Computerspeichervorrichtung wie z.B. ein Festplattenlaufwerk (HDD), ein Optikplattenlaufwerk wie z.B. einen Compact-Disk-Nurlesespeicher (CR-ROM) und eine Digital Versatile Disk (DVD), und dgl.
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Der Prozessor 130 kann das in dem Speicher 120 gespeicherte Programm ausführen und dementsprechend ein an den Ultraschallsensor 110 ausgegebenes Echo basierend darauf prüfen, ob ein Objekt in dem ersten Detektionsbereich oder dem zweiten Detektionsbereich detektiert worden ist.
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Zum Verweis sei erwähnt, dass die in 5 gezeigten Komponenten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Hardware-Form implementiert werden können, wie z.B. als feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), und bestimmte Funktionen ausführen können.
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Die „Komponenten“ sind nicht auf Software oder Hardware beschränkt. Jede Komponente kann dahingehend konfiguriert sein, dass sie in einem adressierbaren Speichermedium enthalten ist oder in einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt wird.
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Zu den Beispielen von Komponenten zählen somit Komponenten wie z.B. Software-Komponenten, objektorientierte Software-Komponenten, Klassen-Komponenten und Task-Komponenten, Prozesse, Funktionen, Attribute, Vorgänge, Subroutinen, Programmcode-Segmente, Treiber, Firmware, Microcodes, Schaltungen, Daten, Datenbanken, Datenstrukturen, Tabellen, Arrays und Variablen.
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Komponenten und in den Komponenten vorgesehene Funktionalitäten können zu einer geringeren Anzahl von Komponenten kombiniert werden oder in zusätzliche Komponenten aufgeteilt werden.
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Im Folgenden wird ein gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestaltetes Verfahren zur Verbesserung der Detektionsleistung des Ultraschallsensors 110 für das Parkassistenzsystem 100 im Zusammenhang mit den 7 bis 10E detailliert beschrieben.
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7 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Verfahrens zur Verbesserung der Detektionsleistung des Ultraschallsensors 110.
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Das beste Verfahren zum Steuern eines Schwellenwerts besteht darin, bei jeder Messoperation für sämtliche Bereiche einen adaptiven Schwellenwert zum Detektieren eines Objekts anzuwenden. Jedoch erfolgt, wie bereits beschrieben, wenn eine Antwort durch Mittelung mehrerer Messwerte vorgenommen wird, die Systemantwort aufgrund der Eigenschaften des Ultraschallsensors 110 zu spät, und die Hardware-Konfiguration ist kompliziert.
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Aus diesem Grund kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Objektdetektionsbereich in einen ersten Detektionsbereich, der ein Kurzstrecken-Detektionsbereich ist, und einen zweiten Detektionsbereich unterteilt werden, der ein Langstrecken-Detektionsbereich ist, und für jeden Bereich kann ein geeignetes Detektionsverfahren angewandt werden.
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Insbesondere kann bei dem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestalteten Verfahren zur Verbesserung der Detektionsleistung des Ultraschallsensors 110 ein Objektdetektionsbereich, der auf einer von dem Ultraschallsensor 110 ausgegebenen Ultraschallwelle basiert, auf einen ersten Detektionsbereich, der von dem Ultraschallsensor 110 ausgehend beginnt, und einen zweiten Detektionsbereich gesetzt werden, der jenseits des ersten Detektionsbereichs liegt (S110).
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Als nächstes wird ein Echo des Ultraschallsensors 110 basierend darauf geprüft, ob ein Objekt in dem ersten Detektionsbereich oder dem zweiten Detektionsbereich detektiert worden ist.
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Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem eine Ultraschallwelle aus dem ersten Detektionsbereich ausgegeben wird.
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Wenn eine Ultraschallwelle aus dem ersten Detektionsbereich ausgegeben wird, wird ein Schwellenwert kompensiert, der anfangs für den ersten Detektionsbereich gesetzt worden ist. Anders ausgedrückt kann der anfangs gesetzte Schwellenwert in einem oder mehreren aus einem voreingestellten Niedrigtemperaturbereich und Hochtemperaturbereich derart vergrößert oder verkleinert werden, dass er kleiner als eine Amplitude des Echos und größer als eine Amplitude einer Bodenwelle ist.
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Insbesondere kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der anfangs gesetzte Schwellenwert verwendet werden. Die Umgebungsbedingungen wie z.B. die Temperatur und die Feuchtigkeit ändern sich jedoch nicht plötzlich. Somit kann beim Start des Parkassistenzsystems 100 oder beim Start jeder Messung Information über die Umgebungsbedingungen empfangen werden, und der anfangs gesetzte Schwellenwert kann kompensiert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es bei Installation mehrerer Sensoren in einem Fahrzeug möglich, erforderliche Information wie z.B. atmosphärischen Druck, Temperatur und Feuchtigkeit zu empfangen, und wenn nur einige Sensoren installiert sind, ist es möglich, nur die Temperaturinformation zu erfassen und den anfangs gesetzten Schwellenwert zu kompensieren.
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Je nach der Leistungsfähigkeit des in dem Parkassistenzsystem 100 enthaltenen Prozessors 130 kann jedes Mal ein Kompensationswert für den anfangs gesetzten Schwellenwert berechnet werden, oder es kann ein in einer Look-up-Tabelle aufgeführter, im Voraus berechneter Wert als Kompensationswert für den anfangs gesetzten Schwellenwert verwendet werden.
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Beispielsweise besteht, wenn nur Temperaturinformation erfasst wird, die Möglichkeit, den anfangs gesetzten Schwellenwert unter Verwendung eines atmosphärischen Drucks von 1 atm und einer örtlichen mittleren Feuchtigkeit (ungefähr 40%) zu kompensieren.
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In diesem Fall wird bei einer niedrigen Temperatur eine Schalldruck-Dämpfung nicht durch Feuchtigkeit beeinträchtigt und zeigt eine abnehmende Tendenz, und somit steigt der Schwellenwert insgesamt an. Bei einer hohen Temperatur wird der Schwellenwert entsprechend der Temperatur vergrößert oder verkleinert. Zu dieser Zeit wird angenommen, dass der anfängliche Schwellenwert auf Raumtemperatur gesetzt worden ist.
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8A und 8B zeigen einen Satz von Schaubildern von Schwellenwertkompensations-Ergebnissen und empfangenen Wellenformen bei hohen und niedrigen Temperaturen. Mit der unterbrochenen Linie ist ein anfangs gesetzter Schwellenwert gezeigt, und die durchgezogene Linie zeigt einen Schwellenwert nach einer Kompensation.
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8A zeigt ein Schwellenwertkompensations-Ergebnis bei einer hohen Temperatur. Es ist ersichtlich, dass Amplituden von Wellenformen, die von einer Bodenfläche her empfangen werden, bei der hohen Temperatur reduziert werden, ein empfangenes Echo jedoch nach der Kompensation einen Schwellenwert überschreitet.
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8B zeigt ein Schwellenwertkompensations-Ergebnis bei einer niedrigen Temperatur. Amplituden empfangener Echos steigen bei der niedrigen Temperatur an. Dementsprechend steigen auch die Amplituden von Bodenwellen an, und es besteht das Risiko eines Fehlalarms. Es lässt sich jedoch ersehen, dass die Wahrscheinlichkeit eines durch die Bodenoberfläche verursachten Fehlalarms verringert wird, indem der Schwellenwert vergrößert wird.
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Als nächstes wird ein an den Ultraschallsensor 110 ausgegebenes empfangenes Echo geprüft, das die Bedingung des kompensierten Schwellenwerts erfüllt.
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Da es nicht möglich ist, eine durch Umgebungseinflüsse verursachte Veränderung der Empfindlichkeit des Ultraschallsensors 110 präzise zu schätzen, besteht keine Möglichkeit, einen Fehlalarm lediglich durch Schwellenwertkompensation zu verhindern. Somit ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Filterlogik erforderlich, um vor dem Bestimmen eines empfangenen Echos, das den Schwellenwert überschreitet, als echtes Echo festzustellen, ob es sich bei dem entsprechenden Signal tatsächlich um ein echtes Echo handelt.
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9 zeigt ein Schaubild eines Beispiels eines Detektionswinkels eines Ultraschallsensors 110.
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Eine Position mit diffuser Streuung einer Bodenwelle variiert entsprechend der Installationsposition und dem Strahlwinkel des Ultraschallsensors 110. Mit anderen Worten tritt eine diffuse Streuung mit größter Intensität an einem Punkt auf, an dem ein Vertikaldetektionswinkel des Ultraschallsensors 110 am stärksten aufgeweitet ist, wie 9 zeigt. Somit kann, wenn die Installationsposition und der Vertikalstrahl-Winkel des Ultraschallsensors 110 im Voraus bekannt sind, ein Punkt geschätzt werden, an dem ein Fehlalarm durch diffuse Streuung verursacht wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, wenn ein empfangenes Echo, das einen Schwellenwert überschreitet, in einem Bereich detektiert wird, für den eine hohe Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms festgestellt wird, das Echo durch den folgenden Prüfvorgang als echtes Echo erkannt werden. Der Prüfvorgang kann je nach Erfordernis selektiv angewandt werden.
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Bei der Prüfung eines zu dem Ultraschallsensor 110 gelangenden Echos entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Echo als echtes Echo erkannt werden, wenn eine Breite und ein Peak-Wert des Echos innerhalb eines voreingestellten Bereichs liegen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, wenn das entsprechende Fahrzeug gestoppt worden ist und sämtliche von mehreren Echos einer Ultraschallwelle, welche mehrere Male von dem Ultraschallsensor 110 ausgegeben wurde, innerhalb einer voreingestellten Distanz auftreten, das entsprechende Echo als echtes Echo erkannt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, wenn sich das entsprechende Fahrzeug bewegt, eine Bewegungsdistanz zwischen einem Echo einer zuvor ausgegebenen Ultraschallwelle und einem Echo einer momentan ausgegebenen Ultraschallwelle gemessen werden. Wenn die Bewegungsdistanz einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht, kann das Echo als echtes Echo erkannt werden.
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Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem eine Ultraschallwelle aus dem zweiten Detektionsbereich ausgegeben wird.
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In dem zweiten Detektionsbereich, der ein Langstrecken-Detektionsbereich ist, ist die Wahrscheinlichkeit einer diffusen Streuung deutlich reduziert. Somit kann bei Empfang einer Welle festgestellt werden, ob das Echo ein echtes Echo ist, indem ein Vergleich mit umgebenden Wellenformen vorgenommen wird. Anders ausgedrückt kann, wenn das Echo einen höheren Peak als die umgebenden Signale hat, das Echo als echtes Echo erkannt werden.
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In diesem Zusammenhang ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Prüfung eines an den Ultraschallsensor 110 ausgegebenen Echos möglich, indem ein adaptiver Schwellenwert angewandt wird, der für jeden Abschnitt in dem zweiten Detektionsbereich gesetzt ist.
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Es wird entsprechend einer generellen CFAR-Logik ein Mittelwert anhand mehrerer Messungen berechnet, und es wird zwischen Rauschen und einem Signal unterschieden. Bei einer Langstrecken-Messoperation unter Verwendung des Ultraschallsensors 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung jedoch werden Rauschen und ein Echo deutlich unterschieden. Somit ist es möglich, ein Echo durch nur eine einzige Messoperation effektiv zu detektieren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann unter den CFARF-Logiken eine Zell-Mittelwertbildungs- (CA)-CFAR Logik verwendet werden, und in diesem Fall lässt sich die Komplexität der Implementierung reduzieren.
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10A bis 10E zeigen einen Satz von Schaubildern von Ergebnissen der Anwendung der CA-CFAR-Logik mittels einer einzigen Messoperation.
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Wenn kein Rauschen existiert, ist es möglich, durch Nutzung einer CFAR-Logik durch nur eine einzige Messoperation in effektiver Weise einen adaptiven Schwellenwert anzuwenden und ein Echo zu detektieren. Wenn jedoch ein adaptiver Schwellenwert entsprechend einer CFAR-Logik angewandt wird, kann der adaptive Schwellenwert auf einen Minimalpegel gesetzt werden, um zu verhindern, dass ein plötzliches Rauschen fälschlicherweise als Echo fehlinterpretiert wird.
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Wie bei dem ersten Detektionsbereich kann auch bei dem zweiten Detektionsbereich ein Echo auf seine Echtheit geprüft werden, indem eine Signalverarbeitungsoperation an dem Echo vorgenommen wird.
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Mit anderen Worten, wenn eine Breite und ein Peak-Wert des Echos in einem voreingestellten Bereich liegen, kann das Echo in dem zweiten Detektionsbereich als echtes Echo erkannt werden.
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Wenn das entsprechende Fahrzeug gestoppt worden ist und sämtliche von mehreren Echos einer Ultraschallwelle, welche mehrere Male von dem Ultraschallsensor 110 ausgegeben wurde, innerhalb einer voreingestellten Distanz auftreten, kann das entsprechende Echo als echtes Echo erkannt werden.
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Wenn sich das entsprechende Fahrzeug bewegt, kann eine Bewegungsdistanz zwischen einem Echo einer zuvor ausgegebenen Ultraschallwelle und einem Echo einer momentan ausgegebenen Ultraschallwelle gemessen werden. Wenn die Bewegungsdistanz einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht, kann das Echo als echtes Echo erkannt werden.
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Wie bereits beschrieben werden auch in dem zweiten Detektionsbereich eine detektierte Breite und ein detektierter Peak-Wert eines Echos geprüft, und eine Positionsbewegung des Echos entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit wird geprüft. Dann kann das Echo schließlich als echtes Echo erkannt werden, und ein Alarm kann ausgegeben werden.
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Operationen S110 und S120 aus der vorstehenden Beschreibung in zusätzliche Operationen unterteilt werden oder zu einer geringeren Anzahl von Operationen kombiniert werden. Auch können je nach Erfordernis einige Operationen weggelassen werden oder in einer anderen Abfolge ausgeführt werden. Die im Zusammenhang mit den 1 bis 6 erfolgte Beschreibung kann, obwohl sie vorstehend nicht wiederholt wurde, auch auf das im Zusammenhang mit den 7 bis 10E beschriebene Verfahren zur Verbesserung der Detektionsleistung eines Ultraschallsensors angewandt werden.
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Gemäß einer jeglichen der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können ein Kurzstreckenbereich und ein Langstreckenbereich auf der Basis von Parametern wie z.B. der Installationsposition und des Vertikalausrichtungswinkels des Ultraschallsensors 110 voneinander getrennt werden, und ein Schwellenwert kann für jeden der Bereiche auf unterschiedliche Arten angewandt werden. Wenn Messergebnisse an einen Controller übermittelt werden, z.B. wenn fünf empfangene Echos als echte Echos übermittelt werden, kann die Messung effizient durchgeführt werden, indem die vorangehenden vier Echos als Echos des Kurzstreckenbereichs übermittelt werden und das letzte Echo als Echo des Langstreckenbereichs übermittelt wird.
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11A und 11B zeigen einen Satz von Schaubildern von Messergebnissen und Schwellenwertkompensations-Ergebnissen für einen Kurzstrecken-Detektionsbereich und einen Langstrecken-Detektionsbereich. Mit der unterbrochenen Linie ist ein anfangs gesetzter Schwellenwert gezeigt, und die durchgezogene Linie zeigt einen Schwellenwert, der gemäß der vorliegenden Erfindung kompensiert worden ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Problem zu lösen, dass selbst wenn eine Ultraschallwelle in einer Distanz von 1,2 m oder weniger detektiert wird, aufgrund durch Umgebungseinflüsse verursachter falscher Echos nur Daten verwendbar sind, die einer Distanz von 1,2 m oder weniger entsprechen. Somit kann der Detektionsreichweite des Ultraschallsensors 110 merklich vergrößert werden.
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Da der Algorithmus durch Verwendung einfacher Hardware implementiert werden kann, können die Anzahl der Teile, die Kosten und das Gewicht eines Fahrzeugs reduziert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Reichweite eines Ultraschallsensors beträchtlich erhöht werden, und ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann mit einer einfachen Hardware-Konfiguration implementiert werden. Somit ist es möglich, mit niedrigem Kostenaufwand die Komplexität zu verringern und das Gewicht zu reduzieren.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann in Form eines Aufzeichnungsmediums implementiert sein, das ein auf dem Medium gespeichertes, von einem Computer ausführbares Computerprogramm, oder von einem Computer ausführbare Instruktionen enthält. Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich um jedes verfügbare, für den Zugriff durch Computer geeignete Medium einschließlich flüchtiger und nichtflüchtiger Medien und Wechseldatenträger und nicht auswechselbarer Medien handeln. Zu den computerlesbaren Medien zählen ein Computerspeichermedium und ein Kommunikationsmedium. Zu den Computerspeichermedien zählen sämtliche zum Speichern von Information vorgesehenen flüchtigen und nichtflüchtigen Medien und Wechseldatenträger und nicht auswechselbare Medien, die mittels eines beliebigen Verfahrens oder einer beliebigen Technologie implementiert sind, wie z.B. computerlesbare Instruktionen, Datenstrukturen, Programm-Module oder andere Daten. Zu den Kommunikationsmedien zählen computerlesbare Instruktionen, Datenstrukturen, Programm-Module oder andere Daten in einem modulierten Datensignal wie z.B. einer Trägerwelle oder einem anderen Transportmechanismus, und jedes beliebige Informationszuführmedium.
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Obwohl das System und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung anhand spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, können Elemente, einige Operation oder sämtliche Operationen des Systems und des Verfahrens mittels eines Computersystems implementiert werden, das eine für allgemeine Verwendungszwecke ausgelegte Hardware-Struktur aufweist.
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Die vorstehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist exemplarisch, und Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung wird ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in ihren Details leicht in anderen Formen ausgeführt werden kann, ohne vom technischen Gehalt oder den wesentlichen Merkmalen der Erfindung abzuweichen. Somit wird darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Beschreibungen in sämtlichen Aspekten exemplarisch und nicht einschränkend sind. Beispielsweise kann jedes Element, das als Element vom einteiligen Typ beschrieben wird, auch in verteilter Anordnung implementiert sein. Analog können Elemente, die als verteilte Elemente beschrieben wurden, als kombinierte Elemente implementiert sein.
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Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist durch die folgenden Ansprüche und nicht durch die vorstehende detaillierte Beschreibung definiert, und der Schutzumfang der Erfindung umfasst die Bedeutungen und Erstreckungsbereiche der Ansprüche und sämtliche Modifikationen, die aufgrund des Äquivalenzgedankens ableitbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 20180037886 [0001]
- KR 1020050020601 [0004]
- KR 102014004039 [0004]
