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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Fahrzeugs. Dabei werden zeitlich aufeinanderfolgende Messzyklen durchgeführt, wobei in jedem Messzyklus ein Sensorsignal bestimmt wird, welches ein in einer Umgebung des Fahrzeugs reflektiertes und mit dem Ultraschallsensor empfangenes Ultraschallsignal beschreibt. Das Sensorsignal beschreibt einen zeitlichen Verlauf von Sensorwerten. Des Weiteren wird das Sensorsignal mit einer Schwellwertkurve verglichen, welche einen zeitlichen Verlauf von Schwellwerten beschreibt. Außerdem wird die Schwellwertkurve in Abhängigkeit von einem in einem vorhergehenden Messzyklus bestimmten Sensorsignal bestimmt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Recheneinrichtung sowie eine Ultraschallsensorvorrichtung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares (Speicher)medium.
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Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ultraschallsensorvorrichtungen für Fahrzeuge. Derartige Ultraschallsensorvorrichtungen umfassen üblicherweise mehrere Ultraschallsensoren, welche dazu dienen, Objekte in einem Umgebungsbereich des Fahrzeugs zu erfassen. Hierzu wird mit den Ultraschallsensoren jeweils 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 dann anhand der Laufzeit der Abstand zu dem Objekt bestimmt werden.
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In heutigen Ultraschallsystemen beziehungsweise Ultraschallsensorvorrichtungen erfolgt die Zieldetektion über das Auffinden von Signalspitzen im Sensorsignal des Ultraschallsensors. Der Ultraschallsensor empfängt im Betrieb aber neben den Reflexionen des Ultraschallsignals an dem Objekt auch Reflexionen des Ultraschallsignals an dem Boden beziehungsweise dem Untergrund, welche aber als Störungen behandelt werden müssen. Um zu bestimmen, ob eine Reflexion von einem Zielobjekt oder von dem Boden stammt, wird das Sensorsignal üblicherweise mit einem Schwellwert beziehungsweise einer Schwellwertkurve verglichen. Dabei werden alle Sensorwerte des Sensorsignals, welche unterhalb der Schwellwertkurve liegen, als Reflexionen vom Untergrund behandelt und herausgefiltert.
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Bei bekannten Ultraschallsensorvorrichtungen werden üblicherweise feste Schwellwerte beziehungsweise Schwellwertkurve verwendet. Je nach Beschaffenheit des Untergrunds kann die Reflektion des Ultraschallsignals am Boden jedoch stärker oder schwächer ausfallen, sodass ein einmalig festgelegter Schwellwert unter Umständen Störungen nicht zuverlässig erkennen kann oder aber Zielobjekte fälschlicherweise dem Untergrund zugeordnet werden. Als Lösung bietet sich die Berechnung eines dynamischen Schwellwerts an, der sich je nach Beschaffenheit des Untergrundes zur Laufzeit adaptiert. In heutigen Systemen sind dynamische Schwellwerte in verschiedenen Varianten bekannt. Dazu gehört zum Beispiel das aus der Radartechnik bekannte CFAR-Verfahren (CFAR - Constant False Alarm Rate). Diese Verfahren sind in Ultraschallsystemen aufgrund der geringen Rechenkapazitäten nur beding einsetzbar.
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Hierzu beschreibt die
DE 103 23 639 A1 ein Verfahren zur Erfassung eines Objekts unter adaptiver Anpassung von Erfassungseigenschaften einer Erfassungseinrichtung. Das Verfahren beinhaltet das Einstellen von ersten vorbestimmten Erfassungsparametern der Erfassungseinrichtung zu Beginn eines Erfassungsvorgangs und das Anpassen der Erfassungsparameter der Erfassungseinrichtung bei stochastisch auftretenden Erfassungssignalen, bis die stochastisch auftretenden Erfassungssignale nicht mehr detektiert werden oder zweite vorbestimmte Erfassungsparameter eingestellt sind, und das Durchführen eines Erfassungsvorgangs mit den gegebenenfalls angepassten Erfassungsparametern der Erfassungseinrichtung.
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Fernern beschreibt die
DE 10 2009 027 231 A1 ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Ortung von Objekten im Umfeld eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, bei dem mittels mindestens einer an dem Fahrzeug angeordneten Sensoreinrichtung, insbesondere einem Ultraschallsensor. Dabei können mehrere mit der Echolaufzeit variierende Überwachungsschwellwerte vorgesehen sein, deren Überbeziehungsweise Unterschreiten ein Indiz für die Betriebsbereitschaft der Sensoreinrichtung ist. Fernern können für die jeweils gleiche Objektbeobachtungszeit verschiedene Überwachungsschwellwerte vorgesehen sein, die vorzugsweise zwischen zwei aufeinander folgenden Echozyklen verändert werden.
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Darüber hinaus offenbart die
DE 10 2016 100 732 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs, bei welchem für den Ultraschallsensor eine vorbestimmte, einen abstandsabhängigen Verlauf von Schwellwerten aufweisende Schwellwertkurve bereitgestellt wird, mit welcher eine Amplitude eines von dem Ultraschallsensor zur Messung eines Abstands zwischen dem Kraftfahrzeug und einem in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs befindlichen Objekt empfangenen Empfangssignal verglichen werden. Dabei wird zur Erhöhung einer Empfindlichkeit des Ultraschallsensors zumindest ein Schwellwert der Schwellwertkurve nach Erfassung des Vorhandenseins des Objekts in dem Umgebungsbereich herabgesetzt.
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Aus der
DE 10 2007 039 348 A1 ist ein Abstandssensor mit einem Ultraschallsender und -empfänger zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallpulsen bekannt, bei dem anhand vom Zeitpunkt des Überschreitens eines Schwellwerts durch den empfangenen Ultraschallpuls der Abstand zum Objekt bestimmt wird. Der Schwellwert kann basierend auf dem Signalrauschen bestimmt werden.
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Aus der
DE 10 2008 044 088 A1 ist ein Verfahren zu dynamischen Ermittlung eines Rauschlevels bekannt, das zur dynamischen Anpassung eines Schwellwerts eines Sensors zur Abstandsmessung eines Fahrerassistenzsystems, verwendet wird.
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Aus der
US 4 382 291 A ist ein Überwachungssystem mittels z.B. Ultraschallwellen bekannt, bei dem ein reflektiertes Signal gegen ein Referenzsignal verglichen wird. Dabei wird als Referenzsignal die Mittelwerte und die Standardabweichungen einer vorbestimmten Anzahl von Messungen aufgezeichnet.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie im Betrieb eines Ultraschallsensors einen Schwellwertkurve auf einfache Weise angepasst werden kann, sodass eine zuverlässige Auswertung der Sensorsignale des Ultraschallsensors ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Recheneinrichtung, durch eine Ultraschallsensorvorrichtung, durch ein Computerprogramm sowie durch ein computerlesbares (Speicher)medium mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines Ultraschallsensors eines Fahrzeugs. Bei dem Verfahren werden mit dem Ultraschallsensor zeitlich aufeinanderfolgende Messzyklen durchgeführt. In jedem Messzyklus wird ein Sensorsignal bestimmt, welches ein in einer Umgebung des Fahrzeugs reflektiertes und mit dem Ultraschallsensor empfangenes Ultraschallsignal beschreibt, wobei das Sensorsignal einen zeitlichen Verlauf von Sensorwerten beschreibt. Des Weiteren wird das Sensorsignal mit einer Schwellwertkurve verglichen, wobei die Schwellwertkurve einen zeitlichen Verlauf von Schwellwerten beschreibt. Außerdem wird die Schwellwertkurve in Abhängigkeit von einem in einem vorhergehenden Messzyklus bestimmten Sensorsignal bestimmt. Darüber hinaus werden für Sensorwerte einer vorbestimmten Anzahl von Sensorsignalen, welche in vorhergehenden Messzyklen bestimmt wurden, ein Mittelwert und/oder eine Standardabweichung bestimmt und die Schwellwerte der Schwellwertkurve werden anhand des Mittelwerts und/oder der Standardabweichung bestimmt.
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Das Verfahren kann beispielsweise mit einer entsprechenden Recheneinrichtung einer Ultraschallsensorvorrichtung durchgeführt werden. Bei dieser Recheneinrichtung kann es sich um ein elektronisches Steuergerät (ECU - Electronic Control Unit) des Fahrzeugs oder um eine in dem Ultraschallsensor integrierte Sensorelektronik handeln. Der Ultraschallsensor kann eine Membran aufweisen, die beispielsweise topfförmig ausgebildet sein kann und aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt sein kann. Diese Membran wird mit einem entsprechenden Schallwandlerelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, zu mechanischen Schwingungen im Ultraschallbereich angeregt. Hierzu kann das Schallwandlerelement mit einem entsprechenden Anregungssignal angeregt werden.
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Das ausgesendete Ultraschallsignal wird von dem Objekt reflektiert und gelangt zu dem Ultraschallsensor zurück. Durch das reflektierte Ultraschallsignal wird die Membran zum Schwingen angeregt, wobei die Schwingung mittels des Schallwandlerelements erfasst werden kann. Mit dem Schallwandlerelement kann dann das Sensorsignal ausgegeben werden, welches den zeitlichen Verlauf des reflektierten Ultraschallsignals beschreibt. Bei dem Sensorsignal kann es sich um ein Rohsignal handeln, welches mit dem Schallwandlerelement in Form einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung ausgegeben wird und welches entsprechen abgetastet wird. Das Sensorsignal kann auch dadurch bereitgestellt werden, dass das Rohsignal vor der Abtastung entsprechend verstärkt und/oder gefiltert wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Sensorsignal eine Hüllkurve des Rohsignals beschreibt. Das Sensorsignal setzt sich aus den einzelnen Sensorwerten zusammen. Dabei sind die jeweiligen Sensorwerte jeweils einer Laufzeit beziehungsweise einem Abstand zugeordnet.
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Dieses Sensorsignal kann mit der Schwellwertkurve verglichen werden. Damit soll bestimmt werden, welche Anteile des Sensorsignals eine Reflexion des Ultraschallsignals an einem Objekt beziehungsweise Zielobjekt beschreiben. Dabei kann ein Anteil des Sensorsignals, welcher die Schwellwertkurve überschreitet, einem Objekt zugeordnet werden beziehungsweise als Echo des Ultraschallsignals von dem Objekt betrachtet werden. Die Anteile des Sensorsignals unterhalb der Schwellwertkurve werden als Reflexion des Ultraschallsignals an dem Boden betrachtet beziehungsweise als Rauschen angesehen. Es ist vorgesehen, dass die Schwellwertkurve fortlaufend angepasst wird. Die Schwellwertkurve setzt sich aus den einzelnen Schwellwerten zusammen. Beispielsweise kann zu jedem der Sensorwerte ein Schwellwert bestimmt werden. Insbesondere kann die Schwellwertkurve in jedem Messzyklus angepasst beziehungsweise aktualisiert werden. Die Anpassung beziehungsweise die Bestimmung der Schwellwertkurve wird in Abhängigkeit von den Sensorsignalen durchgeführt, welche in den vorhergehenden Messzyklen bestimmt wurden.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass für Sensorwerte einer vorbestimmte Anzahl von Sensorsignalen, welche in vorhergehenden Messzyklen bestimmt wurden, ein Mittelwert und/oder eine Standardabweichung bestimmt werden. Des Weiteren werden die Schwellwerte der Schwellwertkurve anhand des Mittelwerts und/oder der Standardabweichung bestimmt. Es kann also eine vorbestimmte Anzahl von vorhergehenden Messzyklen definiert werden, welche für die Bestimmung der Schwellwerte berücksichtigt wird. Für die jeweiligen Sensorwerte dieser Sensorsignale kann jeweils der Mittelwert und/oder die Standardabweichung berechnet werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, anstatt eine statische Schwellwertkurve zu nutzen, diese in Abhängigkeit des beobachteten Sensorsignals dynamisch zu berechnen. Dafür kann für jeden Sensorwert oder für zumindest einige der Sensorwerte der Mittelwerte und die Standardabweichungen über die letzten Messzyklen beziehungsweise die letzten Sensorwerte ermittelt werden. Die Schwellwertkurve kann also in Abhängigkeit der zuvor bestimmten Sensorsignale ermittelt werden. Somit kann die Schwellwertkurve auf einfache zuverlässige Weise dynamisch angepasst werden. Ändert sich im Betrieb des Fahrzeugs die Umgebung oder bewegt sich das Fahrzeug, verändert sich auch die Schwellwertkurve. Auch systematische Störungen können mit der dynamischen Schwellwertkurve erkannt und ausgeblendet werden. Insgesamt kann somit ein zuverlässiger Betrieb des Ultraschallsensors ermöglicht werden.
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Bevorzugt werden die jeweiligen Schwellwerte anhand einer Summe des Mittelwerts und der mit einem Faktor multiplizieren Standardabweichung bestimmt. Dabei kann der Faktor insbesondere einen Wert größer als 0 aufweisen. Es ist also für die Bestimmung der jeweiligen Schwellwerte vorgesehen, dass bevorzugt sowohl der Mittelwert als auch die Standardabweichungen berücksichtigt werden. Durch die Verwendung des Mittelwerts können kurzfristige Störungen in dem Sensorsignal beziehungsweise Messfehler heraus gemittelt werden. Durch die Verwendung der Standardabweichung können auch Schwankungen des Signals berücksichtigt werden. Insgesamt kann somit die Schwellwertkurve auf einfache Weise und mit geringem Rechenaufwand bestimmt werden.
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In einer Ausführungsform werden die Anzahl der Sensorsignale, welche in den vorhergehenden Messzyklen bestimmt wurden, und/oder der Faktor variiert. Durch die Anzahl der Sensorsignale, welche berücksichtigt wird, kann eingestellt werden, wie schnell auf sich ändernde Umgebungsbedingungen reagiert wird. Durch die Anpassung des Faktors kann die Amplitude der Schwellwertkurve angepasst werden. Somit kann die Empfindlichkeit und die Robustheit gegenüber Störungen angepasst werden. Durch die Variation der Anzahl der Sensorsignale und/oder des Faktors ergeben sich Freiheitsgrade bei der Bestimmung der jeweiligen Schwellwerte. Mithilfe dieser Freiheitsgrade kann die Rate der falsch erkannten Objekte beziehungsweise die False Alarm Rate bestimmt werden. Darüber hinaus kann die Detektionsrate auf einfache Weise variiert werden und entsprechend den Vorgaben angepasst werden.
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Weiterhin ist vorteilhaft, wenn für korrespondierende Sensorwerte der Sensorsignale, welche in vorhergehenden Messzyklen bestimmt wurden, jeweils ein Schwellwert bestimmt wird. Mit anderen Worten ist bevorzugt vorgesehen, das für jeden Sensorwert ein Schwellwert bestimmt wird. Die jeweiligen Sensorsignale, die in den Messzyklen bestimmt werden, weisen die gleiche Anzahl von Sensorwerten auf. Dabei korrespondieren jeweilige Sensorwerte der Sensorsignale zueinander. Für die korrespondierenden Sensorwerte der zuvor bestimmten Sensorsignale kann dann jeweils der Mittelwert und/oder die Standardabweichung bestimmt. Hieraus kann dann der Schwellwert abgeleitet werden. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass nur für eine vorbestimmte Anzahl beziehungsweise für ausgewählte Sensorwerte jeweils ein Schwellwert bestimmt wird. Insgesamt kann somit die Schwellwertkurve auf einfache und präzise Weise ermittelt werden.
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Erfindungsgemäß werden der Mittelwert und/oder die Standardabweichung mittels exponentieller Glättung bestimmt. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass in jedem Messzyklus für die Sensorwerte der Mittelwert und/oder die Standardabweichung sowie der Schwellwert gespeichert werden. Das beschriebene Verfahren lässt sich besonders effizient implementieren, indem der Mittelwert und/oder die Standardabweichung über eine exponentielle Glättung berechnet werden. Aufgrund der exponentiellen Glättung für die Berechnung der Schwellwerte, ist es nicht notwendig alle zuvor bestimmten komplett zu speichern. Stattdessen kann nur der letzte Schwellwert sowie der Mittelwert und die Standardabweichung für die Aktualisierung verwendet werden. Zusätzlich kann der Aufwand zur Berechnung von Standardabweichung und Mittelwert deutlich reduziert werden, da jeweils nur eine gewichtete Addition zum letzten Grenzwert durchgeführt werden muss.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird anhand von der bestimmten Standardabweichung ein Boden, auf welchem sich das Fahrzeug aktuell befindet, charakterisiert. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die berechnete Standardabweichung direkte Rückschlüsse auf den Bodenbelag zulässt. So sind hohe Standardabweichungen typisch für raue Oberflächen, wie beispielsweise Schotter, während geringe Werte zum Beispiel auf Asphalt hinweisen. Die Adaption der Schwellwerte liefert somit implizit Informationen, die für die weitere Verarbeitung der Daten von Bedeutung sind.
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In einer weiteren Ausführungsform werden die Schwellwerte für die Schwellwertkurve mittels einer Sensorelektronik des Ultraschallsensors bestimmt. Wie bereits erläutert, kann die Bestimmung der Schwellwertkurve mit geringem Rechenaufwand durchgeführt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die jeweiligen Schwellwerte mittels exponentieller Glättung bestimmt werden. Die Bestimmung der Schwellwertkurve kann somit mittels der Sensorelektronik durchgeführt werden. In diesem Fall kann ein Ergebnis des Vergleichs des Sensorsignals mit der Schwellwertkurve an das Steuergerät übertragen werden. Alternativ dazu kann das Sensorsignal von dem Ultraschallsensor an das Steuergerät übertragen werden. Dann kann der Vergleich des Sensorsignals mit der zumindest einen Schwellwertkurve mittels des Steuergeräts durchgeführt werden.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung für eine Ultraschallsensorvorrichtung eines Fahrzeugs ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Die Recheneinrichtung kann beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Recheneinrichtung durch eine Elektronik des Ultraschallsensors beziehungsweise Sensorelektronik bereitgestellt werden. In diesem Fall kann die Recheneinrichtung insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet sein.
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Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung und zumindest einen Ultraschallsensor. Bevorzugt kann die Ultraschallsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweisen, die beispielsweise verteilt an dem Fahrzeug angeordnet werden können. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem, welches eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung umfasst. Mittels des Fahrerassistenzsystems kann das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem erfassten Objekt zumindest semi-autonom manövriert werden.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung. Das Fahrzeug kann beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinrichtung diese veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon auszuführen.
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Ein erfindungsgemäßes computerlesbares (Speicher)medium umfasst Befehle, die bei der Ausführung durch eine Recheneinrichtung diese veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen davon auszuführen.
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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 Fahrzeug, für das erfindungsgemäße Computerprogramm sowie für das erfindungsgemäße computerlesbare (Speicher)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 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, welches eine Ultraschallsensorvorrichtung mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren umfasst;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ultraschallsensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei der Ultraschallsensor eine Sensorelektronik aufweist; und
- 3 einen zeitlichen Verlauf eines Sensorsignals sowie einer Schwellwertkurve, mit welcher das Sensorsignal verglichen wird.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Fahrzeug 1, welches vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet ist, in einer Draufsicht. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2, welches dazu dient, einen Fahrer beim Führen des Fahrzeugs 1 zu unterstützen. Das Fahrerassistenzsystem 2 kann beispielsweise als Parkhilfesystem ausgebildet sein, mittels welchem ein Fahrer beim Einparken des Fahrzeugs 1 in eine Parklücke und/oder beim Ausparken der Parklücke unterstützt werden kann.
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Das Fahrerassistenzsystem 2 beziehungsweise das Fahrzeug 1 weist ferner eine Ultraschallsensorvorrichtung 3 auf. Diese Ultraschallsensorvorrichtung 3 umfasst zumindest einen Ultraschallsensor 4. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 zwölf Ultraschallsensoren 4, von denen sechs in einem Frontbereich 6 des Fahrzeugs 1 und sechs in einem Heckbereich 7 des Fahrzeugs 1 angeordnet sind. Die Ultraschallsensoren 4 können beispielsweise an den Stoßfängern des Fahrzeugs 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 an weiteren Verkleidungsteilen oder Bauteilen des Fahrzeugs 1 angeordnet sein. Beispielsweise können die Ultraschallsensoren 4 an oder verdeckt hinter den Türen des Fahrzeugs 1 angeordnet sein.
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Mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 können Objekte 8 in einer Umgebung 9 beziehungsweise einem Umgebungsbereich des Fahrzeugs 1 erfasst werden. Vorliegend ist schematisch ein Objekt 8 in der Umgebung 9 gezeigt. Die Ultraschallsensorvorrichtung 3 umfasst ferner ein elektronisches Steuergerät 5, welches zur Datenübertragung mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 verbunden ist. Eine Datenleitung beziehungsweise ein entsprechender Datenbus ist vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Mit dem elektronischen Steuergerät 5 können die jeweiligen Ultraschallsensoren 4 zum Aussenden des Ultraschallsignals mit einem entsprechenden Anregungssignal angeregt werden. Zudem können Sensorsignale 13 oder anderen Daten, die mit den Ultraschallsensoren 4 bereitgestellt werden, an das Steuergerät 5 übertragen werden. Auf Grundlage diese Daten können dann mit dem Steuergerät 5 die Objekte 8 in der Umgebung 9 erkannt werden. Diese Information kann dann von dem Fahrerassistenzsystem 2 dazu genutzt werden, eine Ausgabe an den Fahrer des Fahrzeugs 1 auszugeben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem 2 in eine Lenkung, ein Bremssystem und/oder einen Antriebsmotor des Fahrzeugs eingreift, um das Fahrzeug 1 in Abhängigkeit von dem erfassten Objekt 8 zumindest semi-autonom zu manövrieren.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ultraschallsensorvorrichtung 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform. In dem vorliegenden vereinfachten Beispiel umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 3 nur einen Ultraschallsensor 4. Dabei ist zu erkennen, dass der Ultraschallsensor 4 eine Membran 11 aufweist, welche mit einem
Schallwandlerelement 12, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, zu mechanischen Schwingungen angeregt werden kann. Des Weiteren umfasst Ultraschallsensor 4 eine integrierte Sensorelektronik 10, welche insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet sein kann. Mit dieser Sensorelektronik 10 kann ein Ansteuersignal bereitgestellt werden, mittels welchem die Membran 11 angeregt wird. Hierdurch kann das Ultraschallsignal ausgesendet werden.
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Wenn das Ultraschallsignal in dem Umgebungsbereich 9 reflektiert wird, gelangt dieses wieder zurück zu der Membran 11 des Ultraschallsensors 4. Hierdurch wird die Membran 11 und auch das Schallwandlerelement 12 zum Schwingen angeregt. Dabei wird mittels des Schallwandlerelements 12 ein Rohsignal ausgegeben. Dieses Rohsignal kann dann mittels des Sensorelektronik 10 entsprechend verarbeitet und ausgewertet werden. Im Anschluss daran können auf Grundlage des Rohsignals oder eines hieraus abgeleiteten Sensorsignals 13 Informationen das Steuergerät 5 übertragen werden. Anhand dieser Informationen oder Daten kann dann mittels des Steuergeräts 5 erkannt werden, ob sich ein Objekt 8 in der Umgebung 9 befindet.
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3 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Sensorsignals 13, welches mit dem Ultraschallsensor 4 bereitgestellt wird. Dabei ist auf der Abszesse die Zeit t und auf der Ordinate eine Amplitude A aufgetragen. Zum Bestimmen des Sensorsignals 13 kann das Rohsignal gegebenenfalls gefiltert und/oder verstärkt werden. Vorliegend beschreibt das Sensorsignal 13 eine Einhüllende beziehungsweise Hüllkurve des Rohsignals. Das Sensorsignal 13 setzt sich aus einer Mehrzahl von Sensorwerten 14 zusammen, welche vorliegend nicht näher dargestellt sind. Um Signalanteile des Sensorsignals 13 zu erkennen, welche eine Reflexion des Ultraschallsignals an dem Objekt 8 beschreiben, wird das es Sensorsignal 13 mit einer Schwellwertkurve 15 verglichen. Auch diese Schwellwertkurve 15 setzt sich aus einer Mehrzahl von Schwellwerten 16 zusammen, welche vorliegend nicht näher dargestellt sind. Vorliegend weist das Sensorsignal 13 eine Signalspitze 18 beziehungsweise einen Peak auf, welcher die Schwellwertkurve 15 überschreitet. Dieser Signalanteil kann als von dem Objekt 8 stammend betrachtet werden.
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Vorliegend ist vorgesehen, dass die Schwellwertkurve 15 fortlaufend aktualisiert beziehungsweise angepasst wird. Mit dem Ultraschallsensor 4 werden zeitlich aufeinanderfolgende Messzyklen durchgeführt. In jedem Messzyklus wird mit dem Ultraschallsensor 4 beziehungsweise der Sensorelektronik 10 das Sensorsignal 13 bereitgestellt. Für jeden der Sensorwerte 14 des Sensorsignals 13 wird ein Schwellwert 16 berechnet. Hierzu werden die jeweiligen Sensorwerte 14 der Sensorsignale 13 einer vorbestimmten Anzahl N von zuvor durchgeführten Messzyklen berücksichtigt. Dabei können für korrespondierende Sensorwerte 14 der jeweiligen Sensorsignale 13 jeweils der Mittelwert und die Standardabweichung bestimmt werden und hieraus Schwellwert 16 abgeleitet werden. Der Schwellwert 16 ergibt sich dann als T = M + f * S (f > 0), wobei T den Schwellwert 16, M den Mittelwert, S die Standardabweichung und f einen Faktor beschreibt.
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Das beschriebene Verfahren lässt sich besonders effizient implementieren, indem man Mittelwert und Standardabweichung über eine exponentielle Glättung berechnet. Aufgrund der exponentiellen Glättung für die Schwellwertberechnung, ist es nicht notwendig alle N vorherigen Sensorsignale 13 komplett zu speichern. Stattdessen wird nur der letzte Schwellwert 16, sowie der Mittelwert und die Standardabweichung, für die Aktualisierung benötigt. Zusätzlich wird der Aufwand zur Berechnung von Standardabweichung und Mittelwert deutlich reduziert, da jeweils nur eine gewichtete Addition zum letzten Grenzwert durchgeführt werden muss. Die Berechnung des Mittelwertes mithilfe exponentieller Glättung ergibt sich aus: M(t) = a * M(t-1) + (1-a) * D(t), wenn M(t-1) den vorherigen Mittelwert und D(t) den aktuellen Sensorwert 14 beschreibt. Der Parameter a kann entsprechend in Abhängigkeit von der Anzahl der berücksichtigten Messzyklen gewählt werden. Für die Standardabweichung kann eine analoge Gleichung verwendet werden.
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Wie aus dieser Gleichung ersichtlich ist, ist die gewichtete Addition wenig aufwändig und kann somit in heutigen Ultraschallsystemen implementiert werden. Insbesondere können die jeweiligen Schwellwerte 16 mittels der Sensorelektronik 10 bestimmt werden. Die Sensorelektronik 10 bildet eine Recheneinrichtung, auf welcher ein Computerprogramm ausgeführt werden kann. Zudem kann mittels der Sensorelektronik 10 der Vergleich des Sensorsignals 13 mit der Schwellwertkurve 15 durchgeführt werden. Ein Ergebnis des Vergleichs beziehungsweise entsprechende Daten, welche das Ergebnis beschreiben, können dann von der Sensorelektronik 10 an das Steuergerät 5 übertragen werden. Das Ergebnis des Vergleichs kann als binäres Signal bereitgestellt werden. Somit ist nur eine geringe Datenübertragungsrate erforderlich.
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Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die berechnete Standardabweichung der Schwellwert 16 direkte Rückschlüsse auf den Bodenbelag, auf welchem sich das Fahrzeug 1 aktuell befindet, zulässt. So sind hohe Standardabweichungen typisch für raue Oberflächen, wie zum Beispiel Schotter, während geringe Werte beispielsweise auf Asphalt hinweisen. Die Adaption der Schwellwerte 16 liefert somit implizit Informationen, die für die weitere Verarbeitung der Daten von Bedeutung sind.
